Nat Commun | 究竟何时运动更益健康？山大侯新国转录+代谢组研究：睡前长期低强度有氧，降糖减脂效果优于晨起！
2025-08-28
中科新生命
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定期进行体育锻炼是预防肌肉功能衰退和新陈代谢紊乱的主要措施。当我们争论高强度间歇训练（HIIT）与稳态有氧运动时，一个较少探讨但同样重要的问题是，一天中什么时间是进行慢性运动训练的最佳时间？目前人体实验研究并未就这一问题达成共识。
基于此，山东大学齐鲁医院与美国休斯顿贝勒医学院等多家研究单位在近日于Nature Communications（IF=15.7）合作发表了题为“Muscle Rev-erb controls time-dependent adaptations to chronic exercise in mice”的研究文章，发现小鼠慢性运动获益水平受昼夜节律的调控，在睡前进行低强度、低运动量的跑步机训练比睡醒后进行训练对肌肉收缩性能和全身葡萄糖耐受性有更大的益处。
研究材料
成年雄性小鼠（骨骼肌特异性Rev-erbα/β双基因敲除）
技术方法
转录组、染色质免疫共沉淀测序、非靶代谢组、代谢流
技术路线
步骤1：睡前进行低强度、低运动量的慢性跑步机训练比睡醒后进行更好；
步骤2：Rev-erb肌肉特异性缺失不影响基线肌肉功能；
步骤3：肌肉Rev-erb表达是慢性训练的时间依赖效应所必需的；
步骤4：肌肉Rev-erb调节慢性训练的代谢适应性；
步骤5：肌肉Rev-erb可调节肌肉的抗疲劳能力和力量；
步骤6：肌肉Rev-erb功能的多组学表征；
步骤7：Rev-erb可调节肌肉的能量代谢燃料选择。
研究结果
1. 表型观察：睡前进行低强度、低运动量的慢性跑步机训练比睡醒后进行更好
为了研究慢性运动的时间效应，研究团队让成年雄性C57BL/6小鼠在睡前或醒后接受跑步机运动训练，每天1小时，每周3天，持续5-6个月，以模拟人类在傍晚和早晨的运动训练，也是大多数人在健身房锻炼的热门时间。这里值得注意的是，对于小鼠来说，晚上（PM）是睡眠阶段的结束（醒后），而早上（AM）是睡眠阶段的开始（睡前）。
与EX_PM组相比，EX_AM组的体重增加速度和体脂增加速度较慢。运动表现测试、钢丝悬挂测试、耐力和葡萄糖耐量的测试中，EX_AM比EX_PM和静止对照组都有更显著的改善。这些数据与人类的研究结果一致，即傍晚运动比早晨运动具有更好的降糖效果。
图1 在控制体重、收缩性能和葡萄糖耐量方面，睡前低强度运动比醒来后更好
2. Rev-erb的肌肉特异性缺失不影响基线肌肉功能
为了研究肌肉昼夜节律在时间依赖性训练效应中的作用，研究团队构建了骨骼肌特异性Rev-erbα/β双基因敲除（Rev-MKO或简称KO）小鼠。Rev-MKO小鼠显示出正常的体重和摄食量，且Rev-erb缺失肌肉中的线粒体DNA拷贝数、氧化磷酸化蛋白含量、肌肉质量、肌肉纤维类型组成和纤维数量均正常，耗氧量、呼吸交换比、自主轮跑活动和自发断梁运动活动的节律性也正常。也就是说肌肉特异性地缺失Rev-erb不会导致肌肉功能或能量平衡基线的根本性破坏。
图2 肌肉特异性缺失Rev-erb不会影响基线线粒体含量、肌肉质量、纤维类型组成、运动活动或能量消耗
3. 肌肉Rev-erb表达是慢性训练的时间依赖效应所必需的
研究进一步地让WT和Rev-MKO小鼠从2.5月龄开始接受前述的慢性训练。包括体重、握力、钢丝悬挂性能、抗疲劳、葡萄糖耐量等在内的此前在WT小鼠中的EX_AM与EX_PM的差异，在Rev-MKO小鼠中都消失了。这些结果表明，肌肉Rev-erb是慢性训练的时间依赖性效应所必需的。
图3 运动训练对体重控制、肌肉性能和葡萄糖耐量的定时影响依赖Rev-erb
4. 肌肉Rev-erb调节慢性训练的代谢适应性
