通过表观遗传学进行精确的高强度训练 (PHITE) (PHITE)

概述：

美军依靠体能训练来增强和保持战备状态。 在这项研究中，我们假设表观遗传修饰是特定体育锻炼训练处方将战士基因型转化为作战表型的主要机制。 我们这个项目的目标是 3 倍。 我们将（1）确定改变表观遗传反应的训练方法； (2) 表征与中等强度和高强度体育训练相关的生理过程、途径和机制的表观遗传调控，以及 (3) 产生预测体育训练结果的心肺和神经肌肉表现的实时生物标志物。 我们将通过以下六个研究项目来实现这些目标：

一、表型运动剂量反应

1. 确定运动强度对神经肌肉和心肺功能的影响
2. 评估基线、训练前表型对不同强度运动方案的急性反应性和适应性的影响
3. 确定运动强度对调节肌肉蛋白质代谢、肌纤维肥大和肌肉氧化能力的机制的影响

二。性能的实时遗传和表观遗传生物标志物

1. 识别响应不同运动强度而差异表达的肌肉 miRNA
2. 识别在不同运动强度下差异表达的循环肌肉衍生 miRNA
3. 用于生物标志物优化的基因型个体运动潜力

四、人类表现的表观基因组特征

1. 识别和关联运动引起的血液和肌肉甲基化变化
2. 在功能上将基因表达特征和生理结果的变化联系起来
3. 定义代谢活跃组织中核受体诱导的表观遗传特征

五、运动诱导的组蛋白修饰和染色质重塑

1. 分析组蛋白修饰和组蛋白亚基使用特征
2. 评估染色质作为信号整合平台的长期稳定性

六。综合表观基因组学

1. 对基线表现和分组主题进行分类
2. 表征响应不同运动强度的表观遗传变化
3. 从性能的 miRNA 生物标志物开发预测模型

4. 使用深度信念网络开发表观遗传调控网络模型

   UAB 将招收健康的、未经训练的类似于美国士兵的男女。 他们参加了持续大约 12 周的运动剂量反应训练试验。

   有 2 个随机分配的运动处方：MOD - 每周 3 天在跑步机或固定自行车测力计上，结合每周 2 天的阻力训练； HI - 每周 3 天高强度间歇训练，类似于军事高强度战术训练，结合每周 2 天高强度阻力训练。

   体能表现在训练前、训练中和训练后进行评估。 此外，还会在训练前和训练后评估身体成分。 在训练前和训练后的急性运动反应回合中进行肌肉活检和抽血，并将样本送到其他研究地点进行具体评估。

   招聘：

   通过 IRB 批准的广告招募参与者。

   知情同意：

   一旦确定了个人身份；符合纳入/排除标准（预筛选）；并表示对研究感兴趣，研究小组的一名成员会向个人提供同意书以供审查。 团队成员跟进个人进一步解释研究，并为潜在参与者提供提问任何问题的机会。 如果此人决定参加，他/她将被安排进行初次访问。 鼓励他/她在给予书面知情同意之前提出任何进一步的问题。

   参加程序：

   MOD 运动方案 - 每周 3 天在固定自行车或跑步机上以 70% 的心率储备进行 30 分钟的耐力运动，并在 3 天中的 2 天进行阻力运动。 阻力训练处方包括每组动作 3 组 x 10-14 次重复，组间休息 1 分钟。 运动包括腿部推举或深蹲、膝盖伸展、胸部推举、头顶推举、坐姿划船、宽握下拉、腹肌紧缩、脚后跟抬高、三头肌下压、二头肌弯举。 当 3 组中的 2 组达到 14 次重复时，阻力负荷就会进步。 每次训练期间都会监测心率。

   HI 运动方案 - 每周 3 天的最大强度间歇运动，并在 3 天中的 2 天进行阻力运动。 该组的参与者进行 10 次高强度间歇训练（30 秒工作，30 秒休息），而不是中等强度的耐力运动，包括跳箱、立卧撑、分蹲跳、壶铃摆动、自行车冲刺、战绳、壁球、蘸料等 阻力训练处方涉及 3 组 x 8-10 次重复，用于与 MOD 相同的动作，但包含两个动作的超集。 当 3 组中的 2 组达到 10 次重复时，阻力负荷就会进步。 超级组之间的休息时间为 30-45 秒。 每次训练期间都会监测心率。

