Juleen R. Zierath博士，生物学家，诺贝尔生理学或医学奖评委会主席，瑞典卡罗林斯卡医学院生理学教授，丹麦哥本哈根大学综合生理学教授。Zierath教授出生于美国威斯康星州，在卡罗林斯卡医学院攻读生理学博士学位，并在美国哈佛大学医学院攻读生理学博士后。Zierath教授的主要研究领域为：通过研究内在生物节律与外部干预条件（如运动、饮食和营养补充等）的相互作用，为预治代谢性疾病的临床转化提供新思路。2024年4月，Zierath教授团队获得欧洲研究理事会(ERC)250万欧元资助项目，支持其对生物钟、饮食和运动、新陈代谢及2型糖尿病之间关系的机制研究。2024年8月，Zierath教授因其在身体活动和糖尿病方面的开创性研究，荣获欧洲糖尿病研究协会（EASD）等机构联合颁发的“糖尿病卓越奖”（奖金超过600万人民币）。
近日，Zierath教授撰文“解开运动之谜：增强2型糖尿病患者胰岛素敏感性和骨骼肌健康的有效途径”，发表于《运动与健康科学（英文）》。文章大意如下：
一、运动可增强肌肉功能和胰岛素敏感性
定期参加身体活动和运动训练是缓解胰岛素敏感性和肌肉质量下降的有效对策，即使针对糖尿病或肥胖症患者也是如此。已有研究发现生活方式干预可有效维持胰岛素敏感性并防止骨骼肌质量丢失（图1），该领域的重点是了解运动介导的影响骨骼肌代谢和功能特性的分子事件，以及如何将这些信息应用于心血管代谢疾病管理。了解运动促进新陈代谢的基本机制将使人们找到新的切入点，以治疗胰岛素敏感性和葡萄糖摄取为目标，特别是运动影响骨骼肌代谢和功能特性的机制。本文尝试给出解决方案，其中特别强调运动影响骨骼肌代谢和功能特性的机制。
图1 能量感应通路的激活可绕过2型糖尿病患者骨骼肌中胰岛素信号的缺陷
近几十年来人们已认识到骨骼肌是高度可塑的器官，会随着生活方式的干预而发生重塑，但关于运动介导的适应性反应的传导分子及机制仍未完全阐明。急性运动诱导的骨骼肌适应多伴随代谢紊乱，导致信号转导、转录、蛋白质翻译增加，实现细胞水平的适应。在研究运动生物学时，许多研究者采取简化方法，即在某个时间点研究单个典型的运动反应分子，而非在连续时间点上研究运动反应分子的阵列。虽然该方法有助于在功能上证实特定分子在各种运动反应中的作用，但无法充分捕捉到参与由重复运动诱导的骨骼肌发生适应性变化的多种分子和通路。
作者发现，与炎症反应和细胞因子信号相关的基因在运动后2⁓3小时被诱导表达，而与代谢过程相关的基因（包括控制氧化磷酸化的经典靶标），则在运动后24小时和48小时表达。因此，根据运动后收集生物标本的时间，特定基因的mRNA谱可能由于基因转录物对运动的动态反应而存在较大差异。故研究人员应充分考虑时间因素的影响，以绘制运动反应性分子和代谢物的动态图谱。
人们对整合“高维度组学数据”以捕获运动相关的脂类、代谢物、蛋白质、转录组和基因组(DNA)改变的兴趣越来越大。但对运动诱导分子和特征的时间反应及其日常变化尚不清楚。因此，了解运动对细胞和器官生理功能的时间动态影响十分关键。
为解决这些问题，可在不同运动模式之前和之后从表型差异显著的个体中收集生物标本。这对研究人员更具挑战性，因为耐力和阻力运动结合不同的强度和负荷可导致独特的信号转导反应，而这些反应不一定在运动模式之间共享。这些生物标本可用于高通量表观基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学分析，以确定特定特征的“指纹”，这些特征定义了糖耐量正常或心脏代谢疾病患者对运动干预的适应性反应。此外，对公开数据的二次分析可从新的角度解决问题，荟萃分析可提高回答研究问题或提出新假说的统计能力。这种方法或许能更深入地了解特定干预条件诱导的大规模分子变化及个体差异现象。
