Cell Metabolism丨运动锻炼你选对时间了吗？
撰文 | 向日葵
责编 | 兮
生物钟又称生理钟。它是生物体内的一种无形的“时钟”，实际上是生物体生命活动的内在节律性，许多生物学过程都受生物钟的调控【1】。众所周知，运动是最好的药物，运动锻炼能提供多种益处，包括增加胰岛素敏感性、改善葡萄糖代谢、减轻体重、延缓衰老、预防三高、癌症和心脑血管疾病等，并且副作用很小【2】。然而运动锻炼是否同样也受到生物钟的调控呢？作为机体最大的能量代谢器官，骨骼肌对于运动过程中能量的消耗至关重要【3】。骨骼肌对运动的适应性调节包含多种分子途径控制的肌肉收缩和ATP生成，激活机械感受器和代谢感受器，增强能源物质的利用【4】。运动的时间如何影响骨骼肌代谢途径以获得最有益的效果仍然是一个悬而未决的问题。
近日，来自美国加州大学尔湾分校的Paolo Sassone-Corsi团队在Cell Metabolism上发表了题为：Time of Exercise Specifies the Impact on Muscle Metabolic Pathways and Systemic Energy Homeostasis 的研究成果，研究人员结合高通量转录组和代谢组分析发现：早上运动锻炼的代谢振荡反应相对于晚上更显著。早上运动锻炼显著增强了糖酵解以及脂质和氨基酸的代谢。非常有意思的是，糖酵解仅在早上运动锻炼中激活。在分子水平上，HIF1a作为一个在低氧条件下调控糖酵解的重要因子，仅在早上运动锻炼中被激活,导致碳水化合物耗尽，从而利用其他能源物质来产能，维持整体的能量消耗。这项研究揭示了早上运动锻炼放大运动带来的益处，包括骨骼肌代谢通路和全身能量平衡的调节。这一研究成果，提示早上进行运动锻炼是一个非常有价值的治疗代谢紊乱的方法。
为了研究运动锻炼对骨骼代谢通路的影响是否有昼夜的节律调节，研究者将小鼠分为4组，包括小鼠早期休息阶段 (ZT3) 的静息组 (Sed) 和运动组 (Exe) ，早期活动阶段 (ZT15) 的静息组和运动组。小鼠分别在固定的跑步机上进行剧烈运动或假运动1个小时后于0、4、8、12、16和20小时后处死，收取样品。通过骨骼肌转录组和代谢组分析发现，相对于早期休息阶段，小鼠骨骼肌对于早期活动阶段期间的运动的代谢应答更加明显（图1）。
图1：不同时间段运动小鼠骨骼肌节律代谢物的振幅分布
接下来，研究人员又做具体分析了不同时间段的运动，骨骼肌代谢方式的应答。结果表明，在早期休息阶段进行运动促进了碳水化合物和氨基酸的代谢，而在早期活动阶段的运动需要多种能量来源，早期活动阶段进行运动显著增强了糖酵解和脂质以及氨基酸的代谢，值得注意的是糖酵解仅在早期活动阶段运动锻炼中激活（图2）。分子水平上，低氧条件下调控糖酵解的重要因子HIF1a以及其下游基因特异性在早期活动阶段运动锻炼中激活。这些发现表明运动时骨骼肌的能源物质的利用高度依赖于一天中运动的时间。
图2：热图显示早期活动阶段进行运动显著增加糖酵解和TCA循环(F)、脂质氧化(G)和BCAA分解代谢(H)
图3：每天不同时间运动锻炼骨骼肌及全身代谢变化的比较
总的来说，通过结合高通量转录组和代谢组学分析，研究者比较了一天中不同时间的运动锻炼对小鼠骨骼肌代谢及整体代谢的影响（图3），观察到在早晨 (活动阶段的开始) 锻炼对新陈代谢的影响比在晚上 (休息阶段的开始) 更强，导致糖酵解显著增加，碳水化合物和酮体的利用率显著升高，同时增强脂质和氨基酸降解，增加能量消耗。
这项研究表明，运动锻炼受到生物钟的调控，运动的时间会影响骨骼肌代谢途径以及机体能量消耗以获得最有益的效果。早上运动锻炼运动能获得的最好的代谢益处，为我们今后运动锻炼追求健美和运动治疗代谢疾病的时间选择上提供了非常重要的理论依据。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cmet.2019.03.013
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参考文献
1. Bass, J. and M.A. Lazar, Circadian time signatures of fitness and disease. Science, 2016. 354(6315): p. 994-999.
2. Fan, W. and R.M. Evans, Exercise Mimetics: Impact on Health and Performance. Cell Metab, 2017. 25(2): p. 242-247.
3. Baskin, K.K., B.R. Winders, and E.N. Olson, Muscle as a "mediator" of systemic metabolism. Cell Metab, 2015. 21(2): p. 237-48.
4. Egan, B. and J.R. Zierath, Exercise metabolism and the molecular regulation of skeletal muscle adaptation. Cell Metab, 2013. 17(2): p. 162-84.