运动是治疗肥胖、2型糖尿病和高血压等多种心肺代谢疾病的重要疗法。尽管健康益处广泛，但介导人类运动适应的循环因子仍不完全明确，尤其在不同运动强度间。研究开展了结合冲刺间歇运动（SIE）与中等强度运动（MIE）的多队列人体运动干预，以分析强度依赖的器官间串扰调控。

定期运动的代谢益处反映多器官协调反应，涉及远距离组织和多种细胞类型。分泌的代谢物、脂质、肽和蛋白质调控运动调节的器官间对话，对运动适应有重要贡献。除了上调分泌因子（外泌素），运动还下调有害因子。这些循环介质（分泌组）调节代谢的多个方面，如促进脂肪组织重塑、增强全身葡萄糖处理、改善认知。越来越多证据表明，不同运动强度如冲刺间歇运动（SIE）和中强度运动（MIE）引发强度依赖的全身适应，可能部分由分泌谱差异驱动。例如，Lac-Phe 在冲刺运动后分泌更多。许多可溶性蛋白如 IL-6 和 GDF15 也强度依赖地分泌。表征强度依赖的分泌反应可能揭示，SIE 总工作时间不到 5 分钟，为何能产生与长时间低强度运动相似甚至更好的全身代谢适应。尽管证据增多，急性和慢性训练干预后的深入比较仍有限，且不同运动强度后组织来源和目的地身份在人类中 largely 未探索。为此，我们表征了 SIE 和 MIE 单次运动后以及 8 周训练前后（未训练和训练）参与者的血浆蛋白质组和代谢组。结合抗体多重蛋白检测和未靶向代谢组学，我们揭示了未训练和训练参与者中显著的强度依赖血浆分泌组变化，并进一步表征其预测的组织来源和靶组织。值得注意的是，我们识别了多个与心血管代谢疾病保护相关的强度依赖循环因子。这些发现提供了对人类运动后多样强度依赖器官间通讯流的见解，并突出高强度运动时间高效健康益处的潜在因果因素。

结果

血浆蛋白质组受运动强度差异调控

为了表征两种不同强度运动后血浆蛋白质组的急性变化，我们在年轻、活跃、代谢健康的男性中收集了 MIE（N=9）或 SIE（N=10）前（静息）、刚结束（0 h）和 3 h 后的血浆。MIE 是 90 分钟连续骑行，强度为预定第一乳酸阈值的 90%–100%，SIE 是 6 组 30 秒全力骑行，阻力 0.075 kg/kg 体重，组间休息 4 分钟。如预期，SIE 后即刻血乳酸升高、pH 降低，MIE 后变化很小。

使用 Olink Explore 抗体检测技术，检测到 2,884 种蛋白。PCA 显示 SIE 后即刻样本沿 PC1 和 PC2 移动，3 h 后回到静息水平；MIE 则无时间依赖聚类。SIE 显著改变血浆蛋白质组，714 种蛋白（近四分之一）在运动后即刻变化（FDR<0.05），其中 >98% 增加，包括 GH1、TIMP3、VWF、FABP5。3 h 后差异蛋白数减少近 20 倍。相比之下，MIE 后即刻仅 7 种蛋白变化，3 h 后增至 19 种，包括 FST、IGFBP1、PLIN1。两种强度都增加 GH1 和 NADK（0 h），降低 PRL、RANKL、FGF19（3 h）。多因素分析发现 280 种蛋白在 0 h、2 种在 3 h 有强度×时间交互。大多数差异蛋白如 VWF、POMC、FABP5、PLAT 在 SIE 后 0 h 增加，而 3 h 时 IGFBP1 和 FST 在 MIE 后增加。许多变化在血浆体积校正后仍显著，并被独立质谱分析支持。质谱还发现 Olink 未包含的 SIE 调控蛋白如 S100A6、CAPN1、GSTO1。

为确定这些变化是否仅存在于未训练状态，我们对部分原参与者进行了 8 周训练（SIT n=7，MIT n=6），每周 3–4 次。训练后，急性运动后的血浆蛋白动态类似，SIE 后即刻增加，MIE 后延迟增加。许多共享和强度依赖变化在训练状态持续，包括 GH1、VWF、POMC，以及 IGFBP1 和 FST。这些数据表明许多急性变化并非未训练个体独有，而是反映相对运动强度，与训练状态无关。