   DXA 扫描 - 用于确定身体成分（肌肉、脂肪、骨骼）的双能 X 射线吸收测定法 (DXA) 程序涉及少量 X 射线曝光。 DXA 将在第 0 周和第 12 周进行。 有效剂量暴露相当于4小时的阳光照射

   尿液妊娠试验——所有至少有一个月经周期的女性在初始评估时和每次 DEXA 扫描之前都要进行尿液妊娠试验。 所有至少有过一次月经周期的女性都会被问及与其月经周期有关的问题。 由于激素水平可能对生物样本分析有重大影响，因此干预期后的肌肉和血液收集的急性运动回合将被安排在与训练前急性反应运动回合相同的月经周期阶段。

   肌肉取样——使用既定程序通过经皮穿刺肌肉活组织检查从股外侧肌采集总共 7 个肌肉样本：

   3 在预训练状态下（运动前、运动后3小时、运动后24小时）第一次急性反应运动前后采集的数据； 3 训练后状态下（运动前、运动后3小时、运动后24小时）急性反应运动前后采集的数据；

   1 在干预期结束后 4 周的随访中收集。

   采血 - 使用既定程序通过静脉穿刺收集总共 9 个血样：

   训练前状态下第一次急性反应训练前后采集的4张（训练前、训练后15分钟、训练后3小时、训练后24小时）； 3 训练后状态下（运动前、运动后15分钟、运动后3小时、运动后24小时）急性反应运动前后采集的3张；

   1 在干预期结束后 4 周的随访中收集。

   运动表现评估 - 上身和下身运动的 1 次重复最大 (1RM) 力量、自行车测力计上的峰值有氧能力 (VO2peak)、Wingate 无氧能力测试、使用计算机控制的测力计的膝伸肌峰值肌肉力量，以及垂直跳跃测试在干预期前后进行。 一些性能测试也在干预中期进行（大约第 6 周）。

   膳食摄入量——将在第 0 周和第 12 周使用经过验证的 24 小时回忆监测膳食摄入量。

   质量保证：

   锻炼课程：将以适当的方法仔细指导受试者并持续监测。 所有锻炼课程均在经验丰富的认证员工 [认证力量和体能专家（美国国家力量和体能协会）和/或认证运动专家（美国运动医学学院）] 的全面监督下进行。

   生物样本采集：所有肌肉活检和抽血均由经过培训的专业临床医生和研究人员执行，他们经验丰富且获得当地认证。

   DXA 扫描：所有 DXA 扫描均由 UAB 受过培训的技术人员执行。

   基因检测：样本的基因检测将链接到一个唯一的参与者 ID，该 ID 不会以任何方式识别参与者。 与个人健康信息的链接在临床站点 (UAB) 中保持安全。

   该研究将由训练有素且经验丰富的人员进行，他们将在开展这项研究之前向 IRB 确认。

   PI 将最终负责数据和安全监控：(i) 更新所有研究文件并可供申办方、UAB IRB 和其他授权审查员检查； (ii) 确保遵循适当的机制来保护研究参与者的安全； (iii) 确保遵守协议要求； (iv) 确保数据准确、完整和安全。 所有与开展研究有关的文件将由 PI 存档。

   即使此试验不符合数据和安全监控委员会的要求，我们仍将遵循如下所述的主动数据和安全监控计划。

   1. 在调查人员/工作人员团队会议上每周审查招募进度说明、来自运动设施、实验室和数据管理人员的更新/报告，以及新的可用数据。
   2. PI 对安全性和中期数据分析的季度审查。
   3. UAB IRB 进行的年度审查。
   4. 研究团队每半年进行一次患者安全审查。

   所有非严重的 AE 都将被记录下来，并以预定的时间间隔（至少每年一次）向 UAB IRB 提交一份摘要。 任何 SAE 将在发现后 3 天内报告给 UAB IRB。 AE/SAE 的汇总报告将按要求交付给申办方。 如果发生 AE（严重或不严重），将立即通知 PI。 根据事件的不同，跟进可能需要额外的测试或指示的医疗程序，和/或转介给专家。 研究医师将做出此类决定。 根据 AE/SAE 的类型，PI 可能会选择中止该受试者的研究。 PI 将最终负责评估每个 AE 与方案的关系、严重性和预期性、对风险收益比的任何影响，以及是否需要修改知情同意文件和/或方案。 PI 还将负责确定是否必须暂停协议，直到做出令人满意的修改；然而，在这种情况下，最终权力将属于 UAB IRB。