2024-05-06 14:16 来源：得道网
研究明确证实，运动肌肉、燃烧卡路里的活动可以减缓疾病的发展，改善认知功能，增强免疫系统，降低各种原因导致的死亡率。
科学家们现在正通过在分子水平上研究运动对人类和其他哺乳动物的影响，进一步深入研究运动对人类和其他哺乳动物的影响。他们的目标是在最小的尺度上揭示运动的影响，并更好地了解身体在健康和疾病状态下是如何工作的。
分子是原子团。它们代表了能参与化学反应的化合物的最小单位。蛋白质、碳水化合物、脂类(脂肪)和核酸中的化学反应——“组学”(细胞成分)控制着每个器官系统的内部运作。
运动似乎以一种鲜为人知的方式改变了这些分子。然而，识别这些变化，为所有人类带来了临床益处的希望，无论年龄、性别、身体成分或健康水平如何。
2016年底，为了在分子水平上更多地了解运动引起的变化，美国国立卫生研究院共同基金(National Institutes of Health Common Fund)开始支持扩大研究，以绘制运动如何帮助维持健康组织和器官系统的最小细节。这导致建立了一个全国性的合作专家小组，称为运动分子传感器联盟(MoTrPAC)。
从一开始，太平洋西北国家实验室(PNNL)——在生物化学家Josh Adkins和qian - jun的指导下——已经成为MoTrPAC在动物和人类运动、生物分子分析和生物信息学方面的全国专业中心之一。
该联盟的生物分子分析中心使用组学方法在整个身体水平上分析基因、蛋白质或其他生物分子。MoTrPAC的最终目标是在人类和动物模型中创建运动反应的分子图谱。从肌肉到分子，这样的地图将有助于揭示运动如何影响健康。
“能够看到人体各器官广泛的分子反应是特别有趣的，”分子作图的Qian说。“这些知识可能是锻炼的强大动力因素。”
PNNL在MoTrPAC中的主要作用是研究运动诱导的蛋白质和翻译后修饰(PTMs)的变化。蛋白质由折叠成三维结构的氨基酸链组成，然后调节组织和器官的结构和功能。PTMs是通过化学修饰特定蛋白质中的特定氨基酸来改变蛋白质功能的加工事件。研究样品中所有可检测蛋白质及其PTMs的变化称为蛋白质组学。
阿德金斯说:“我们从一开始就一直是该联盟研究设计的核心，重点是蛋白质组学。”他感谢了一位重要的合作伙伴:史蒂文·卡尔(Steven Carr)和他在布罗德研究所(Broad Institute)的蛋白质组学团队。布罗德研究所是哈佛大学(Harvard University)和麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)领导的一个研究中心。
在《细胞》杂志上发表的2020年展望中，阿德金斯和PNNL生物医学科学家詹姆斯·桑福德(James Sanford)与其他合著者一起描述了分子“串扰”，这是一种由各种组织之间的运动引起的化学电报。该研究还概述了绘制这种分子交换图谱的重要性。
《细胞》杂志的论文还介绍了一个公共MoTrPAC数据集的想法，以帮助找到运动益处背后的隐藏机制。它现在正在蓬勃发展。PNNL化学家Paul Piehowski是该数据集的主要分析师之一。
对于Adkins, Qian和PNNL MoTrPAC团队的其他成员来说，蛋白质组学研究依赖于环境分子科学实验室(EMSL)的仪器，该实验室是位于PNNL校园内的能源部科学办公室用户设施。EMSL的能力包括一系列高端轨道阱质谱仪。他们的分析有助于从各种组织类型和样本中识别和量化蛋白质和其他分子。
阿德金斯说，MoTrPAC“规模巨大”。“PNNL的操作规模使我们能够以非常高的质量和高操作可重复性完成这种规模的工作。”他把PNNL-EMSL在MoTrPAC中的作用称为“蛋白质组学研究的杰作”。以前很少有这样规模的项目。”