最后，我们评估了常见跑步机跑步的普遍性，以确定 MIE 后差异蛋白少是否由强度、模式或二者共同导致。我们收集了 9 名健康活跃训练有素的男女（7 男 2 女）在 2 小时跑步（60% VO2max）前后的血浆。检测到 2,787 种蛋白，111 种差异调控，其中 109 种增加。大多数与 SIE 骑行共享的蛋白包括 ANGPTL4、VWF、FABP4、ADAMTS1，表明中强度跑步对血浆蛋白质组的扰动大于中强度骑行，至少在 0 h。但中强度跑步后差异蛋白数仍远低于 SIE，突显 SIE 后动态循环变化。

SIE 或 MIE 后血浆代谢组的强度依赖调控

虽然蛋白质经典地作为内分泌因子研究，分泌代谢物也越来越被视为分子转导物，如 2-羟基丁酸、Lac-Phe、β-氨基异丁酸、12,13-diHOME。为了识别强度依赖分泌的代谢物，我们进行了未靶向极性血浆代谢组学。与蛋白质组不同，血浆代谢组在 SIE 和 MIE 后显示强度和时间依赖聚类。SIE 后即刻 203 种代谢物显著变化，包括乳酸、琥珀酸、苹果酸、丙酮酸。还发现乳酸衍生代谢物增加，尤其是 Lac-Phe，其时间动态与乳酸相似。犬尿喹啉酸（骨骼肌分泌、信号至脂肪组织）在 SIE 后增加，与循环甘油上升一致。SIE 后 3 h，199 种代谢物变化，包括油酸、7-羟基月桂酸、二十碳二烯酸。MIE 再次显示延迟反应，0 h 有 31 种变化，3 h 增至 183 种，大多为脂肪酸，包括乙酸、β-羟基丁酸、油酸、7-羟基月桂酸、二十碳二烯酸。聚类分析揭示五种不同表达模式，大多在 SIE 后呈时间依赖变化。

多因素分析显示 0 h 差异最大，几乎所有代谢物在 SIE 后相对 MIE 增加，包括乳酸、丙酮酸、苹果酸、肌苷。MIE 后相对 SIE 观察到脂肪酸衍生代谢物和胆汁酸增加，包括 C12-肉碱和 3α,7α-二羟基胆烷酸。许多共享和强度依赖代谢组变化在训练状态持续，包括 0 h 峰值（乳酸、丙酮酸、苹果酸、肌苷、Lac-Phe）或 3 h 峰值（油酸、棕榈酸、亚油酸、二十碳二烯酸）。总之，血浆代谢组显示与蛋白质组相似的定量和时间变化。

预测多个器官对运动后血浆蛋白质组有贡献

我们接下来试图识别运动响应分析物的预测器官来源，重点关注蛋白质。我们利用 GTEx 多种器官的 bulk RNA 测序数据集。若某基因在给定器官表达至少是其他器官平均表达的 4 倍，则认为富集。用此标准过滤 SIE 后差异血浆蛋白，发现免疫富集蛋白在 0 h 和 3 h 变化最多，包括 AZU1、MNDA、RAB44。其他器官富集蛋白包括 CELA2A（胰腺）、PRL（垂体）、TFF2（胃）、GUCA2A（肠）、CFHR5（肝）、PTH（甲状腺）、CNP（脑）、EGLN1（肌肉）、FABP4（脂肪）。MIE 后也是免疫富集蛋白变化最多，包括 AZU1 和 RAB44。器官富集蛋白分布更广，包括 IGFBP1（肝）、PLIN1（脂肪）、PRL（垂体）、GCG（胰腺）、DUSP13A（肌肉）在 MIE 后 3 h。尽管过滤时间×强度交互后器官富集蛋白减少，一些在 SIE 后 0 h 仍显著，包括 ANXA1（食管）、CNP（脑）、POMC（垂体）。MIE 后 3 h 仅 IGFBP1（肝）仍富集且差异调控。与多器官人类蛋白质组数据集交叉参考强烈支持基因中心方法。

为了更直接识别可能被上述方法遗漏的组织来源蛋白，我们在 SIE 和 MIE 前后 3 h 收集股外侧肌并做 bulk RNA 测序。选择骨骼肌因为其运动后强度依赖重塑及在器官间对话中的作用。为识别预测编码分泌蛋白的转录本，我们将 SIE 和 MIE 之间的差异表达基因（DEG）与人类分泌组数据库重叠。发现 SIE 和 MIE 分别有 111 和 140 个 DEG 预测编码分泌蛋白，其中 81 个共享，30 个 SIE 特异，59 个 MIE 特异。共享基因包括 ANGPTL4、VWA1、METRNL、HSPA1A。SIE 特异包括 WNT9A、CCN1、TIMP3；MIE 特异包括 APLN、FCN1、MMP25。