骨骼肌与其他器官高度相连，传递有关“代谢”的信息，从而赋予运动对全身健康的有益影响。然而，在单个组织和整体水平上，有助于运动反应特征的图谱尚不完整。虽然在确定通过内分泌、旁分泌和/或自分泌途径(运动因子，Exerkines)发挥作用的因素方面取得较大进展，但身体中各器官如何协同工作以传递有关葡萄糖和能量稳态的信息仍未解决。作者团队一直通过组学方法揭示健康和疾病状态下单个组织以及多个器官对能量代谢反应的新生物学基础。作者团队构建了一个运动代谢图谱，包括多种组织和血清的整体代谢组学分析，以及小鼠后肢肌肉的动静脉采样和肝脏采样，以验证时间和运动依赖的信号分子(运动因子)的净摄取与释放。
三、运动可改善胰岛素敏感性但机制和个体反应有待深入研究
饮食和运动干预是预防和控制2型糖尿病患者胰岛素抵抗的首选建议，通过限时进食调节患者脂肪和氨基酸代谢物的节律性（调节生物钟的相关基因）以改善血糖。外周组织有控制内在生物钟的广泛基因网络，其中许多基因参与葡萄糖和能量稳态调节。一天中能量代谢的时间可能与特定组织的生物钟一致，并控制促进代谢的连贯性和时间的有效性，但生物钟在分子水平的作用机制仍不明确。昼夜节律变化可能是放大运动对骨骼肌代谢途径和全身能量稳态调节作用的关键因素。作者研究发现啮齿类动物的骨骼肌代谢水平会因一天内的不同锻炼时间而存在周期性变化。小规模的初步临床调查发现，在改善2型糖尿病患者血糖水平的控制方面，下午锻炼比早上锻炼更有效。但是上述昼夜节律在代谢调节中的机制和临床持久性尚不清楚。
“运动是良药”，但既定运动训练方案的个体反应存在差异，且这种异质性及机制尚不清楚。基因在不同人群的运动反应差异中发挥作用，但各种环境因素（睡眠、压力、毒素、温度、饮食、感染）也十分重要。该领域的开放问题之一是运动反应性的个体差异如何影响代谢性疾病的风险评估和治疗策略。不同运动强度也引起不同的代谢反应，这可能导致运动反应的异质性。尽管存在个体差异，但所有训练类型均能改善骨骼肌葡萄糖转运和糖原合成能力，改善血糖控制，这对胰岛素抵抗和2型糖尿病患者非常重要。
全球2型糖尿病患者数已超过5亿，给社会带来巨大经济负担，迫切需要研发新的治疗方案和预防措施。运动训练可提高2型糖尿病患者的力量、柔韧性和耐力，具有较大的治疗潜力，但运动通过重塑组织以改善代谢稳态和表现的机制仍需进一步研究。
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（文中配图来自网络）
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Journal of Sport and Health Science《运动与健康科学（英文）》是上海体育大学主办、Elsevier合作开放获取（open-access）出版的学术期刊，聚焦运动医学、运动损伤预防与临床康复、公共健康促进、慢病运动干预、身体活动流行病学、锻炼与脑健康、运动生理学、运动心理学、运动生物力学、运动生物化学与营养、体育教育学、中国传统体育与健康等研究领域与方向。中国大陆第一本SCI和SSCI双收录学术期刊，还被MEDLINE、PubMed Central、Scopus等近20个国际主流数据库收录；2023JCR影响因子9.7，学科排名世界第二，位于Q1区（前2%）；2023CiteScore18.3，学科排名世界第三，位于Q1区（前1%）；中科院期刊分区大类医学1区。荣获中国出版政府奖期刊奖提名奖、中国百强报刊、中国最具国际影响力学术期刊、中国高校杰出科技期刊等荣誉。
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