运动对健康的好处众所周知，但新的研究表明，身体对运动的反应比以前想象的更加复杂和深远。在一项针对老鼠的研究中，来自美国各地的科学家团队发现，体力活动会导致他们在动物身上研究的所有 19 个器官发生许多细胞和分子变化。
运动可以降低许多疾病的风险，但科学家仍然不完全了解运动如何在分子水平上改变身体。大多数研究都集中在单个器官、性别或时间点，并且只包含一两种数据类型。
为了更全面地了解运动的生物学原理，体力活动分子传感器联盟 (MoTrPAC) 的科学家在实验室中使用了一系列技术来分析大鼠在进行数周剧烈运动时的分子变化。他们的发现发表在《自然》杂志上。
研究小组研究了动物的一系列组织，例如心脏、大脑和肺。他们发现，他们观察的每个器官都会随着运动而发生变化，帮助身体调节免疫系统，应对压力，并控制与炎症性肝病、心脏病和组织损伤相关的通路。
这些数据为许多不同的人类健康状况提供了潜在的线索；例如，研究人员发现了运动过程中肝脏脂肪含量减少的可能解释，这可能有助于开发非酒精性脂肪肝的新疗法。
研究小组希望他们的发现有一天可以用于根据个人的健康状况调整运动，或者为无法运动的人开发模仿身体活动效果的治疗方法。他们已经开始对人体进行研究，以追踪运动的分子效应。
MoTrPAC 于 2016 年推出，汇集了来自麻省理工学院和哈佛大学博德研究所、斯坦福大学、美国国立卫生研究院和其他机构的科学家，旨在揭示运动对健康有益的生物过程。 Broad项目最初是由Broad蛋白质组学平台高级总监Steve Carr构思的； Clary Clish，Broad 代谢组学平台高级总监； Robert Gerszten，博德研究所高级准会员，贝斯以色列女执事医疗中心心血管医学主任；杜克大学营养学教授克里斯托弗·纽加德（Christopher Newgard）。
这项研究的共同第一作者包括研究开始时博德大学卡尔小组的博士后研究员皮埃尔·让-贝尔特兰(Pierre Jean-Beltran)，以及斯坦福大学的大卫·阿马尔(David Amar)和妮可·盖伊(Nicole Gay)。考特尼·丹尼斯和朱利安·阿维拉都是克里什小组的研究人员，也是该手稿的合著者。
一群具有不同科学背景的科学家共同生成并整合了所产生的大量高质量数据。这是第一个整体生物体图，着眼于多个不同器官的训练效果。所产生的资源将非常有价值，并且已经产生了许多潜在的新颖的生物学见解以供进一步探索。”
史蒂夫·卡尔，该研究的共同高级作者
该团队已在在线公共存储库中提供所有动物数据。例如，其他科学家可以使用该网站下载有关雌性大鼠定期在跑步机上运动八周后肺部蛋白质发生丰富变化的信息，或者雄性和雌性大鼠所有器官对运动的 RNA 反应的信息。时间。
全身分析
进行如此大规模和详细的研究需要大量的计划。 “参与这项研究的所有实验室必须进行大量的协调，”克里什说。
MoTrPAC 团队与爱荷华大学卡弗医学院的 Sue Bodine 合作，该团队在长达八周的训练后从动物身上收集了组织样本，MoTrPAC 团队的其他成员将样本进行了分配，以便每个实验室：卡尔的团队分析蛋白质，克利什的团队研究代谢物，等等；将检查几乎相同的样本。
“许多大规模研究只关注一两种数据类型，”卡尔团队的计算科学家娜塔莉·克拉克 (Natalie Clark) 说。 “但在这里，我们在同一组织上进行了许多不同的实验，这让我们对所有这些不同的分子层如何促进运动反应有一个全面的了解。”
这些团队总共进行了近 10,000 次检测，对血液和 18 个实体组织进行了约 1500 万次测量。他们发现，运动会影响数千个分子，其中肾上腺的变化最为极端，肾上腺会产生调节免疫、新陈代谢和血压等许多重要过程的激素。研究人员发现了几个器官的性别差异，特别是与随时间推移的免疫反应有关的差异。大多数女性特有的免疫信号分子在训练一到两周内表现出水平变化，而男性的免疫信号分子在训练四到八周之间表现出差异。
一些反应在不同性别和器官之间是一致的。例如，研究人员发现，细胞响应压力而产生的热休克蛋白在不同组织中以相同的方式受到调节。但其他见解是针对组织的。令他们惊讶的是，卡尔的团队发现，参与能量产生的线粒体蛋白的乙酰化以及调节能量储存的磷酸化信号都增加了，这两种信号在肝脏中都会在运动过程中发生变化。这些变化可以帮助肝脏减少脂肪含量，并且通过运动不易患病，并可以为研究人员提供未来治疗非酒精性脂肪肝的目标。
“尽管肝脏不直接参与运动，但它仍然会发生可以改善健康的变化。没有人推测我们会在运动训练后看到肝脏中的这些乙酰化和磷酸化变化，”Jean-Beltran 说。 “这凸显了为什么我们部署所有这些不同的分子模式——运动是一个非常复杂的过程，而这只是冰山一角。”
卡尔团队的高级组长、该研究的合著者哈斯米克·凯希什安 (Hasmik Keshishian) 补充道：“两三代研究人员在这个联盟项目中成熟起来，并了解了精心设计研究和处理样本的意义。” “现在我们看到了我们的工作成果：从我们和其他人生成的高质量数据中得出的具有生物学洞察力的发现。这真的很令人满意。”
今天发表的其他 MoTrPAC 论文包括更深入地探讨不同组织中的脂肪和线粒体对运动的反应。其他 MoTrPAC 研究正在进行中，以研究运动对年轻成年和老年大鼠的影响，以及 30 分钟体力活动的短期影响。该联盟还开始了人体研究，并正在招募约 1,500 名不同年龄、性别、血统和活动水平的个体进行临床试验，以研究耐力和抗阻运动对儿童和成人的影响。