bulk RNA 测序缺乏细胞类型分辨率，无法识别肌纤维来源分泌蛋白。为此，我们分离并分化原代人骨骼肌细胞，使用 BONCAT 标记新合成蛋白。我们检测到数百种肌管来源蛋白，包括低丰度蛋白如肌肉生长抑制素。将肌管来源蛋白与 bulk 骨骼肌基因表达数据集重叠，原始 170 个预测编码分泌蛋白的基因中，46 个在肌管条件培养基中检测到。包括 SIE 调控蛋白 CCN1、TIMP3、HSP90AB1，MIE 调控蛋白 VCAM1、KITLG、STC1，以及共享蛋白 VEGFA、PLAU、FSTL3、METRNL、ANGPTL4。正交 Olink 检测人 iPSC 来源骨骼肌细胞条件培养基也识别许多相同蛋白（170 中的 39 个）。

最后，为确定肌纤维来源蛋白分泌是否强度依赖，我们电刺激永生化小鼠肌管 C2C12，使用模拟 SIE 或 MIE 方案（S-SIE 和 S-MIE），结合 BONCAT 标记。S-SIE 增加磷酸化 AMPK（T172）相对于 S-MIE 和对照。差异分析显示 S-SIE 后条件培养基中释放的蛋白多于 S-MIE（212 vs 9，FDR<0.1）。S-SIE 调控蛋白中 11 个也在 bulk 人骨骼肌转录组中差异调控，包括 CCN1、HSP90AB1、ANGPTL4、CCL2、LGALS1、HSPA1A。S-MIE 调控蛋白中两个 ANGPTL4 和 CCL2 也在 bulk 骨骼肌中差异调控。S-SIE 后肌管来源蛋白与 SIE 血浆蛋白质组 0 h 正相关，而 S-MIE 与 MIE 血浆蛋白质组无关联。这些发现提示骨骼肌对极高强度运动有系统性循环贡献。

SIE 或 MIE 后脂肪细胞的转录组重塑

接下来我们试图确定这些分泌蛋白的细胞/组织靶点。我们整合 CellTalkDB 人类受体数据库，过滤出器官富集受体，然后查询器官富集血浆蛋白数据集，识别已知或预测通过这些受体的配体。发现多个配体-受体对在急性 SIE 后即刻差异调控，包括脑（OMG:LINGO1）、免疫细胞（ANXA1:FPR1）、肾上腺（POMC:MC2R）、肠（GUCA2A:GUCY2C）、肾（PTH:PTH1R）。SIE 后 3 h 预测串扰持续但程度较低，包括脑（PENK:OPRK1）、免疫细胞（IL1RN:IL1R2）、肾上腺（POMC:MC2R）。MIE 后未识别到配体-受体对。

为更全面表征运动血浆如何强度依赖地信号至细胞，我们在原代人脂肪细胞中进行培养基交换实验。将分化的人皮下脂肪细胞与运动前或 SIE/MIE 后即刻血浆孵育 3 h，然后 bulk RNA 测序。PCA 显示脂肪细胞转录组强度依赖聚类，SIE 处理沿 PC1 移动，MIE 仅轻微变化。SIE 处理脂肪细胞有 1,128 个基因上调和 549 个下调，包括代谢调节因子 TXNIP、PDK4、ARRDC4。MIE 处理脂肪细胞有 14 个上调和 11 个下调，大多如 CISH、GLUL、SLC19A3 也在 SIE 处理中差异表达。GSEA 显示 SIE 处理脂肪细胞富集多个代谢通路，包括“细胞对激素刺激的反应”“分解代谢过程正调控”“对营养水平的反应”。MIE 处理脂肪细胞富集控制基因和蛋白表达的通路，但 DEG 少。独立 12 h 孵育实验支持强度依赖转变。

尽管高强度运动可能减少脂肪组织血流，我们进行最大分级跑步机运动测试，在 9 名年轻健康男女（平均年龄 28，BMI 26.4）中收集皮下腹部脂肪组织运动前和 3 h 后。bulk RNA 测序显示运动依赖聚类，2,600 个基因差异表达。最显著 DEG 是 HIPK3 和 ZBED6，以及 ANGPTL4 和 DICER1。上调基因通路分析突出细胞对激素刺激的反应和多个脂质生物合成信号通路。

