本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
你的 DNA 不僅僅是 DNA。我們現在開始意識到表觀基因組的存在。雖然 DNA 控制著你，但你的表觀基因組可能有助於控制你的 DNA，或者更確切地說，它可以對你的 DNA 如何表達產生廣泛的影響。表觀基因組包括你 DNA 結構的變化，它是如何被包裝的，以及哪些部分可以用於表達成 RNA 和蛋白質。例如，在 DNA 上新增甲基往往會降低該 DNA 片段的基因表達，而去除甲基則會增加基因表達。關於表觀遺傳學很酷的一點是，甲基化作用可能因組織而異，從而控制不同基因如何在不同組織中表達，例如肝臟與脾臟。
（我迫不及待想聽 Jonathan Coulton 寫一首關於表觀基因組的歌）
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關於表觀基因組最有趣的事情之一是，你可以將其遺傳給生殖系。傳給你的孩子。因此，理論上，如果你的基因組某些部分存在甲基化，你的孩子也可能如此。但我們開始意識到表觀遺傳學比這更具可塑性。
以肌肉組織為例。肌肉組織中的基因表達可以改變肌肉葡萄糖代謝的效率。而葡萄糖代謝對許多身體過程都有非常大的影響，包括體重增加和心血管疾病和 II 型糖尿病等問題。肌肉本身具有很強的可塑性，並且能夠快速響應環境變化（對於肌肉而言，這意味著運動量增加和減少，或者攝入多少卡路里）。我們知道運動可以改變肌肉中的基因表達，但它也能改變表觀基因組嗎？雖然基因表達的即時變化可能非常短暫，但表觀基因組的變化表明更長期的變化。運動爆發是否會影響肌肉的甲基化，從而產生長期影響？
Barres 等人。“急性運動重塑人體骨骼肌的啟動子甲基化”《細胞代謝》，2012 年。
很酷的是，這項研究的作者能夠對人類進行這項研究的大部分內容。至少是那些不反對進行肌肉活檢的人類。
他們選取了 14 名久坐不動的人類，讓他們進行疲勞運動（這是一次相當困難的運動）。他們在運動前和運動後對肌肉進行了活檢，並觀察肌肉中的甲基化情況。
您可以在這裡看到，急性運動爆發降低了肌肉組織中的甲基化。當他們更仔細地觀察時，作者發現甲基化在代謝相關基因的啟動子區域尤其降低。許多直接控制基因表達的啟動子區域在 II 型糖尿病期間表現出甲基化變化。運動後，這些啟動子區域的甲基化降低，這可能導致這些基因的更多基因表達，從而導致代謝變化。
進一步的研究表明，甲基化的這種變化取決於運動強度。在一組接受低強度或高強度運動的小鼠中，只有高強度運動產生了在人類身上觀察到的基因甲基化變化。
因此，我們知道運動正在改變 DNA 甲基化（而且這種改變可以響應單次急性運動爆發而發生），但其機制是什麼？作者假設這可能與鈣離子內流進入肌肉細胞有關，鈣離子內流啟動了導致甲基化變化的活動。因此，他們在培養細胞中施用了咖啡因。雖然像我這樣的藥理學家通常認為咖啡因是腺苷受體拮抗劑，但在肌肉細胞中，咖啡因可以增加鈣離子內流進入細胞。他們發現施用咖啡因具有與急性運動相同的效果，即降低甲基化並改變基因表達。如果作者使用另一種藥物（丹曲林）來阻斷鈣離子內流，他們就可以阻斷咖啡因的作用（咖啡因在人類攝入期間是否以這種方式起作用？我不知道，至少可以說，其效果可能比在培養皿中的細胞上要溫和得多）。
我們知道肌肉細胞中甲基化的增加與胰島素抵抗等因素有關，因此甲基化的減少可能解釋運動的一些保護作用。而且非常有趣的是，作者在單次運動暴露後就獲得了甲基化變化。當然，如果這些變化在長期運動中持續存在，以及人類攝入正常量的咖啡因是否會產生類似的變化，那將很有趣，但我想象這些研究中的人類可能不願意接受活檢。但這真是一項有趣的研究，它幫助我們開始瞭解由我們自身行為變化引起的表觀基因組變化如何開始長期影響我們的健康。這讓我想去鍛鍊一下。
Barrès, R., Yan, J., Egan, B., Treebak, J., Rasmussen, M., Fritz, T., Caidahl, K., Krook, A., O'Gorman, D., & Zierath, J. (2012)。急性運動重塑人體骨骼肌的啟動子甲基化。《細胞代謝》，15 (3), 405-411 DOI：10.1016/j.cmet.2012.01.001