2024年5月2日，全国各地的MoTrPAC研究人员在《自然》杂志上发表了一项研究。这是该联盟发表的第一篇主要论文，提供了耐力运动训练的分子反应的首个全生物体图谱。
实验的模式生物是老鼠。同一物种的雄性和雌性大鼠分别在电动跑步机上跑步1周、2周、4周和8周。作为对照，研究人员使用久坐不动、未经训练的大鼠，与运动的老鼠按性别配对。
在每次训练间隔的48小时内，研究人员收集全血、血浆和18种固体组织样本，并将它们分散到PNNL等组学中心进行深入分析。
在众多的样本中，阿德金斯说，“我们想要了解器官系统的整合。”《自然》杂志这篇论文的作者说，身体对耐力训练的分子反应是全系统的，这一结论是通过一系列组学分析中整合组织样本得到证实的。
其他结果则得到了更好的调整。例如，锻炼可以促进肝脏健康和新陈代谢。它还可以重塑和加强心脏结构，改善与肠道完整性相关的途径(肠道健康与全身的炎症有关)，丰富免疫途径，减少肺部和小肠的炎症。重要的是，作者认为，在训练反应中观察到的性别差异强调了在运动研究中包括两性的重要性。
将大鼠数据转化为与人类相关的结论是具有挑战性的。然而，大鼠是首选的动物模型，因为大鼠和人的骨骼肌和器官系统信号模式相似。运动引起的葡萄糖代谢和心脏反应也是如此。此外，与小鼠相比，大鼠的大组织质量为多组学分析提供了更好的样本。
阿德金斯说:“这些数据将帮助我们把老鼠身上的知识带入人类领域。”
为了缩小老鼠和人类之间的数据差距，MoTrPAC联盟正在进行一项运动反应实验，记录2000名成年志愿者对耐力训练和阻力训练的分子反应。
最近发表在《自然》杂志上的论文提供了阿德金斯所说的多中心国家MoTrPAC研究的“景观视图”。与此同时，其他正在进行的研究正在对财团数据进行更狭窄和更详细的观察。PNNL的桑福德是一个研究小组的成员，该小组展示了多组学如何帮助识别在运动中起作用的关键基因调控程序。
桑福德大学的研究小组正在研究数千种观察到的分子变化。其中包括运动如何调节与线粒体变化、热休克反应、免疫调节和其他分子过程相关的基因表达。
桑福德还与PNNL生物结构和功能生化学家吉娜·马尼和PNNL数据科学家泰勒·森多夫一起，对跑步大鼠的数据进行了分析，以调查白色脂肪组织反应中的两性二态性。
白色脂肪是一种储存和分泌器官系统，与肥胖、心血管疾病、2型糖尿病、癌症和其他疾病的发展有关。这种脂肪类型对免疫系统和其他维持全身健康的生物过程也有重要影响。
到目前为止，分析似乎表明，在大鼠中，白色脂肪组织的反应在两性之间存在“深刻的”差异。虽然体育锻炼对雌雄老鼠都有好处，但只有雄性老鼠对运动的反应是失去白色脂肪组织。在雌性大鼠中，运动可以防止它们增加脂肪量。
这种狭隘的调查使用MoTrPAC数据集来寻找运动如何影响个体组织或特定生物过程的见解。
例如，MoTrPAC正在进行的一项调查着眼于运动如何影响基因转录。这是将信息从DNA链复制到信使RNA (mRNA)分子上的过程，信使RNA将遗传信息传递到制造蛋白质的细胞区域。另一个正在进行的研究是关于运动对线粒体反应的影响。线粒体存在于哺乳动物细胞中，调节能量产生和应激反应。
阿德金斯说，每一项基于MoTrPAC数据不同方面的小型研究“都是更大愿景的一部分”。这就是该联盟的愿景:绘制运动后人体分子变化的地图。
更多信息:耐力运动训练的多组反应的时间动力学，Nature(2024)。DOI: 10.1038 / s41586 - 023 - 06877 - w
由太平洋西北国家实验室提供
引用本文:绘制运动分子反应全身图谱的第一步(2024,5月5日)，2024年5月5日检索自https://phys.org/news/2024-05-body-molecular-responses.html
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