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运动训练是众所周知的保持和恢复健康的方法;然而，人们还没有完全了解运动益处的分子机制。乔斯林糖尿病中心细胞代谢研究人员的一篇新论文阐明了运动的复杂生理反应。
运动训练是众所周知的保持和恢复健康的方法;然而，人们还没有完全了解运动益处的分子机制。乔斯林糖尿病中心细胞代谢研究人员的一篇新论文阐明了运动的复杂生理反应。
利用最近的单细胞技术和计算生物学的进步，由乔斯林糖尿病中心综合生理学和代谢高级研究员Laurie J. Goodyear博士领导的团队与麻省理工学院计算生物学和人工智能实验室进行了合作，该实验室由Manolis Kellis博士领导，以单细胞分辨率研究三种代谢组织对运动和高脂肪饮食诱导的肥胖的反应。这些史无前例的结果为运动和肥胖在两种不同类型的脂肪和肌肉中引起的单细胞变化提供了参考图谱。研究人员确定，这三种组织对运动和肥胖的反应是相反的，并强调了由运动和肥胖调节的突出分子途径。
“规律的体育锻炼是预防和治疗肥胖和糖尿病的一种行之有效的干预措施，我们的目标是为理解运动和肥胖在全身不同组织中介导系统性影响的分子变化和细胞类型奠定基础，”哈佛医学院的医学教授古德伊尔说。“这项研究的结果将成为一个巨大的资源，可以引导很多其他的工作——不仅是我们的实验室，也包括其他实验室——最终可能会发现新的治疗肥胖症和其他慢性代谢性疾病的方法。”
古德伊尔和他的同事们目前的研究集中在两种白色脂肪组织(或称脂肪)和骨骼肌上，这些组织取自训练有素或久坐不动的老鼠，它们要么吃健康的食物，要么吃模仿典型西方饮食的高脂肪食物(HFD)。这有效地提供了四组小鼠;多食/久坐，多食/活跃，高热量饮食/久坐和高热量饮食/活跃。饮食治疗为期六周，运动训练则是将老鼠安置在一个自由行走的轮子上，为期三周。
经过三周的运动干预后，研究人员对动物的组织进行了单细胞RNA测序分析，为研究人员提供了大量的新数据。在最惊人的发现中，科学家观察到控制细胞外建模(ECM)和昼夜节律的基因在所有三种组织类型中都受到运动和肥胖的调节。肥胖上调了ecm相关通路，而运动下调了它们。相反，运动上调了与昼夜节律相关的通路，而肥胖则下调了这些通路。
“关于昼夜节律，我们看到了非常安静的细胞，在高脂肪饮食组中新陈代谢不活跃，”共同第一作者Pasquale Nigro博士说，他是乔斯林固特异实验室的高级成员和哈佛医学院的医学讲师。“我们发现锻炼可以扭转这种情况。似乎，当昼夜节律系统被上调时，细胞会重新被激活。”
“作为保持身心健康最有效的策略之一，人们越来越认识到，锻炼可以在肥胖以外的许多其他疾病的背景下诱导组织特异性和共享适应性，”共同第一作者、乔斯林医院的主治医生、哈佛医学院的医学讲师Maria Vamvini博士说。“通过将我们生理学家的知识与麻省理工学院凯利斯实验室的计算生物学技能相结合，我们已经能够开发出一个包含超过20万个细胞和53种注释细胞类型的单细胞图谱。这一资源有可能帮助我们的研究团队以及其他研究团队揭示在各种疾病和生理环境(如癌症和衰老)中由运动引起的基本变化。这种团队合作是我们通过合作实现目标的典范。”
Single-cell dissection of the obesity-exercise axis in adipose-muscle tissues implies a critical role for mesenchymal stem cells
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