在分子水平上，揭示运动对身体的影响

众所周知，运动对我们的健康非常有好处。大量研究已经明确证实，运动可以减缓疾病的发展、改善认知功能、增强免疫系统，以及降低由各种原因导致的死亡率。

然而，科学家并不完全理解，运动是如何在分子水平上影响身体健康的。分子是由原子构成的，是能够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，以及核酸的化学反应，控制着每个器官系统的内部运作。过去的大多数研究都将焦点集中在某个单一的器官、性别或时间点上，只能收集一到两种数据类型。没有人知道运动有益健康的确切原因。

现在，MoTrPAC（运动分子传感器合作组）的研究人员终于在分子水平上揭示了运动的影响，并得到了出人意料的发现。新的研究成果发表在了《自然》、《自然·代谢》和《自然·通讯》上。

MoTrPAC于2016年启动，汇集了来自麻省理工学院（MIT）、哈佛大学、斯坦福大学、美国国家卫生研究院（NIH）以及其他机构的科学家。他们的终极目标是在人类和动物模型中，创建运动反应的分子图谱，从而更全面地了解运动的生物学作用，阐明运动对健康有益背后的生物过程。

耐力运动训练

这一系列研究所采用的实验对象是模式生物——大鼠。

在实验中，研究人员对许多雄性和雌性大鼠进行了耐力运动训练。他们让这些大鼠在电动跑步机上分别进行1周、2周、4周和8周的跑步训练。在每次训练后的48小时内，研究人员会收集这些大鼠的全血、血浆和18种固体组织的样本，并对它们进行深入分析。与此同时，研究人员还将一组久坐的、不做运动的雄性和雌性大鼠设置为对照组。

为了了解运动在分子水平上的影响，研究人员在实验中对雄性和雌性大鼠进行了耐力训练。（图/ Illustration by Nathan Johnson I Pacific Northwest National Laboratory）

耐力运动训练导致了显著的表型变化。在训练的第8周，雄性和雌性大鼠的有氧能力分别增加了18%和16%。另外，在运动训练的第8周，雄性大鼠的体脂百分率下降了5%，但瘦体重（除脂肪之外的体重）没有显著变化；雌性大鼠的体脂率则在4周或8周的训练后都没有变化。不运动的对照组中的大鼠，体脂率则增加了4%。‍‍‍‍‍

在进行了深入、详细的样本分析后，MoTrPAC的科学家在发表于《自然》杂志的论文中指出，身体对耐力训练的分子反应是系统性的：超过3.5万个分子因运动而改变，其中以肾上腺（产生激素，调节如免疫、新陈代谢和血压等许多重要过程）的变化最为极端。

此外，他们还发现每一个器官都随着运动而发生了变化。例如，运动可以促进肝脏健康和新陈代谢，重塑和加强心脏结构，帮助身体调节免疫系统和对压力做出反应，以及控制与炎症性肝病、心脏病和组织损伤有关的途径。

性别差异

对于观察结果中存在的显著的性别差异，科学家感到非常意外。在发表于《自然·代谢》的那篇论文中，他们详细描述了这些差异。

总的来说，无论是对于雄性还是雌性大鼠，运动都显示出了广泛的益处，例如它可以增强肝功能、增强心肌、增强免疫力、减少肺部和肠道的炎症。但是，有几个器官也显示出了明显的性别差异，尤其是与免疫反应有关的器官。大多数独属于雌性的免疫信号分子在训练1~2周之间就显示出了变化，而那些独属于雄性的免疫信号分子则是在训练4~8周之间才显示出差异的。

另外，这两种性别的脂肪组织也表现出了明显的不同。研究表明，即使是对于那些久坐的、不运动的大鼠，雄性和雌性的脂肪组织也非常不同。而对于经历了运动训练的大鼠，这种性别差异更是令人惊叹：雄性会燃烧脂肪获取能量，并持续减重；而雌性会保存脂肪，虽然它们最初也会燃烧脂肪，但在8周后结束运动时，其脂肪储存又会回到初始水平。

不过，久坐不动的雄性和雌性大鼠也有一个共同点——在整个研究过程中，它们的体重都增加了。运动的雌性大鼠虽然没有减掉脂肪，但它们没有像不运动的大鼠那样增加脂肪。

而且无论是雄性还是雌性大鼠，其脂肪都因为运动而变得更健康，具体表现为代谢更活跃、更有活力，产生的与肥胖有关的信号更少。这在雄性大鼠身上表现得更加明显，因为它们的脂肪在初始时的健康程度更差，而雌性大鼠在运动前后的脂肪都更健康。

研究人员表示，这种脂肪上的性别差异是由雄性与雌性大鼠脂肪表面下的分子反应的不同而造成的。雄性和雌性大鼠都是通过新陈代谢来获取所需的能量，但它们获取能量的方式不同。雌性不会从储存的脂肪中吸取太多能量，可能是因为这些脂肪对生殖健康至关重要。

鼠与人的问题

这些新研究的发现有助于为了解疾病风险奠定基础，并为更加个性化和有针对性的健康干预奠定基础。不过在此之前，科学家还需要先将这些大鼠数据转化为与人类相关的结论。然而，虽然大鼠的基本生理机能与人类有很多相似之处，但这种转化仍然充满了挑战。

现在，MoTrPAC正在进行一项运动反应实验，记录了2000名成年参与者对耐力训练和抗阻训练的分子反应，他们希望能缩小大鼠与人类之间的数据差距。

与此同时，研究团队正在对数据进行更细分、更详细的分析，例如有研究小组正在运用多组学来识别在运动中起作用的关键基因调控程序；还有研究小组正在研究那些会因为运动而发生变化的分子变化。

此外，MoTrPAC的研究人员还将这些海量的数据放在一个在线公共存储库中，让其他科学家可以使用和下载。

#创作团队：

撰文：糖兽

排版：雯雯

#参考来源：

https://www.pnnl.gov/news-media/first-steps-toward-whole-body-map-molecular-responses-exercise

https://www.pnnl.gov/news-media/when-working-out-males-are-programmed-burn-more-fat-while-females-recycle-it-least-rats

https://www.broadinstitute.org/news/scientists-work-out-effects-exercise-cellular-level

#图片来源：

封面图&首图：Eneko Uruñuela / Unsplash