馬繼政 ， 孫 飆

運動特異性適應的原則是運動訓練學的基石。進行長期訓練，肌體適應表現是多層次的，涉及到細胞、組織、器官以及系統(tǒng)水平。運動誘導分子適應機制是一個十分復雜的過程，其中涉及到一些特異的信號轉導通路，啟動DNA復制，轉錄翻譯形成新的蛋白[1]。這些生理性適應的變化受到個體的起始水平、遺傳背景、運動方式、運動量、強度、頻率和蛋白的半衰期所決定[2,3]，其中最重要的是運動訓練誘導的適應具有刺激方式的特異性。長時間的耐力可誘導大量分子代謝和形態(tài)上的改變，包括：線粒體的生物合成、快肌纖維向慢肌纖維轉換和新陳代謝基質的變化。相反，大強度抗阻力訓練誘導適應主要為肌肉肥大和最大力量的生成[2]。不同的訓練方式誘導適應的分子機制是不同的，激活各自特異的信號通路和相關的基因。盡管存在可見形態(tài)和功能上的變化，但分析個體對訓練產生的反應時，研究結果存在較大的誤差。有證據顯示運動誘導的生理性適應與基因表達平衡，但是，基因間相互作用的復雜性限制了發(fā)現個體基因來解釋這一誤差。另外，基因表達的變化相應地根據機體受到的刺激而變化，在這方面MicroRNAs（miRNAs）的相關研究可能起到重要的作用。

1 MicroRNAs

對于外部的刺激（如運動），可通過不同的機制調節(jié)基因的表達，包括miRNAs， miRNAs是1993年發(fā)現一類長度為2l～25nt的單鏈RNA，屬于非編碼蛋白RNA，廣泛存在于生物界，其表達具有組織和時期特異性，其中一些miRNAs在進化上有很高的保守性[4]。不象人類基因組眾多的RNAs，這些小RNA具有獨特的能力，調節(jié)基因表達的復雜調控網絡。目前，已知miRNAs由特定的基因，或特定基因區(qū)域（和編碼蛋白的區(qū)域無關）合成[5]，miRNAs成熟過程涉及到復雜的代謝過程：起始于細胞核，然后轉移至細胞質（圖1）[6]。第一步是從特定的基因轉錄生成較長的初級miRNA鏈，由Drosha酶復合物酶切，釋放前體，稱為前體miRNA，不同于miRNA[6]。在核質/細胞質轉運蛋白Exportin-5的作用下，從核內運輸到胞質中，由在Dicer酶的作用下，前體miRNA被剪切成約22個核苷酸長度的雙鏈miRNA。雙鏈miRNA分離，其中一個充當功能性的miRNAs，另一條鏈一般降解[7]。

成熟形式miRNAs，在RNA誘導沉默復合體（RNAInduced Silencing Complex， RISC）幫助下，結合目標mRNA。這一結合阻止核糖體識別mRNA含有的遺傳信息，導致目標基因的蛋白合成下降[8]。通常，功能性的miRNAs辨認RISC，結合目標mRNA。研究表明單一miRNA可調節(jié)數百個截然不同的基因，另外可共同合作控制單一基因[4]。人類miRNA發(fā)現已超過700個，盡管對miRNAs生物功能認識并不完全清楚[6,8]，但據估計miRNAs調節(jié)哺乳動物的30%～60%基因[6]。

圖1 哺乳細胞miRNA生物合成的示意圖[6]Figure 1 Biosynthesis of Mammalian Cells miRNA

2 MicroRNAs和運動

運動、懷孕和個體生長可作為刺激物促進心臟增長。在19世紀中期，發(fā)現了“運動員心臟”[9]。最近，由于運動多方面的益處，以及不運動產生的危害，致使運動作為一個治療手段來治療心臟病，包括業(yè)已表現出病理性增加心室重量的左室收縮失調[10]。研究發(fā)現miRNAs在生理性的心肌肥大和病理性的心肌肥大表達存在不同[11]。

骨骼肌同樣是一個具有適應性的器官，具有非凡的適應能力，能夠通過細胞自動調節(jié)而對機械負荷發(fā)生反應。動物試驗研究業(yè)已發(fā)現有氧和力量訓練特異骨骼肌miRNAs表達變化（見表1）。

表1 運動對microRNA產生的影響（動物試驗研究）TTaabbllee Ⅰ Effects of Exercise on microRNA (Animal studies)

一些miRNAs表達于骨骼肌，miRs-1、 -133a、 -133b和 -206占其中的25%，這些miRNAs通常被認為是“促肥大”[16]。健康人群，12周耐力訓練這4個miRNAs顯著下降，表明這些miRNAs可根據身體活動的水平的變化進行調整，14天后回歸到正常水平，評估單一的運動反應時，僅miRs-1和 -133a增加[17]。力量訓練，個體獲得肌肉的重量的變化存在較大的差異，常伴隨著不同miRNAs的表達，研究發(fā)現12周力量訓練，訓練變化較小的個體miR-378表達下降，miR-478表達增加。另外，miR-378變化和瘦體重密切相關[16]。

