此前已有研究顯示，由於生物鐘的存在，在一天中的不同時間進行運動，會以不同的方式給身體帶來益處 [6,7]，但其內在原因仍不清楚。
為了更好地瞭解運動在一天中不同時間如何影響機體，來自哥本哈根大學基礎代謝研究中心的 Juleen R. Zierath 教授領銜的國際團隊開展了相關研究，繪製了詳細的運動代謝圖譜，展示了與睡眠、記憶、運動表現和能量代謝相關的一系列代謝因子因運動而改變的內在規律。
這是全球第一項總結多組織內時間和運動依賴性代謝過程的綜合研究，對完善代謝和器官相互作用的系統模型具有重要價值。相關成果於近期發表在《細胞代謝》雜誌上 [8]。
研究人員使小鼠在一天中的兩個時間點——清晨或傍晚進行 1 小時跑步機運動，然後收集小鼠血液樣本和骨骼肌（腓腸肌）、肝臟、心臟、下丘腦（HT）、附睪白色脂肪組織（eWAT）、腹股溝皮下白色脂肪組織（iWAT）、肩胛間棕色脂肪組織（BAT）等 7 種組織樣本，並對樣本進行質譜分析，監測每個組織中數百種不同的代謝產物和激素訊號分子水平的變化。（圖 1）
圖 1 研究設計示意圖
通過分析，研究人員發現運動對代謝物的影響具有時間依賴性和組織特異性。任意時間的運動對大多陣列織的代謝都會產生影響，不同運動時間產生的影響不同，且每個組織都表現出獨特的代謝反應。
對於肌肉組織來說，清晨運動改變了 197 個代謝物的水平，而傍晚的運動僅影響了 52 個代謝物的水平；在肝臟中，清晨和傍晚運動分別影響了 129 和 143 個代謝物的水平；更有意思的是，在清晨運動主要使 eWAT 中代謝物水平降低，但在傍晚運動時這些代謝物水平卻是在增加。（圖 2）
圖 2 在清晨（ZT3）或傍晚（ZT15）運動後不同樣本中代謝物水平的變化
根據代謝物所屬類別的不同，研究人員還發現在不同時間運動對各組織中糖類、氨基酸、脂肪以及核苷酸代謝具有不同的影響。除了肝臟中的脂質代謝受清晨運動的影響更大，其他組織的脂質代謝及所有組織的氨基酸代謝均受傍晚的影響更大。此外，在傍晚運動對肌肉、肝臟和 BAT 中的核苷酸代謝影響也更大。肝臟中糖原代謝產物麥芽五糖、麥芽四糖和麥芽三糖在清晨運動後下降幅度最大，而葡萄糖在傍晚運動後下降幅度最大。（圖 3）
圖 3 在清晨（ZT3）或傍晚（ZT15）運動後各樣本中不同種類代謝物的變化
為了確定哪些代謝途徑受到運動的直接影響或存在時間和組織特異性，研究人員對顯著改變的代謝物進行了 KEGG 富集分析。
對於糖代謝，傍晚運動後肌肉中糖原含量降低，但在清晨運動後並沒有發現這一變化；肝臟中糖原水平有較強的日週期變化，清晨運動可使肝糖原含量明顯降低，而在傍晚運動無法觀察到這一現象。
簡單來說，就是傍晚運動時由於肝臟中糖原含量低，運動所需的能量主要並不是通過肝糖原分解，而是通過其他多種非糖物質轉變成葡萄糖或糖原（即糖異生現象）。這一發現與基因表達譜結果相一致。