为识别体外和体内数据集共享 DEG，我们重叠 SIE 处理脂肪细胞、MIE 处理脂肪细胞和 bulk 脂肪组织。大多数共享 DEG（418 个）在 SIE 处理脂肪细胞和 bulk 人脂肪组织之间，包括脂肪酸处理基因 ABHD5 和 CREBRF。哺乳动物表型本体显示“体重降低”和“对饮食诱导肥胖易感性降低”在这些共享基因中富集。此外，几个脂肪细胞受体及其同源配体在转录组和血浆蛋白质组数据集中一致表达，尤其是 IL-6 细胞因子家族（如 IL6R、LIFR），在 SIE 后表达更高。这些结果指出运动强度是下游组织反应性的重要决定因素，脂肪组织是选择性响应运动后血浆环境的靶器官。

鉴定对心血管代谢疾病有保护作用的运动调控蛋白

迄今为止，我们的发现支持强度依赖全身代谢效应至少部分由不同运动诱导分泌组调节器官间通讯介导。虽然这些反应是急性的，运动的长期心血管代谢益处来自重复急性身体活动。因此，反复暴露于有益循环蛋白的短暂增加被提出有助于心血管代谢适应。据此，我们询问 SIE 或 MIE 急性调控的血浆蛋白是否与未来健康或疾病结果相关。

我们利用 UK Biobank 血浆蛋白质组-表型资源，包含 53,026 名参与者和 1,066 种疾病。在 741 种运动调控蛋白中，识别 46,993 个蛋白-疾病关联（Bonferroni 校正 p<0.05）。大多数关联 HR/OR 大于 1，与急性运动诱导短暂炎症和应激反应程序一致。我们优先考虑可能与心血管代谢益处相关的蛋白，关注 HR/OR<1 的关联。

该方法识别 143 种蛋白，跨越 14 个疾病章节，大多数仅在 SIE 后差异调控。值得注意的是，“血液和造血器官”“内分泌、营养和代谢疾病”“循环系统”章节包含最多 HR/OR<1 的蛋白。许多蛋白与多个疾病章节风险降低相关，包括 CLEC3B（13 章）、NELL1、FGFBP1、OMG（12 章）、ADGRG2、SDC4、TNFSF11（11 章）、ENPP6（10 章）。过表达分析显示免疫调节和血液代谢通路显著富集。

由于每个疾病章节包含多种疾病，我们优先考虑与特定疾病（代谢紊乱、肥胖、2 型糖尿病）风险降低相关的蛋白。识别出 33 种蛋白，在不同疾病状态效应各异。几乎所有这些蛋白（33 中的 32）在 SIE 后 0 h（29 种）或 3 h（4 种，POMC 共享）差异调控。相比之下，MIE 调控其中三种蛋白 TNFSF11、FGF19、FST。值得注意的是，ADGRG2、FGFBP1、MXRA8——均在 SIE 后即刻增加——在代谢疾病状态中一致显示低 HR/OR。在 UK Biobank 亚组中，ADGRG2 和 MXRA8 血浆水平与规律身体活动正相关，提示其潜在益处超出急性运动窗口。为确定潜在长期强度依赖全身益处，我们将这 33 种蛋白与大规模血浆蛋白质组衰老关联分析交叉参考。发现超过四分之一与年龄负相关，包括 IGDCC4，与年龄负相关最强的蛋白。总体而言，这些数据强调对 distinct 运动强度的协调多系统反应，可能为短时高强度身体活动如何引发全身代谢益处提供线索。

讨论

SIE 因耗时少（总工作 3–5 分钟）但引发显著全身适应而流行。我们认为这些强度依赖适应至少部分通过循环信号产生。使用抗体蛋白检测平台，我们在 >100 份血浆样本中识别近 3,000 种蛋白，观察到显著强度依赖调控。SIE 改变约 25% 检测血浆蛋白，包括血管生成（VWF）、细胞外基质重塑（TIMP3）、肠道信号（TFF2）、潜在神经调控（POMC）。血浆代谢组同样反映 SIE 急性能量需求，乳酸、丙酮酸、苹果酸在运动后即刻增加。几个急性调节代谢物可能促进健康益处，包括肥胖缓解代谢物 Lac-Phe。相比之下，脂肪酸延迟释放，可能反映恢复期从碳水化合物向脂质代谢转变。

尽管 MIE 对血浆蛋白质组总体变化 modest，变化的蛋白包括经典内分泌因子如 ANGPTL4、IGFBP1、FST，其中 IGFBP1 和 FST 仅在 MIE 后增加。这些反应可能反映连续运动的持续能量需求，包括胰高血糖素/胰岛素比增加和肝糖原耗尽，刺激肝脏分泌 FST 和 IGFBP1。肝脏和脂肪组织可能对运动强度和持续时间特别敏感，因为 3 h 时许多差异最大的血浆蛋白是肝因子。MIE 后血浆蛋白和脂肪酸延迟增加可能反映分泌组的强度依赖和持续时间依赖变化，尽管我们的运动范式无法区分这两个变量。

