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你愿意运动吗?《自然通讯》探索自愿运动行为的背后...
来源: 中国CDC网站 日期: 2019-12-16 作者:

    不论是男人、女人,还是动物,都会有不同程度自愿参加的体育活动。就像有些人每天漫无目却心甘情愿地奔跑几公里,甚至十几公里;而另一些人只是在需要到达某个地方时才让自己走起来。 

  2019122日,发表在《Nature Communications》上的一项研究显示,小鼠选择参与多少体育活动的差异受到早期发育中表观遗传变化的影响。该研究由美国贝勒医学院领导。 

 

  未参与这项研究的耶鲁大学表观遗传学研究员Bluma Lesch说:这项研究清楚地表明,自愿运动行为对表观遗传的影响很敏感,这一点非常重要,因为正如作者所指出的。这意味着童年中存在一个可以决定运动行为的关键设定时期。这项研究提出了一个关键问题,在生命后期改变表观遗传标记是否会改变行为表型?在这项研究的前期工作中,贝勒医学院表观遗传学研究员Robert Waterland及其团队一直在研究动物在早期发育过程中的能量平衡,即动物通常摄入的热量与燃烧的热量的比率。为了测试表观遗传学如何影响这种平衡,研究团队专注于下丘脑中一种特殊的神经元亚型,即AgRP神经元。长期以该神经元一直被认为可以调节动物摄入的食物量,从而控制其能量平衡,并且随着时间推移它可能会导致动物肥胖。 

  图片来源:《Nature Communications》 

  为了测试AgRP神经元中DNA甲基化的影响,研究人员敲除了Dnmt3a基因的表达,Dnmt3a控制着乳鼠AgRP神经元中的DNA甲基化。研究人员预计,与野生型小鼠相比,破坏这些神经元上的DNA甲基化会导致基因敲除小鼠比野生型小鼠吃得更多并且积累更多脂肪。但是事实并非如此,Dnmt3a基因敲除小鼠只比野生型小鼠略重。 

  图片来源:《Nature Communications》 

  Waterland说:如果你查阅有关能量平衡调节的教科书,你会发现它们会讲到AgRP神经元及其在调节食物摄入方面的经典作用。然而我们并没有发现这种作用,完全没有。

  因此,他们再次尝试。这次,他们在相同的发育时间点以相同的方式敲除了相同的基因,并以相同的饮食喂养小鼠。但这次,他们让小鼠可以在八周内使用跑步机。 

  Waterland说:这是我们观察到最深刻的区别。与每晚跑大约六公里的野生型小鼠相比,这些基因敲除小鼠跑的距离只有一半。虽然所有的小鼠在可以接触到跑步机后都减掉了一些脂肪,但跑得多的小鼠比运动量小的减掉的脂肪更多。 

  研究团队还观察到一些分子变化,例如基因敲除小鼠体内另一个名为Bmp7基因的表达增加,该基因与脂肪组织的形成有关。 

  Lesch说:正如在活体表观遗传学研究中常见的那样,观察到的表观遗传学变化与行为表型之间的确切联系有些模糊。研究表明,存在广泛的表观遗传变化、广泛的基因表达变化,以及对行为的明显影响,但尚不清楚这三种影响在分子水平上究竟是如何相关的。

  Waterland认为,除了阐明活动水平差异背后的机制外,显而易见的下一步任务是确定这些研究结果对人类意味着什么。小鼠下丘脑中发生的大部分表观遗传调节是在所谓的哺乳期,即出生后的前21天建立起来的。他说:我们干预的就是这个时期,但对于人类来说,干预时机可能会有所不同。

  未参与这项研究的麻省大学神经表观遗传学研究员Richard Hunter说:这项研究的整体论述过程很令人信服,并且提出了很多有趣的问题。值得注意的是,科学家们关注的发育时间正好与影响动机的下丘脑神经元连接的发育时间重叠,这表明有必要探索动机与运动之间可能存在的发育联系。

  

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