发布日期： 2024年05月08日
来源：broad institute
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运动对健康的好处众所周知，但新的研究表明，身体对运动的反应比以前认为的要复杂和深远。在一项对大鼠的研究中，来自美国各地的一组科学家发现，体育活动会导致小鼠身上19个器官发生许多细胞和分子变化。
运动可以降低患许多疾病的风险，但科学家们仍然不能完全理解运动是如何在分子水平上改变身体的。大多数研究都集中在单一器官、性别或时间点上，只包括一到两种数据类型。
为了更全面地了解运动的生物学作用，体育活动分子传感器联盟(MoTrPAC)的科学家们在实验室里使用了一系列技术来分析大鼠在经历数周高强度运动时的分子变化。他们的研究结果发表在《自然》杂志上。
研究小组研究了动物的一系列组织，如心脏、大脑和肺部。他们发现，他们观察的每一个器官都随着运动而改变，帮助身体调节免疫系统，对压力做出反应，并控制与炎症性肝病、心脏病和组织损伤有关的途径。
这些数据为许多不同的人类健康状况提供了潜在线索;例如，研究人员发现了一种可能的解释，可以解释为什么肝脏在运动期间脂肪含量会减少，这可能有助于开发治疗非酒精性脂肪肝的新方法。
研究小组希望他们的发现有一天可以用来根据个人的健康状况量身定制运动，或者为无法锻炼的人开发出模仿体育锻炼效果的治疗方法。他们已经开始对人体进行研究，以追踪运动的分子效应。
MoTrPAC于2016年启动，汇集了来自麻省理工学院博德研究所(Broad Institute of MIT)、哈佛大学(Harvard)、斯坦福大学(Stanford University)、美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)和其他机构的科学家，以阐明运动对健康益处背后的生物过程。
文章通讯作者Steve Carr说:“这需要一群具有不同科学背景的科学家来生成和整合产生的大量高质量数据。这是首个观察训练对多个不同器官影响的全生物体图谱。所产生的资源将非常有价值，并且已经产生了许多潜在的新的生物学见解，可供进一步探索。”
该团队已将所有动物数据放在一个在线公共存储库中。其他科学家可以使用这个网站下载，例如，在跑步机上进行八周的定期运动后，雌性大鼠肺部蛋白质含量变化的信息，或者随着时间的推移，雄性和雌性大鼠所有器官对运动的RNA反应。
进行如此大规模和详细的研究需要大量的计划。参与这项研究的所有实验室必须做的协调工作是惊人的，”Clary Clish说。
在与爱荷华大学卡弗医学院的Sue Bodine的合作中，MoTrPAC团队的其他成员将样本分开，这样每个实验室：Carr的团队分析蛋白质，Clish的团队研究代谢物，分析各个样本。
“很多大规模研究只关注一两种数据类型，但在这里，我们在同一组织上进行了许多不同的实验，这让我们对所有这些不同的分子层如何影响运动反应有了一个全面的了解。”
这些团队总共进行了近1万次分析，对血液和18种固体组织进行了约1500万次测量。他们发现，运动影响了成千上万的分子，其中肾上腺的变化最为极端，肾上腺产生激素，调节许多重要过程，如免疫、新陈代谢和血压。研究人员发现了几个器官的性别差异，尤其是与免疫反应有关的器官。大多数女性独有的免疫信号分子在训练一到两周之间显示出水平的变化，而男性的免疫信号分子在训练四到八周之间显示出差异。
有些反应在性别和器官上是一致的。例如，研究人员发现，细胞在应激反应中产生的热休克蛋白在不同的组织中以相同的方式受到调节。但其他见解是针对组织的。令他们惊讶的是，研究小组发现，参与能量产生的线粒体蛋白质乙酰化和调节能量储存的磷酸化信号都在运动过程中发生了变化。这些变化可以帮助肝脏减少脂肪，减少运动引起的疾病，并可以为研究人员提供未来治疗非酒精性脂肪性肝病的目标。
“尽管肝脏与运动没有直接关系，但它仍然会发生可以改善健康的变化。Jean-Beltran说:“没有人猜测我们会在运动训练后看到肝脏中乙酰化和磷酸化的变化。这凸显了为什么我们要采用所有这些不同的分子模式——运动是一个非常复杂的过程，而这只是冰山一角。”
“两三代研究人员在这个联合项目中成熟起来，学会了仔细设计研究和处理样本的意义。”“现在我们看到了我们工作的结果:我们和其他人产生的高质量数据产生了生物学上深刻的发现。这真的很有成就感。”
今天发表的其他MoTrPAC论文包括对不同组织中脂肪和线粒体对运动的反应的深入研究。更多的MoTrPAC研究正在进行中，以研究运动对年轻成年鼠和老年鼠的影响，以及30分钟一次的体育活动的短期影响。该联盟还开始了人体研究，正在招募大约1500名不同年龄、性别、血统和活动水平的人进行临床试验，以研究儿童和成人耐力和阻力运动的影响。
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