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运动是一种药物,需要严肃对待

已有 537 次阅读 2024-5-2 06:41 |系统分类:科研笔记

饮食和运动对健康非常重要。在健康的名义下,当今各种各样的饮食和运动方式也非常活跃。但在接受和使用这些方法时,我们一定要注意:饮食和运动对人的影响很大,特别是一些相对剧烈的方式,例如辟谷、升酮饮食、马拉松、爬山等,千万不能随意尝试,需要有一定的相关知识指导,最好是在专业人员指导下进行。

简单说,我们可以把某些方式当成药物看待,药物的话就一定存在副作用,也会存在明显的个体差异。

并不是每个人都适合同样的健康方式。

以上是博主看法

运动锻炼已被科学证实与多种健康益处相关,包括延长寿命、增强免疫系统以及预防慢性疾病,如癌症、心血管疾病和2型糖尿病。尽管人们普遍意识到这些好处,但运动锻炼带来这些优势的细胞和分子机制尚未完全理解。运动是一种平衡行为,产生细胞压力,但同时也产生细胞保护过程。研究人员正在研究运动背后的分子网络,以及它如何与身体不同系统相互作用。如高水平的IL-6在休息时具有炎症作用,与肥胖和胰岛素抵抗有关,但在运动时可激活其更镇静的家族成员,减轻炎症及其有害影响。研究结果还表明,运动后,小鼠的肝细胞挤出了几种类型的羧酸酯酶,这些酶已知可以加速新陈代谢。如果这些酶能够以正确的数量和纯度生产,它们就有可能被用作模拟运动的化合物。

Thousands of swimmers race 6.5 kilometres from Kanlıca to Kuruçeşme in Istanbul in 2023.

 Why is exercise good for you? Scientists are finding answers in our cells (nature.com)

高水平的IL-6可能是有益的,也可能是有害的,这取决于它是如何被激发的。在休息时,过多的IL-6具有炎症作用,并与肥胖和胰岛素抵抗有关,这是2型糖尿病的标志,Klarlund Pedersen说。但是在运动时,该分子会激活其更镇静的家族成员,例如IL-10和IL-1ra,从而减轻炎症及其有害影响。“每次运动,你都会引起抗炎反应,”Klarlund Pedersen说。Klarlund Pedersen补充道,虽然一些体育活动总比没有好,但高强度、长时间的运动,如跑步或骑自行车,会增加IL-6的产生。

运动在其他方面也是一种平衡行为。身体活动会产生细胞压力,某些分子会抵消这种破坏性影响。当线粒体(在细胞中提供能量的动力源)在运动期间增加产量时,它们还会产生更多的副产物,称为活性氧(ROS),过量会损害蛋白质,脂质和DNA。但这些ROS也会在运动过程中启动大量的保护过程,抵消它们更多的毒性作用并加强细胞防御。

在这种维持和修复武器库中的分子星中,有调节重要骨骼肌基因的蛋白质PGC-1α和激活编码保护性抗氧化酶的基因的NRF2。在运动过程中,身体已经学会了从从根本上的压力过程中受益。“如果压力不会杀死你,它会让你变得更强壮,中国科学院遗传学与发育生物学研究所的遗传学家叶天说。

无处不在的 Exerkines

自从IL-6开创了exerkine时代以来,多组学的爆炸式增长 - 一种结合各种生物学数据集的方法,如蛋白质组和代谢组 - 使研究人员能够超越追逐单个分子。他们现在可以开始解开运动背后错综复杂的分子网络,以及它如何与身体的不同系统相互作用,加州斯坦福大学的遗传学家迈克尔·斯奈德(Michael Snyder)说,他最近从跑步转向举重。“我们需要了解这些是如何协同工作的,因为[人类]是一台需要适当调整的稳态机器,”他说。

2020 年,斯奈德和他的同事从 36 名年龄在 40 至 75 岁之间的人身上采集了血液样本,这些人在志愿者在跑步机上跑步之前、期间和之后的不同时间间隔。该团队使用多组学分析测量了17,000多个分子,其中一半以上在运动后显示出显着变化9.他们还发现,运动触发了能量代谢、氧化应激和炎症等生物过程的精心“编排”。斯奈德说,创建运动分子目录是了解它们对身体影响的重要第一步。

 

其他研究探讨了运动如何影响细胞类型。2022年由斯坦福大学病理学家乔纳森·朗(Jonathan Long)领导的一项针对小鼠的研究确定了200多种蛋白质,这些蛋白质在运动中由21种细胞类型以不同的方式表达10.研究人员期望发现肝脏、肌肉和骨骼中的细胞对运动最敏感,但令他们惊讶的是,他们发现一种更广泛的细胞类型,一种出现在许多组织和器官中的细胞,显示出它产生或拒绝的蛋白质的最大变化。Long说,研究结果表明,在锻炼过程中,更多的细胞类型比以前认为的要多,尽管这些变化对身体意味着什么仍然是一个悬而未决的问题。

研究结果还表明,运动后,小鼠的肝细胞挤出了几种类型的羧酸酯酶,这些酶已知可以加速新陈代谢。当Long和他的同事对小鼠进行基因调整,使它们的肝脏表达这些新陈代谢增强酶的水平升高,然后给它们喂食高脂肪食物时,小鼠的体重并没有增加。当他们在跑步机上跑步时,他们的耐力也增加了。“这些分泌的羧酸酯酶对运动表现的改善以前是未知的,”Long说,他的每周锻炼计划包括游泳和举重。他补充说,如果这些酶能够以正确的数量和纯度生产,它们就有可能被用作模拟运动的化合物。

