为什么多运动更健康?这篇Nature论文找到了答案丨华人一作

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来源:量子位

萧箫 发自 凹非寺

量子位 报道 | 公众号 QbitAI

都说运动的人更不容易生病和骨折,究竟是什么原理?

增强新陈代谢、改善内分泌、还是促进血液循环……?

这些固然都有道理,然而,它们都并非导致“更不容易生病&骨骼强壮”的直接原因

现在,科学家们终于发现,运动确实能够直接增强免疫系统,甚至还能提高骨密度

这一研究结果,登上了Nature。

调控“生长因子”的表达

在骨髓中,有两种干细胞,一种是造血干细胞,另一种则是骨骼干细胞。

其中,造血干细胞能分化出淋巴细胞等血细胞,而骨骼干细胞则能够分化成成骨细胞等间充质细胞(下图为骨骼干细胞的分化)

这些骨髓中的细胞,能通过某种手段感知到运动产生的机械刺激,从而调控生成的成骨细胞和淋巴细胞的数量。

因为,这些细胞的生成,依赖于一种骨骼干细胞生长因子Osteolectin的表达。

这是一种分泌蛋白,可以激活骨骼干细胞、成骨祖细胞等细胞表面的相关信号,促进成骨。其中,成骨祖细胞是一种骨组织细胞,可以分化成成骨细胞等。

祖细胞(progenitor cell),是细胞在彻底分化前,转化成的某种中间细胞。与干细胞不同,祖细胞只能分化成一些特定的目标细胞。

通过谱系示踪试验,研究人员们发现,Osteolectin作用于一种成骨祖细胞(Osteolectin+ cells)

这种细胞,不仅能持续形成大量成体新生骨骼,还能产生造血干细胞需要的生长因子SCF、以及支持一部分动脉周边的淋巴祖细胞。

其中,淋巴祖细胞经过进一步分化,就能形成淋巴B细胞和T细胞。

而这种刺激成骨、同时支持生成淋巴细胞的生长因子,是通过运动产生的机械刺激来调控的。

运动产生的机械力,确实能够通过动脉血管传递给骨髓中的细胞,从而维持淋巴细胞、成骨祖细胞的增值速度和数量。

如果骨髓中的成骨祖细胞感受到压力减少(例如运动受力减少、或是传导力受体被清除),那么这些细胞的增殖也会减少。

细胞增殖减少的直接结果,就是骨质变差、免疫功能减弱。

已在小鼠体内证实结果

科学家们用小鼠进行了3种实验。

首先是观察因运动刺激增加的生长因子,对于淋巴细胞生成的作用。

首先,他们移除了一组小鼠中成骨祖细胞中的生长因子SCF,发现这确实会减少骨髓内动脉周淋巴祖细胞的数量。

然后,他们用一种名为李斯特菌的致病细菌,感染这些小鼠。

这种致病细菌,通常能通过体内的淋巴细胞清除。

实验发现,这些被移除生长因子的小鼠,由于缺乏SCF,导致淋巴细胞增殖不足,因此它们的免疫系统清除体内的李斯特菌的效率,要远远低于另一组没有被移除生长因子的小鼠。

这是因为,这些小鼠体内根本无法产生足够的淋巴细胞,来清除病原体。

接下来,研究人员们又进行了另一项实验,来测试运动对骨骼刺激的影响。

他们将一组小鼠放在带跑轮的笼子中,发现这些运动后的小鼠,比没有运动的小鼠体内成骨祖细胞增殖更快,因此能显著提高骨密度。

最后,研究人员还研究了衰老对于小鼠体内的影响。

他们发现,随着小鼠的衰老,其成骨祖细胞和淋巴细胞出现明显的减少,导致骨密度、免疫功能下降。

这些实验结果,确实直接解释了“运动能提高骨密度和免疫功能”的部分原因。

团队介绍

这篇文章的作者共有23人,主要来自Sean Morrison的研究小组,包括德克萨斯大学西南医学中心、德克萨斯A&M大学、悉尼大学、克利夫兰诊所和霍华德·休斯医学研究所的研究人员。

其中,Sean Morrison博士,为该论文的通讯作者,是德克萨斯大学西南医学中心的主任、以及霍华德·休斯医学研究所的研究员。

论文一作Bo Shen,博士毕业于伊利诺伊大学芝加哥分校,目前在德克萨斯大学西南医学中心就职。

Bo Shen在学术上的H因子为14,引用次数达到了1k+,主要研究方向是骨髓壁龛中的干细胞生物学。

德克萨斯大学西南医学中心,是美国著名的生物医学研究中心,目前只招收研究生。

在生物医学领域,德克萨斯大学西南医学中心历年获诺贝尔奖的人数,要多于美国国立卫生研究院(NIH)、哈佛大学医学院和斯坦福大学医学院。

论文地址:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03298-5

参考链接:

[1] https://www.nature.com/articles/d41586-021-00419-y

[2] https://twitter.com/BoShenUTSW

[3] https://mp.weixin.qq.com/s/wxsNh8ahHxMmxIK0eZFBaw

[4] https://cri.utsw.edu/scientists/sean-morrison-laboratory/

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