研究团队着手探究肌肉Rev-erb是如何在不影响基线能量平衡的前提下介导训练诱导的脂肪量减少的昼夜节律差异。与WT EX_PM相比，WT EX_AM组每日耗氧量显著提升，这种差异在训练结束后的唤醒周期最为明显。同时AM组也表现出更高的自主轮跑和断梁活动，在唤醒周期的体温也显著提高。Rev-MKO小鼠训练对能量消耗、自发运动活动和体温的时间依赖性影响完全消失。这些结果表明，肌肉Rev-erb是训练依赖性抑制自发运动活动所必需的。
图4 慢性运动对能量平衡的时间依赖性影响需要依赖肌肉Rev-erb表达
5.肌肉Rev-erb可调节肌肉的抗疲劳能力和力量
研究团队对WT和Rev-MKO小鼠的基线肌肉表现进行了鉴定。WT小鼠在睡前比醒后显示出更高的力量，这种基线昼夜变化在KO小鼠中消失了，它们的力量一直很低。然而，WT小鼠睡前的耐力高于睡醒后的耐力，但KO小鼠睡眠前的耐力高于WT小鼠，这消除了它们耐力的昼夜变化。肌肉生理学分析同样证实了KO小鼠的肌肉强度降低，但肌肉抗疲劳能力比WT小鼠增强，尤其是在睡眠前。因此，耐力和抗疲劳性的基线昼夜变化可能是导致WT小鼠运动活动受到训练诱导的时间依赖性抑制的原因。
图5 肌肉Rev-erb调节肌肉力量和耐力的基线昼夜节律
6. 肌肉Rev-erb功能的多组学表征
研究团队在ZT10和ZT22（肌肉中Rev-erbα蛋白水平的峰值和谷值）对WT和KO小鼠的肌肉进行了转录组分析。KO与WT之间在ZT22检测到更多差异表达基因，其中涉及氨基酸分解和脂质氧化的基因上调，而糖酵解基因下调。此外，KO肌肉的胰岛素信号转导通路也呈现下调。
考虑到Bmal161是一个核心时钟基因，也是Rev-erb的直接转录激活因子，研究团队比较了Rev-erb依赖的差异基因与Bmal161依赖的差异基因的异同：在190个Bmal1依赖性DEGs中，116个与Rev-erb共享。这些差异基因在昼夜节律、离子转运和有机酸转运中富集。
通过染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）发现，Rev-erbα的结合序列富集在启动子区域，在ZT10的结合位点与ZT22相比更多，结合强度更高，表明Rev-erb表达峰值与下游转录效应最大值之间存在时间延迟。
肌肉代谢组学分析同样发现，KO和WT肌肉的氨基酸、糖酵解中间产物和肉碱发生了显著差异，尤其是在ZT22阶段。这些结果表明，肌肉Rev-erb可调节时间依赖的代过程。
图6 肌肉Rev-erb功能的多组学特征
7.Rev-erb可调节肌肉的能量代谢燃料选择
KO肌肉的脂肪酸氧化和BCAA分解增加，但糖酵解减少，这可能是KO肌肉抗疲劳和低强度的原因，因为脂肪酸是低强度运动中更有效的燃料，而葡萄糖则是高强度运动的首选。进一步进行以3H-棕榈酸酯作为底物的针对脂肪酸的代谢流研究确定代谢动力学变化。Rev-MKO小鼠的肌细胞显示出较低的葡萄糖摄取和较高的脂肪酸氧化，证实了肌肉自主燃料的脂质偏好。体内数据也表明KO小鼠在睡眠前运动导致脂肪酸氧化率增加、肌肉三甘油酯含量降低、肌肉和肝糖原含量升高、血清乳酸降低、葡萄糖耐量受损、胰岛素增加。
因此，睡眠前Rev-erb的下降可通过促进肌肉脂肪酸氧化而节省葡萄糖来预测睡眠的代谢需求，这有助于增强醒后的抗疲劳能力。但相反的，睡眠前的低抗疲劳性可能导致对运动更深刻的荷尔蒙代偿适应从而使慢性运动训练中睡眠前的肌肉功能优于清醒时。
图7 肌肉Rev-erb调节生物能量和时间依赖性代谢适应运动的昼夜节律
文章小结
除了新陈代谢和生物遗传学，非新陈代谢过程也会对慢性运动训练的时间效应产生影响。与对抗、离子转运、粘附、肌纤维组织和胰岛素信号转导相关的基因也因肌肉Rev-erb的调控而显示出昼夜节律。肌肉时钟基因Rev-erb调控的潜在机制将为最佳运动训练方案提供更多启示。
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