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不論是男人、女人，還是動物，都會有不同程度自願參加的體育活動。就像有些人每天漫無目卻心甘情願地奔跑幾公里，甚至十幾公里；而另一些人只是在需要到達某個地方時才讓自己走起來。
近日，發表在《Nature Communications》上的一項研究顯示，小鼠選擇參與多少體育活動的差異受到早期發育中表觀遺傳變化的影響。該研究由美國貝勒醫學院領導。
未參與這項研究的耶魯大學表觀遺傳學研究員Bluma Lesch說：「這項研究清楚地表明，自願運動行為對表觀遺傳的影響很敏感，這一點非常重要，因為正如作者所指出的。這意味著童年中存在一個可以決定運動行為的關鍵『設定』時期。這項研究提出了一個關鍵問題，在生命後期改變表觀遺傳標記是否會改變行為表型？」
在這項研究的前期工作中，貝勒醫學院表觀遺傳學研究員Robert Waterland及其團隊一直在研究動物在早期發育過程中的能量平衡，即動物通常攝入的熱量與燃燒的熱量的比率。為了測試表觀遺傳學如何影響這種平衡，研究團隊專注於下丘腦中一種特殊的神經元亞型，即AgRP神經元。長期以該神經元一直被認為可以調節動物攝入的食物量，從而控制其能量平衡，並且隨著時間推移它可能會導致動物肥胖。
圖片來源：《Nature Communications》
為了測試AgRP神經元中DNA甲基化的影響，研究人員敲除了Dnmt3a基因的表達，Dnmt3a控制著乳鼠AgRP神經元中的DNA甲基化。研究人員預計，與野生型小鼠相比，破壞這些神經元上的DNA甲基化會導致基因敲除小鼠比野生型小鼠吃得更多並且積累更多脂肪。但是事實並非如此，Dnmt3a基因敲除小鼠只比野生型小鼠略重。
圖片來源：《Nature Communications》
Waterland說：「如果你查閱有關能量平衡調節的教科書，你會發現它們會講到AgRP神經元及其在調節食物攝入方面的經典作用。然而我們並沒有發現這種作用，完全沒有。」
因此，他們再次嘗試。這次，他們在相同的發育時間點以相同的方式敲除了相同的基因，並以相同的飲食喂養小鼠。但這次，他們讓小鼠可以在八周內使用跑步機。
Waterland說：「這是我們觀察到最深刻的區別。與每晚跑大約六公里的野生型小鼠相比，這些基因敲除小鼠跑的距離只有一半。」
雖然所有的小鼠在可以接觸到跑步機後都減掉了一些脂肪，但跑得多的小鼠比運動量小的減掉的脂肪更多。
研究團隊還觀察到一些分子變化，例如基因敲除小鼠體內另一個名為Bmp7基因的表達增加，該基因與脂肪組織的形成有關。
Lesch說：「正如在活體表觀遺傳學研究中常見的那樣，觀察到的表觀遺傳學變化與行為表型之間的確切聯繫有些模糊。研究表明，存在廣泛的表觀遺傳變化、廣泛的基因表達變化，以及對行為的明顯影響，但尚不清楚這三種影響在分子水平上究竟是如何相關的。」
Waterland認為，除了闡明活動水平差異背後的機制外，顯而易見的下一步任務是確定這些研究結果對人類意味著什麼。小鼠下丘腦中發生的大部分表觀遺傳調節是在所謂的哺乳期，即出生後的前21天建立起來的。他說：「我們干預的就是這個時期，但對於人類來說，干預時機可能會有所不同。」
未參與這項研究的麻省大學神經表觀遺傳學研究員Richard Hunter說：「這項研究的整體論述過程很令人信服，並且提出了很多有趣的問題。值得注意的是，科學家們關注的發育時間正好與影響動機的下丘腦神經元連接的發育時間重疊，這表明有必要探索動機與運動之間可能存在的發育聯繫。」
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