运动诱导细胞串扰的一个可能未被充分认识的方式，尤其在高强度运动后，是跨膜蛋白的胞外域脱落。这些蛋白水解切割蛋白构成“脱落组”，调节骨骼肌、神经和肝脏代谢。例如肝因子 syndecan-4（SDC4）响应运动发生胞外域脱落，从而改善肝脏代谢功能。虽然 Olink 方法不能区分切割和全长蛋白，但多个金属蛋白酶丰度增加支持脱落组对运动分泌组的贡献。

强度依赖循环蛋白的识别提示动态器官间对话。与此一致，许多器官富集蛋白释放入循环被 SIE 急性刺激。我们通过分析 SIE 和 MIE 后骨骼肌，并评估原代人骨骼肌细胞和电刺激 C2C12 细胞的蛋白释放，更直接地研究了这一点。这些数据集支持肌纤维来源蛋白的强度依赖释放，SIE 在体外刺激更大释放。然而，体外模拟 SIE 可能增加细胞损伤和胞质蛋白释放，这是限制。此外，近期细胞类型选择性标记检测到运动后系统性循环中肌纤维来源蛋白极少，提示肌肉来源蛋白可能优先在骨骼肌局部信号。需要进一步工作定义它们对人类系统性循环的强度依赖贡献。

运动调控循环蛋白的靶点仍不清楚。我们的发现突出脂肪细胞是强度响应靶细胞类型。SIE 血浆诱导脂肪细胞转录组显著重塑，其中一部分变化也存在于运动后人皮下脂肪组织。例如 IL-6 细胞因子家族受体（如 IL6ST、IL6R、LIFR）差异表达，而其配体如制瘤素 M（OSM）和 IL-6 在血浆中增加。我们之前发现 OSM 是运动后巨噬细胞来源配体，信号至脂肪细胞。虽然数据提示腹部皮下脂肪细胞的强度依赖调控，但未涉及不同脂肪库反应，如肌间脂肪。未来工作应确定这些反应是否在人类不同脂肪库中持续。

总之，这些发现表明运动强度是人类分泌组的主要决定因素，驱动 distinct 蛋白质组和代谢组反应以及预测来源和靶组织差异。与大型血浆蛋白质组-表型库整合提示 SIE 比 MIE 更大程度急性刺激保护性蛋白释放入循环。这些数据有助于解释 SIE 尽管只需 MIE 一小部分时间，却能引发稳健代谢信号和全身益处。

研究局限

几个局限应承认，最显著的是队列小且男性偏倚。未来工作需确定这些发现是否在性别间共享，并评估强度依赖循环因子如何影响全身代谢。虽然我们提供广泛的强度依赖血浆代谢组学数据集，但无法确定器官来源或目的地，这是器官间对话中欠发达领域，值得未来研究。

社区普遍认同短时间高强度间歇运动在改善心血管与情绪上效率惊人，但分歧在于是否应将其作为唯一训练手段，以及研究中对“全力”的生理学定义是否严谨。

认为短时间高强度间歇运动效果出众且省时

• 多位用户以自身经历或研究指出，每日几分钟的冲刺、爬楼或趣味音游等高强度间歇，能在远少于传统耐力训练的时间内显著改善心血管指标并带来持久情绪提升（认可度：高赞） > 改用高强度间歇训练仅两个月，我的各项心血管指标就立刻出现了强烈的正向变化，耗时却只有原来的一半（@jandrewrogers）

认为高强度虽好但须搭配低强度且不宜过频

• 不少人提醒，单纯追求高频高强度会因恢复不足产生反效果，低强度有氧基础应占每周锻炼时长的大多数，以维持身体承受力（认可度：较多人） > 高强度运动绝不能做得太频繁，身体承受不了那种压力，低强度有氧才是维持基础所需且应占锻炼的大头（@occz）

质疑研究中“30秒全力骑行”的生理学合理性

• 有骑行经验者指出，从代谢机制看人类无法在30秒持续“全力”，真正全力只能维持几秒，原研究用词误导，真实全力间歇应是极短爆发配速（认可度：少数人） > 任何骑行者都清楚，30秒根本不可能全程“全力”，真正的全力只在最初几秒，之后代谢模式切换必须降速配速（@jeffbee）

有价值的补充

• 可将“润滑槽”式（高频次低负荷常练）训练原则尝试迁移至心肺锻炼，以降低单次疲劳并融入日常（@chistev）
• 研究所测生物标记物涵盖数千种蛋白质，虽样本小周期短，但提供了较广的分子层面观察视角（@motionlessveloc）