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Nature子刊:运动为何能让人健康长寿?答案在——线粒体自噬

2017/09/27 来源:生物探索
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导读
众所周知,想要保持身体健康最好的一个方法就是做有氧运动。但这是为什么呢?近日,发表于Nature Communications期刊上的研究发现,运动可以促进线粒体自噬,清除损伤的线粒体,从而保持肌肉健康。来自弗吉尼亚大学的研究人员在小鼠中详细阐明了该这一程的信号通路。


无论是跑步、骑自行车还是游泳,众所周知,想要保持身体健康最好的一个方法就是做有氧运动。你从中获得的益处不仅仅是减肥,还能够改善睡眠,缓解压力,提升心情,对抗高血压,强化骨骼和肌肉……

“肌肉是否健康确实决定了整个身体的健康状况,”弗吉尼亚大学(UVA)医学院的Zhen Yan说。“运动能力,主要由肌肉尺寸和功能决定,是总人口死亡率的最佳预测指标。”

但是,运动为什么能让我们更健康呢?Yan或许能提供一些答案。他和UVA的同事们将目光投向细胞内,试图从分子水平上理解,为何锻炼对身体如此重要。他们发现,其中一个关键的益处与细胞发电厂——线粒体有关。这一研究发表在近日的Nature Communications期刊上。

运动诱导线粒体氧化应激

Yan和同事们在小鼠身上完成了这项研究,他们发现,中度至剧烈的运动能够导致线粒体氧化应激。而有氧运动诱发的线粒体应激又促进了线粒体自噬(mitophagy)的过程,即肌肉会处理受损或功能失调的线粒体,维持肌肉健康。

自噬,顾名思义就是“自己吃自己”。细胞自噬是真核生物中进化保守的对细胞内物质进行周转的重要过程。在自噬中,一些损坏的蛋白或细胞器被自噬囊泡包裹后,送入溶酶体中进行降解并得以循环利用,藉此实现细胞本身的代谢需要和某些细胞器的更新。有氧运动可以去除骨骼肌中受损的线粒体,”Yan说,“如果你经常运动,你就会持续清除损伤线粒体。拥有线粒体质量更好的健康肌肉。”


图片来源:Nature Communications

运动如何去除损伤线粒体?

在这项研究中,Yan同事们评估了小鼠模型的骨骼肌,在这些骨骼肌中他们表达一个名为“pMitoTimer”的线粒体报告基因。“线粒体在健康时会发出变绿色荧光,而在损伤或被细胞的废物处理系统——溶酶体降解时,会变成红色。”

这些小鼠在一个小型跑步机上跑了90分钟,研究小组在小鼠运动后6小时观察到线粒体应激和一些线粒体自噬。Yan解释说,在这些小鼠的运动刺激了体内一种名为AMPK的激酶,而AMPK又激活了另一种激酶——Ulk1。这些化学反应似乎对调控功能失调的线粒体清除十分重要。

“当Ulk1开启时,它会激活细胞中的其他成分来清除功能失调的线粒体,”Yan说,“然而,我们仍然不知道这些活动是如何协调的。”

Ulk1在运动诱导的线粒体自噬中具有重要作用

接下来,研究人员删除了小鼠骨骼肌中的Ulk1基因,发现如果没有该基因,损伤或功能失调的线粒体的清除会被显著抑制,这表明在运动和线粒体自噬中,Ulk1基因扮演着重要角色。

该研究的共同作者、Yan实验室的博士后研究员Joshua Drake解释说:“那些不能进行线粒体自噬的小鼠无法从运动中获得好处。”虽然它们能够和正常老鼠一样运动,但它们在训练中无法获得代谢的益处。”

Drake指出,有些2型糖尿病患者对锻炼没有反应,这是一个日益严重的临床问题。他希望Yan的实验室的后续研究将会带来新的发现来帮助这些人。

参考资料:

Ampk phosphorylation of Ulk1 is required for targeting of mitochondria to lysosomes in exercise-induced mitophagy

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