烟酰胺核糖与高强度运动训练对骨骼肌表观遗传衰老的分歧效应

《Aging Cell》：The Divergent Effects of Nicotinamide Riboside and High-Intensity Exercise Training on Skeletal Muscle Epigenetic Aging

　　

衰老伴随生理功能下降与疾病易感性增加，线粒体功能障碍与表观遗传改变被认定为关键标志。烟酰胺核糖（Nicotinamide Riboside，NR）作为维生素B3衍生的NAD+前体，与高强度间歇训练（High?Intensity Interval Training，HIIT）均被认为可改善衰老相关的线粒体衰退，但其对骨骼肌表观遗传衰老的影响尚未完全阐明。研究人员通过三项独立研究评估了5个月NR补充与4–6周HIIT对人类骨骼肌表观遗传年龄加速（Epigenetic Age Acceleration，EAA，采用七种表观遗传时钟）的影响。NR补充与肌肉EAA降低相关，尤其在采用PCHannum、MEAT与DunedinPACE时钟测量时；而HIIT在某些时钟中产生相反效应，显著提高了DunedinPACE测得的衰老速度。相关性分析显示，骨骼肌线粒体含量变化与NR及6周HIIT后的MEAT衍生EAA变化相关。综上，结果表明骨骼肌表观遗传衰老可被NR与HIIT干预调节但方向相反，凸显线粒体丰度与表观遗传时钟之间的潜在联系。尚需进一步研究阐明NR与运动如何调控表观遗传衰老。这些结果为制定促进表观遗传结果与健康衰老的策略提供了新见解。

该研究发表于《Aging Cell》，围绕衰老进程中骨骼肌表观遗传时钟响应不同线粒体相关干预的分歧现象展开。目前已知衰老伴随线粒体功能障碍与表观遗传改变两大标志，烟酰胺核糖（NR）与高强度间歇训练（HIIT）均可提升NAD⁺水平与线粒体功能，但二者对骨骼肌表观遗传年龄加速（EAA）的具体影响及方向是否一致尚不清楚，且不同表观遗传时钟在肌肉组织中的响应特征亦缺乏系统比较，因此有必要在同源组织中并行评估这两类干预的表观遗传效应及其与线粒体特征的关联。

研究人员整合三项独立人类研究数据与体外成肌管实验，分别评估5个月NR补充（芬兰双胞胎队列，Finnish Twin Cohort，FTC）与4周或6周HIIT（EpiH研究与Gene SMART研究）对骨骼肌及血液EAA的影响，选用七种表观遗传时钟（包括肌肉特异性MEAT时钟）计算EAA，并关联线粒体DNA定量（mtDNAq）或柠檬酸合酶（CS）活性等指标，同时在成肌管中验证NR的直接作用。最终发现NR总体降低肌肉与血液EAA，而HIIT在某些时钟中提高EAA，且肌肉特异性MEAT时钟的EAA变化与线粒体含量变化正相关，提示表观遗传时钟可捕捉干预诱导的线粒体相关重塑，但不同干预与时钟间存在异质性。

为开展研究，研究人员主要使用以下关键技术与队列：采用芬兰双胞胎队列（FTC）的NR试验（成人30–65岁，5个月每日1000 mg NR，n≈30–36份肌肉/血液样本）、EpiH研究（年轻与年长超重/肥胖者，6周HIIT，n≈40份肌肉样本）与Gene SMART研究（健康年轻人，4周HIIT，n≈37份肌肉样本）的人类骨骼肌与血液样本；通过Illumina Infinium MethylationEPIC v1/v2阵列获取DNA甲基化数据，用基于主成分（PC）的Hannum、Horvath、PhenoAge、GrimAge及DunedinPACE、GrimAge2与肌肉特异性MEAT/MEAT2时钟计算EAA；以定量PCR（qPCR）测定mtDNAq，以分光光度法测定CS活性；在体外用1 mM NR处理原代人成肌管72小时并检测NAD⁺与mtDNAq；统计上采用线性混合效应模型与Pearson相关分析干预前后EAA变化及与线粒体指标的关联，并在双胞胎中用组内相关系数（ICC）评估遗传共享效应对EAA变化的影响。

3 Results

3.1 Performance of the Epigenetic Clocks

研究人员在血液与各研究骨骼肌中评估七种时钟对实际年龄的预测能力。血液中所有时钟与实足年龄强相关（R²=0.80–0.93），但PCGrimAge绝对误差较高。骨骼肌中MEAT时钟在三研究中均表现良好，相关性强且平均绝对误差（MAE）低；GrimAge2也具高相关性；PCGrimAge相关性强但MAE大；PCHorvath、PCHannum与PCPhenoAge相关性中等且存在高估。表明多数血液来源时钟在肌肉中仍可捕捉部分年龄相关甲基化信号，但绝对年龄估计偏差不一。