表2 運動對microRNA產生的影響（人體試驗研究）TTaabbllee Ⅱ Effects of Exercise on microRNA (Human studies)

關于循環(huán)血液miRNAs變化，Baggish等人[18]研究發(fā)現運動誘導的相關的miRNAs的變化，如血管生成（miR-20a、 miR-210、miR- 221、miR-222和 miR-328）、 炎 癥（miR-21和 miR-146a）、心肌和骨骼肌的收縮（miR-21和 miR-133a）、肌肉對低氧和缺血的適應（miR-21、miR-146a和miR-210）。最近，Bye等人[19]發(fā)現最大攝氧量（VO2max）較低的人群miR-101、21-222表達增加。運動涉及到miRNAs的變化人體研究見表2。 循環(huán)血液miRNAs可作為診斷各種疾病的標志物，因此發(fā)現運動調節(jié)循環(huán)血液miRNAs的變化，可揭示運動生理學的獨特的生理標注物，洞察運動分子適應機制。

3 MyomiR網絡

Van Rooij等人在研究miRNA在骨骼肌中作用時，提出了肌肉特異MyomiR（Muscle-Specific miRNA）網絡這一概念。最初這一概念來源于Van Rooij等人的實驗[23]，該研究發(fā)現失活miR-208a阻滯Myh7基因對肥大應激的反應。Myh7編碼β肌球重鏈蛋白（β-MHC）。miR-208a是Myh6內含子，Myh6編碼α肌球重鏈蛋白。miR-208a可調節(jié)第二個肌球蛋白（β-MHC）的表達，表明其他相互作用也可能存在。

MyomiR網絡見圖2[24]，miR-208b來源于Myh7基因第31內含子，miR-499來源于Myh7b基因的第19內含子，這些MyomiR表達和宿主基因平行，如miR-208b在骨骼肌Ⅰ型慢肌高表達，在心肌表達較低；miR-499在心肌和Ⅰ型慢肌高表達。研究業(yè)已表明這些MyomiR調節(jié)轉錄因子（Sox6、Purβ和Sp3）的表達，這些轉錄因子抑制慢肌表型的表達，研究表明Sox6是β-MHC表達的主要阻遏物。

圖2 骨骼肌MyomiR網絡示意圖[24]Figure 2 MyomiR Network of Skeletal Muscles

Van Rooij等人[25]研究發(fā)現MyomiR網絡構建肌纖維的類型：通過抑制轉錄因子的表達來完成。如Sox6抑制慢肌基因的表達（β-MHC），而miR-208b和miR-499抑制轉錄因子，從而促進慢肌基因的表達。這些分子相互作用建立一個反饋循環(huán)，miR-208b調節(jié)Sox6，抑制miR-208b宿主基因Myh7的表達。失活miR-208b和miR-499可導致比目魚?、裥图±w維顯著喪失，伴隨著Sox6表達增加，β-MHC表達下降60%。相反，miR-499過表達可導致比目魚肌所有肌纖維轉換為Ⅰ型，野生型的小鼠Ⅰ型為55%，從而增加耐力運動的成績。另外，Sox6過表達可引起β-MHC和慢肌鈣蛋白I表達喪失，但是不改變快成分的肌鈣蛋白的表達，表明其他的目標基因參與調節(jié)快成分的表達。上述研究表明MyomiR網絡參與調節(jié)肌纖維的類型。

3.1 MyomiR網絡參與調解快肌纖維向慢肌纖維轉換

認識MyomiR網絡參與調節(jié)肌纖維的轉換中的作用非常重要.McCarthy等人[26]研究表明MyomiR網絡在骨骼肌可塑變化中具有可操作性，伴隨骨骼肌萎縮，一個標志性肌纖維轉換是慢型β-MHC表達下調。相應地，骨骼肌萎縮，miR-208b和miR-499表達下調，Sox6表達2倍增加，β-MHC表達下調至28%。但仍需要基因敲除miR-208b和miR-499來證明MyomiR網絡是否參與調節(jié)肌纖維的轉換。

3.2 MyomiR網絡調解肌肉的質量

MyomiR網絡另一作用是可能參與調解骨骼肌的質量，miR-208b和miR-499預測目標基因為肌肉生長限制因子（myostatin，Mstn），主要參與調解骨骼肌的質量。Callis等人[27]研究表明miR-208可抑制Mstn表達，Bell等人[28]研究表明miR-499可抑制Mstn表達。

4 結論

MiRNAs在各種生理過程中起著重要的作用。涉及到細胞的最初的應激反應，可快速對各種刺激發(fā)生反應，從而作為研究運動適應機制理想的候選分子。但是，關于MiRNAs機制的研究主要來源于培養(yǎng)的細胞和動物實驗，需要人體研究來進一步證實。另外，盡管MyomiR網絡參與調節(jié)骨骼肌的適應機制，但是，調節(jié)MyomiR表達的機制并不清楚，這些研究最終能夠為運動訓練方法制定提供極其有用的信息，并且能夠為肌肉功能失調的患者提供極其有用和針對性運動處方。

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