在锻炼过程中,远处的器官和组织通过分子信号相互交流。与exerkines一起,细胞外囊泡(EVs) - 携带生物物质的纳米级气泡状结构 - 可能是器官和组织串扰背后的机制之一,Mark Febbraio说,他是一名前铁人三项运动员,现在是澳大利亚墨尔本莫纳什大学的运动生理学家。2018 年,Febbraio 和他的团队将管子插入 11 名健康男性的股动脉,并在他们以越来越快的速度骑健身车一小时之前和之后抽血。在运动期间和运动后,但不是在休息时,他们发现构成或由电动汽车携带的300多种蛋白质的水平飙升11.

当研究小组从在跑步机上跑步的小鼠中收集EV并将它们注射到另一组健康小鼠中时,大多数EV最终进入了肝细胞。在另一项尚未发表的小鼠研究中,Febbraio和他的同事们发现,这些与肝脏结合的EV的内容物可以阻止一种肝脏疾病。一个大问题是EV是否也会将遗传物质沉积到不同的细胞中,如果是这样,这对身体意味着什么。“我们仍然不太了解,”他说。

运动作为药物

目前正在进行更大的努力,以建立一个详细的分子快照,说明运动如何在组织和器官中发挥其促进健康的作用。2016年,美国国立卫生研究院(NIH)成立了身体活动分子换能器联盟(MoTrPAC),这是一项为期六年的研究,涉及约2,600人和800多只大鼠,旨在生成运动分子图谱。这项关于身体活动的最大研究之一,正在梳理有氧运动和耐力运动对不同年龄和健康水平的多种组织类型的影响。

第一个数据集来自完成一到八周跑步机训练的大鼠,并在最后收集了血液和组织样本。研究人员指出了大鼠体内的数千种分子变化,其中许多可能对健康产生保护作用,例如减少炎症性肠病和组织损伤2.一项单独的研究3发现耐力训练的效果因性别而异:与男性脂肪组织中脂肪分解相关的标志物增加,推动脂肪减少,而女性脂肪组织显示与脂肪细胞维持和胰岛素信号传导相关的标志物增加,这可能有助于预防心脏代谢疾病。第三项研究4研究发现,运动会改变与哮喘等疾病相关的基因的表达,并可能有助于触发类似的适应性反应。

一个大目标是揭示为什么锻炼对不同性别、年龄和种族背景的人有如此不同的效果,MoTrPAC团队成员Snyder说。“很明显,有些人比其他人受益更多,”他说。

研究人员希望,大量的分子数据最终能帮助临床医生为慢性病患者制定量身定制的锻炼处方,MoTrPAC团队成员、宾夕法尼亚州匹兹堡大学的 exercise physiologist Bret Goodpaster 说。他说,从长远来看,这些洞见可以用来开发模拟锻炼在无法锻炼的病患身上产生一些有益效果的治疗药物。“这并不是说我们会有一种药丸形式的锻炼,但锻炼的某些方面是可以药物化的,”参加过铁人三项、马拉松和自行车赛的Goodpaster说。

几个团队已经在开发模拟锻炼的治疗药物的早期阶段。2023年3月,由佛罗里达大学盖恩斯维尔分校的药理学家Thomas Burris领导的一个团队确定了一种针对称为雌激素相关受体的蛋白质的化合物,这些蛋白质已知在能量密集型组织(如心脏和骨骼肌)中触发关键的代谢途径,特别是在锻炼期间12。当研究人员给老鼠服用这种名为SLU-PP-332的化合物时,他们发现接受治疗的啮齿动物能够跑得比未经治疗的老鼠长70%,远45%。六个月后,Burris领导的另一项独立研究发现,用药物治疗的肥胖小鼠减重并减少了脂肪的积累,即使它们的饮食习惯相同且没有比平时多锻炼13。

已经有证据表明,锻炼本身就像药物一样起作用。2022年,Bar-Sagi和她的同事们发现,当他们进行了每周5天、每天30分钟的有氧运动时,患有胰腺癌的小鼠的CD8 T细胞(摧毁癌细胞和病毒感染细胞)水平升高14。这些杀手细胞表达IL-15的受体,这是另一种在锻炼期间由肌肉释放的exerkine。研究人员发现,当CD8 T细胞与IL-15结合时,它们会对胰腺中的肿瘤发动更强大的免疫反应。与对照小鼠相比,这种效应使带有肿瘤的小鼠的生存期延长了大约40%。当Bar-Sagi及其团队分析了来自胰腺癌患者的肿瘤组织时,这一发现得到了证实。那些每周进行60分钟有氧和力量训练的人,比对照组的人有更多CD8 T细胞,并且存活长达5年的可能性是两倍。

尽管增加锻炼量对于改善健康来说是不言而喻的,但全球约有25%的成年人没有达到世界卫生组织建议的每周锻炼水平:150-300分钟或更多的中等强度锻炼,如快走;或75-150分钟的高强度锻炼,如跑步。澳大利亚悉尼大学的 exercise physiologist David James 每天骑自行车上班,他说,了解锻炼的内部机制可以帮助制定更清晰的公共卫生信息,解释为什么体育活动很重要以及它如何减少患慢性病的风险。“这是一个强有力的信息,”James说。



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