3.2 Impact of 5-Month NR Supplementation on Epigenetic Age Acceleration in Human Blood and Skeletal Muscle

在血液中，5个月NR后DunedinPACE、PCHorvath与PCHannum显著降低。在骨骼肌中，平均EAA均降低但仅DunedinPACE（?=-0.04，p<0.001）、PCHannum（?=-0.69，p=0.013）与MEAT（?=-2.39，p<0.001）显著，PCGrimAge反而升高（?=0.52，p=0.007）。体外成肌管中NR提高细胞内NAD⁺但未显著改变mtDNAq与任一EAA，且MEAT呈边际升高，效应方向与人体相反。同卵双胞胎中瘦/胖共 Twin 间EAA变化无显著差异。基线EAA在双胞胎间相似（ICC高），但NR诱导的EAA变化ICC较低，提示变化更多由个体特异因素驱动。同一组织内不同时钟EAA变化相关，但血液与肌肉间无跨组织相关。

3.3 Correlation Between Changes in Epigenetic Age Acceleration, and Blood NAD Metabolites and Mitochondrial DNA Quantity in Skeletal Muscle After NR Supplementation

个体间NR后血液NAD代谢物（如NADP、NMN、NAAD）变化与肌肉DunedinPACE、MEAT的EAA变化呈负相关；肌肉mtDNAq变化与MEAT EAA变化正相关（r=0.45，p=0.02），DunedinPACE呈边际正相关。双胞胎内成对差异相关仍显著，表明关联不受共享遗传/环境混淆影响。提示体内NR响应中，血液NAD⁺合成增强伴随肌肉EAA降低，而肌肉mtDNA含量增加反与MEAT EAA升高共存。

3.4 Impact of High-Intensity Exercise Training on Epigenetic Age Acceleration in Skeletal Muscle

在EpiH（6周HIIT）中，PCGrimAge的EAA显著降低（?=-0.26，p=0.005），PCHannum与DunedinPACE显著升高（分别为?=0.47，p=0.023；?=0.02，p=0.010）。Gene SMART（4周HIIT）中仅DunedinPACE显著升高（?=0.02，p=0.034）。MEAT时钟在两项HIIT中均无显著变化。总体显示HIIT在某些时钟（如DunedinPACE）中提高EAA，与NR的降低效应方向相反；PCGrimAge则呈相反模式（NR升、HIIT降）。

3.5 Correlation Between Changes in Skeletal Muscle Epigenetic Age Acceleration, Citrate Synthase Activity and Cardiorespiratory Fitness After High-Intensity Exercise Training

在EpiH中，HIIT后MEAT EAA变化与VO_2max变化负相关，与CS活性变化正相关；Gene SMART中MEAT与CS亦呈正向趋势但不显著。其他时钟关联不一致。按年龄分层后方向基本一致。表明HIIT诱导的线粒体含量（CS）提升与MEAT EAA升高相关，与NR后mtDNAq-MEAT正相关模式相似，提示MEAT可能反映肌肉线粒体相关重塑过程。

4 Discussion

研究人员总结，NR补充与HIIT均可调节骨骼肌表观遗传衰老但方向分歧：NR多降低EAA，HIIT在某些时钟提高EAA。肌肉特异性MEAT与DunedinPACE的EAA变化均与线粒体含量变化相关，说明部分表观遗传时钟可捕捉线粒体相关适应，但机制未明，可能涉及NAD⁺依赖酶（如sirtuins、PARPs、CD38）、染色质重塑、炎症与细胞周转等。同卵双胞胎分析显示NR诱导的EAA变化主要受个体特异因素驱动，但MEAT与PCHorvath变化具一定家族相似性。体外成肌管未重现体内EAA变化，可能源于缺失体内多细胞互作或时长不足，且组织来源时钟适用于异质组织而非单一培养细胞。HIIT导致的EAA升高可能反映急性重塑、炎症、活性氧产生与细胞组成改变，而非单纯“生物学衰老加速”，需纵向研究厘清。血液时钟在肌肉中绝对估计偏差大，MEAT在肌肉中更准确灵敏，强调组织特异性时钟重要性；同一人血液与肌肉EAA变化无相关，体现组织与时钟特异性。研究局限包括样本量适中、无安慰剂对照、研究间异质性（干预时长、人群、线粒体测量法与甲基化阵列版本）及体外条件差异。结论为NR与HIIT可时钟与干预特异性地调节肌肉表观遗传衰老，未来需安慰剂对照、纵向、大样本并结合临床终点以明确EAA变化与线粒体功能、NAD⁺代谢及功能衰退的关系。