新研究，公布運動對多個不同器官影響的全生物體圖譜

運動對健康的好處眾所周知，但新的研究表明，身體對運動的反應比以前認為的要復雜和深遠。在一項對大鼠的研究中，來自美國各地的一組科學家發(fā)現(xiàn)，體育活動會導致小鼠身上19個器官發(fā)生許多細胞和分子變化。

運動可以降低患許多疾病的風險，但科學家們仍然不能完全理解運動是如何在分子水平上改變身體的。大多數(shù)研究都集中在單一器官、性別或時間點上，只包括一到兩種數(shù)據(jù)類型。

為了更全面地了解運動的生物學作用，體育活動分子傳感器聯(lián)盟(MoTrPAC)的科學家們在實驗室里使用了一系列技術來分析大鼠在經(jīng)歷數(shù)周高強度運動時的分子變化。他們的研究結果發(fā)表在《自然》雜志上。

研究小組研究了動物的一系列組織，如心臟、大腦和肺部。他們發(fā)現(xiàn)，他們觀察的每一個器官都隨著運動而改變，幫助身體調節(jié)免疫系統(tǒng)，對壓力做出反應，并控制與炎癥性肝病、心臟病和組織損傷有關的途徑。

這些數(shù)據(jù)為許多不同的人類健康狀況提供了潛在線索;例如，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種可能的解釋，可以解釋為什么肝臟在運動期間脂肪含量會減少，這可能有助于開發(fā)治療非酒精性脂肪肝的新方法。

研究小組希望他們的發(fā)現(xiàn)有一天可以用來根據(jù)個人的健康狀況量身定制運動，或者為無法鍛煉的人開發(fā)出模仿體育鍛煉效果的治療方法。他們已經(jīng)開始對人體進行研究，以追蹤運動的分子效應。

MoTrPAC于2016年啟動，匯集了來自麻省理工學院博德研究所(Broad Institute of MIT)、哈佛大學(Harvard)、斯坦福大學(Stanford University)、美國國立衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health)和其他機構的科學家，以闡明運動對健康益處背后的生物過程。

文章通訊作者Steve Carr說:“這需要一群具有不同科學背景的科學家來生成和整合產(chǎn)生的大量高質量數(shù)據(jù)。這是首個觀察訓練對多個不同器官影響的全生物體圖譜。所產(chǎn)生的資源將非常有價值，并且已經(jīng)產(chǎn)生了許多潛在的新的生物學見解，可供進一步探索。”

該團隊已將所有動物數(shù)據(jù)放在一個在線公共存儲庫中。其他科學家可以使用這個網(wǎng)站下載，例如，在跑步機上進行八周的定期運動后，雌性大鼠肺部蛋白質含量變化的信息，或者隨著時間的推移，雄性和雌性大鼠所有器官對運動的RNA反應。

全身分析

進行如此大規(guī)模和詳細的研究需要大量的計劃。參與這項研究的所有實驗室必須做的協(xié)調工作是驚人的，”Clary Clish說。

在與愛荷華大學卡弗醫(yī)學院的Sue Bodine的合作中，MoTrPAC團隊的其他成員將樣本分開，這樣每個實驗室：Carr的團隊分析蛋白質，Clish的團隊研究代謝物，分析各個樣本。

“很多大規(guī)模研究只關注一兩種數(shù)據(jù)類型，但在這里，我們在同一組織上進行了許多不同的實驗，這讓我們對所有這些不同的分子層如何影響運動反應有了一個全面的了解。”

這些團隊總共進行了近1萬次分析，對血液和18種固體組織進行了約1500萬次測量。他們發(fā)現(xiàn)，運動影響了成千上萬的分子，其中腎上腺的變化最為極端，腎上腺產(chǎn)生激素，調節(jié)許多重要過程，如免疫、新陳代謝和血壓。研究人員發(fā)現(xiàn)了幾個器官的性別差異，尤其是與免疫反應有關的器官。大多數(shù)女性獨有的免疫信號分子在訓練一到兩周之間顯示出水平的變化，而男性的免疫信號分子在訓練四到八周之間顯示出差異。

有些反應在性別和器官上是一致的。例如，研究人員發(fā)現(xiàn)，細胞在應激反應中產(chǎn)生的熱休克蛋白在不同的組織中以相同的方式受到調節(jié)。但其他見解是針對組織的。令他們驚訝的是，研究小組發(fā)現(xiàn)，參與能量產(chǎn)生的線粒體蛋白質乙酰化和調節(jié)能量儲存的磷酸化信號都在運動過程中發(fā)生了變化。這些變化可以幫助肝臟減少脂肪，減少運動引起的疾病，并可以為研究人員提供未來治療非酒精性脂肪性肝病的目標。

“盡管肝臟與運動沒有直接關系，但它仍然會發(fā)生可以改善健康的變化。Jean-Beltran說:“沒有人猜測我們會在運動訓練后看到肝臟中乙酰化和磷酸化的變化。這凸顯了為什么我們要采用所有這些不同的分子模式——運動是一個非常復雜的過程，而這只是冰山一角。”

“兩三代研究人員在這個聯(lián)合項目中成熟起來，學會了仔細設計研究和處理樣本的意義。”“現(xiàn)在我們看到了我們工作的結果:我們和其他人產(chǎn)生的高質量數(shù)據(jù)產(chǎn)生了生物學上深刻的發(fā)現(xiàn)。這真的很有成就感。”

今天發(fā)表的其他MoTrPAC論文包括對不同組織中脂肪和線粒體對運動的反應的深入研究。更多的MoTrPAC研究正在進行中，以研究運動對年輕成年鼠和老年鼠的影響，以及30分鐘一次的體育活動的短期影響。該聯(lián)盟還開始了人體研究，正在招募大約1500名不同年齡、性別、血統(tǒng)和活動水平的人進行臨床試驗，以研究兒童和成人耐力和阻力運動的影響。

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