Circulation：代谢体系结构揭示运动介导的健康益处的机制

代谢体系结构揭示运动介导的健康益处的机制

2020年9月，哈佛医学院、波士顿大学、格拉德斯通研究所等单位的相关研究人员在《Circulation》（IF: 23.6）上发表了题为“Metabolic Architecture of Acute Exercise Response in Middle-Aged Adults in the Community”的研究论文，提供了人类对急性运动的代谢反应的详细图谱，并确定了运动有益的心脏代谢作用的潜在机制。

亮点概述：

• 为了更好地了解急性运动如何影响人类代谢组，在411名接受心肺运动测试（CPET）的社区居民中，在运动约12分钟之前和之后测量了588种循环代谢物的水平，并在单独的样本中重复了主要发现（n=783）。

• 超过80％的循环代谢物发生了显着变化，包括以前与心脏代谢结果相关的许多代谢物发生了有利变化。

• 观察到静息代谢物与CPET捕获的生理运动反应之间存在明显的关联，而多维运动反应的代谢产物信号在单独的样本中与死亡风险相关（n≈2000）。

  研究背景  

虽然运动对代谢、炎症、血管、心脏和其他系统的多效性有益影响已经被很好地描述，但相关的分子机制还未完全阐明。最近对小样本的研究表明，急性运动期间循环分子（包括外泌体、代谢物、蛋白质和非编码RNAs）在潜在介导运动诱导的心脏代谢益处中的作用。虽然这些研究表明，急性运动期间功能性生物标志物的偏移可能是人类生理学的有力探针，但大多数研究仍然受到样本量小、运动期间多维生理反应模式的不完全表型表征以及与长期结果缺乏联系的限制。想要了解运动如何改善人类健康，必要的第一步是将对运动的不同生理反应与潜在的分子生理学联系起来。

研究人员对弗雷明汉心脏研究（FHS）参与者（年龄53±8岁，女性占63％）进行了静息运动（n = 471）和高峰运动（n = 411）的循环代谢组分析。假设最大程度的短期增加运动会在循环代谢组中产生重大变化，代谢变化反映出运动介导的心脏代谢益处的重要途径。结果表明，在5%的错误发现率（FDR）下，观察到588种代谢物中502种代谢物从休息到运动高峰（运动时间11.9±2.1分钟）的循环水平变化。代谢物水平的有益变化代表了肥胖、胰岛素抵抗、氧化应激、炎症、血管反应性和长寿的关键代谢途径，包括未广泛描述的各种新型代谢介质和途径。具体包括与胰岛素抵抗相关的代谢物减少，与脂解、一氧化氮生物利用度和脂肪褐变相关的代谢产物增加，以及与心脏代谢风险相关的其他途径。研究人员随后分析了一个单独的FHS复制样本中的177种代谢物（n=783，年龄54±8岁，51%的女性），观察到164种代谢物（92.6%）在5%FDR下的一致变化。循环代谢组对急性运动的反应

接着，研究人员探讨了代谢物随运动变化的决定因素。运动诱发的代谢物变化与运动量（峰值工作负荷）、性别和体重指数（BMI）有不同的相关性。研究人员发现，代谢物水平的动态变化因BMI和性别而异，但与年龄无关。在BMI较高的个体中，某些代谢物的有利偏移量有所减弱，而在女性中，尽管进行了较少的运动，但某些心脏保护代谢物的偏移量更大。

急性运动的代谢结构

随后，研究人员利用心肺运动测试（CPET）期间运动反应的多维表型，评估了静息代谢状况与预测未来心血管疾病（CVD）的运动反应模式相关的情况。结果发现，不同的运动前代谢物水平与体能的不同生理维度（如通气效率、运动血压、整体有氧运动能力）相关。

运动过程中静止代谢产物的分布与多维生理测量值存在差异

最后，研究人员评估了与长期心血管预后相关的运动（心脏，全身和肺血管以及外周血）“综合”反应的代谢物特征。在大约23年的随访中，将8个CPET测量值的代谢物特征与死亡率和CVD联系起来。确定了运动反应模式的四个代谢物变量，然后在一个单独的队列中进行了分析（弗雷明汉后代研究；n = 2045，年龄55±10岁，女性占51％），其中两个与平均随访23.1年的总死亡率相关（P≤0.003）。

代谢物与综合运动反应的相关性

总之，急性运动对循环代谢组有特异的，广泛的影响，其中许多与有利的健康机制有关。运动的代谢反应不一定只与所从事的工作有关，而可能会受到包括性别和肥胖症在内的关键临床特征的调节。该研究结果不仅提供了有关人类急性运动的代谢结构的详细资源，而且还指出了与预后相关的，运动介导的代谢适应的特定途径，为未来的机制研究和干预提供了新途径。（@中科脂典）