人体分子图解释了为什么运动对人体如此有益

运动不仅能增强肌肉力量、改善心脏健康和降低血糖水平，还能带来许多其他健康益处。但是，定期在跑步机上跑步、陡峭的自行车骑行或午餐时间快步走，究竟是如何带来如此令人眼花缭乱的健康益处的呢？

得益于斯坦福医学院的一项大规模新研究，我们离这个问题的答案更近了一步。研究人员对近20种组织进行了近10000次测量，以观察经过8周耐力训练的实验大鼠在啮齿动物大小的跑步机上跑步时的效果。

他们的研究结果凸显了运动对免疫系统、应激反应、能量产生和新陈代谢的显著影响。他们发现运动与已知在多种人类疾病和组织修复中发挥作用的分子和基因之间存在显著的联系。

该研究是 5 月 1 日由多学科研究团队成员发表的一系列论文之一，旨在为从整体和分子水平理解我们的组织和细胞如何对运动做出反应奠定基础。

“我们都知道运动有益，”病理学教授Stephen Montgomery博士说道。“但我们对运动时全身发生的分子信号，以及这些信号如何通过训练改变知之甚少。我们的研究首次从全身层面观察分子变化，涵盖从蛋白质到基因、代谢物、脂肪和能量产生等各个方面。这是迄今为止对运动效应最广泛的分析，并绘制了一张描绘运动如何改变身体的重要图谱。”

蒙哥马利也是一名遗传学和生物医学数据科学教授，也是发表在《自然》杂志上的论文的资深作者。

协调演习的观点

参与这项研究及其他同期发表论文的研究人员隶属于一个名为“体力活动分子传感器联盟”（MoTrPAC）的国家级组织，该联盟由美国国立卫生研究院（NIH）组织。该联盟于2015年启动，旨在深入研究运动如何改善健康和预防疾病。

斯坦福医学团队做了大量繁重的工作，研究了八周耐力训练对基因（转录组）、蛋白质（蛋白质组）、脂肪（脂质组）、代谢物（代谢组）、DNA 上的化学标签模式（表观基因组）、免疫系统等表达的影响。

他们对经过训练以增加跑步距离的大鼠的多种组织进行了 9,466 项测试，并将结果与笼中懒散的大鼠的结果进行了比较。他们重点研究了腿部肌肉、心脏、肝脏、肾脏和白色脂肪组织（随着体重增加而积累的脂肪类型）；其他组织包括肺、脑和棕色脂肪组织（一种代谢更活跃的脂肪，有助于燃烧卡路里）。

结合多种分析和组织类型，研究人员获得了数十万种非表观遗传变异的结果，以及超过200万种不同的表观基因组变异。这些成果将在未来数年为科学家们带来巨大的研究机遇。

虽然这项研究的主要目的是为未来的分析创建一个数据库，但一些有趣的结果已经浮现。首先，他们注意到，在他们关注的所有六种组织中，22个基因的表达都会随着运动而发生变化。

许多基因参与了所谓的热休克通路，这种通路在细胞面临压力（包括温度变化、感染或组织重塑）时，负责稳定蛋白质结构。其他基因则参与了降低血压和增强人体对胰岛素敏感性（从而降低血糖水平）的通路。

研究人员还指出，与久坐不动的大鼠相比，运动大鼠体内与 2 型糖尿病、心脏病、肥胖症和肾脏疾病相关的几种基因的表达有所降低，这清楚地表明了他们的研究与人类健康之间的联系。

性别差异

最后，他们发现雄性和雌性大鼠不同组织对运动的反应存在性别差异。经过八周的运动，雄性大鼠体脂减少了约5%，而雌性大鼠的体脂减少不多。（然而，雄性大鼠的体脂百分比维持在初始水平，而久坐不动的雌性大鼠在研究过程中体脂百分比又增加了4%。）

但最大的差异在于大鼠肾上腺的基因表达。一周后，雄性大鼠中与肾上腺素等类固醇激素的产生和能量产生相关的基因增加，而雌性大鼠中基因减少。

尽管这些早期的关联令人期待，但研究人员警告称，运动科学远未完成。事实上，它才刚刚起步。但未来前景光明。

“从长远来看，我们不太可能找到一种神奇的干预措施，能够复制运动对人体的所有功效，”蒙哥马利说。“但我们可以更接近精准运动的理念——根据个人的基因、性别、年龄或其他医疗状况，提供量身定制的建议，以实现有益的全身反应。”