本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
你的 DNA 不仅仅是 DNA。我们现在开始意识到表观基因组的存在。虽然 DNA 控制着你，但你的表观基因组可能有助于控制你的 DNA，或者更确切地说，它可以对你的 DNA 如何表达产生广泛的影响。表观基因组包括你 DNA 结构的变化，它是如何被包装的，以及哪些部分可以用于表达成 RNA 和蛋白质。例如，在 DNA 上添加甲基往往会降低该 DNA 片段的基因表达，而去除甲基则会增加基因表达。关于表观遗传学很酷的一点是，甲基化作用可能因组织而异，从而控制不同基因如何在不同组织中表达，例如肝脏与脾脏。
（我迫不及待想听 Jonathan Coulton 写一首关于表观基因组的歌）
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关于表观基因组最有趣的事情之一是，你可以将其遗传给生殖系。传给你的孩子。因此，理论上，如果你的基因组某些部分存在甲基化，你的孩子也可能如此。但我们开始意识到表观遗传学比这更具可塑性。
以肌肉组织为例。肌肉组织中的基因表达可以改变肌肉葡萄糖代谢的效率。而葡萄糖代谢对许多身体过程都有非常大的影响，包括体重增加和心血管疾病和 II 型糖尿病等问题。肌肉本身具有很强的可塑性，并且能够快速响应环境变化（对于肌肉而言，这意味着运动量增加和减少，或者摄入多少卡路里）。我们知道运动可以改变肌肉中的基因表达，但它也能改变表观基因组吗？虽然基因表达的即时变化可能非常短暂，但表观基因组的变化表明更长期的变化。运动爆发是否会影响肌肉的甲基化，从而产生长期影响？
Barres 等人。“急性运动重塑人体骨骼肌的启动子甲基化”《细胞代谢》，2012 年。
很酷的是，这项研究的作者能够对人类进行这项研究的大部分内容。至少是那些不反对进行肌肉活检的人类。
他们选取了 14 名久坐不动的人类，让他们进行疲劳运动（这是一次相当困难的运动）。他们在运动前和运动后对肌肉进行了活检，并观察肌肉中的甲基化情况。
您可以在这里看到，急性运动爆发降低了肌肉组织中的甲基化。当他们更仔细地观察时，作者发现甲基化在代谢相关基因的启动子区域尤其降低。许多直接控制基因表达的启动子区域在 II 型糖尿病期间表现出甲基化变化。运动后，这些启动子区域的甲基化降低，这可能导致这些基因的更多基因表达，从而导致代谢变化。
进一步的研究表明，甲基化的这种变化取决于运动强度。在一组接受低强度或高强度运动的小鼠中，只有高强度运动产生了在人类身上观察到的基因甲基化变化。
因此，我们知道运动正在改变 DNA 甲基化（而且这种改变可以响应单次急性运动爆发而发生），但其机制是什么？作者假设这可能与钙离子内流进入肌肉细胞有关，钙离子内流启动了导致甲基化变化的活动。因此，他们在培养细胞中施用了咖啡因。虽然像我这样的药理学家通常认为咖啡因是腺苷受体拮抗剂，但在肌肉细胞中，咖啡因可以增加钙离子内流进入细胞。他们发现施用咖啡因具有与急性运动相同的效果，即降低甲基化并改变基因表达。如果作者使用另一种药物（丹曲林）来阻断钙离子内流，他们就可以阻断咖啡因的作用（咖啡因在人类摄入期间是否以这种方式起作用？我不知道，至少可以说，其效果可能比在培养皿中的细胞上要温和得多）。
我们知道肌肉细胞中甲基化的增加与胰岛素抵抗等因素有关，因此甲基化的减少可能解释运动的一些保护作用。而且非常有趣的是，作者在单次运动暴露后就获得了甲基化变化。当然，如果这些变化在长期运动中持续存在，以及人类摄入正常量的咖啡因是否会产生类似的变化，那将很有趣，但我想象这些研究中的人类可能不愿意接受活检。但这真是一项有趣的研究，它帮助我们开始了解由我们自身行为变化引起的表观基因组变化如何开始长期影响我们的健康。这让我想去锻炼一下。
Barrès, R., Yan, J., Egan, B., Treebak, J., Rasmussen, M., Fritz, T., Caidahl, K., Krook, A., O'Gorman, D., & Zierath, J. (2012)。急性运动重塑人体骨骼肌的启动子甲基化。《细胞代谢》，15 (3), 405-411 DOI：10.1016/j.cmet.2012.01.001