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    《细胞》:运动为什么能强健骨骼?科学家首次发现“运动激素”受体
    发布时间:2019-1-1 15:32:32  浏览次数:

     学术经纬 

    ▎学术经纬/报道

    近日,发表于顶尖学术期刊《细胞》上的一篇论文为运动强健骨骼找到了直接的分子证据。科学家发现,肌肉在运动后释放的一种激素可以调节控制骨量的关键细胞。



    锻炼身体不仅可以减肥瘦身,还可以强筋壮骨。这似乎早就成为常识,还需要科学家来说嘛?其实,运动为什么可以强化骨骼,背后的基础是科学家想要努力解开的谜题。因为只有揭示出基本的分子机制,科学家才能帮助更多人获得运动的好处。


    2012年,哈佛医学院的细胞生物学家Bruce Spiegelman教授在小鼠体内找到一个重要线索。他们发现小鼠运动后会释放一种激素,能增加能量消耗,促进新陈代谢。这种“运动激素”看起来是运动与健康之间的重要分子节点。科学家用希腊神话中彩虹的化身和诸神的使者Iris给这种“运动激素”命名,称其为鸢尾素(Irisin)


    ▲本研究的通讯作者Bruce Spiegelman教授是鸢尾素的发现者(图片来源:Dana-Farber Cancer Institute)



    那么,人体内是否也有运动激素呢?由于用一般的分析方法很难检测,这个问题曾一度引起争议。直到2015年,鸢尾素发现者Spiegelman教授运用质谱分析证实,人类血液中确实存在这种运动激素,只是含量很低,仅为纳克级。令人感兴趣的现象是,经过持续有氧运动后,这种运动激素的水平会有所升高


    确认了运动激素的存在后,接下来的重要问题是,鸢尾素对细胞组织起着什么影响呢?换句话说,运动对健康带来的好处是运动激素的功劳吗?要验证这一点,找到鸢尾素作用在什么样的组织细胞很关键。


    现在,Spiegelman教授与其哈佛Dana-Farber癌症研究所的同事们在小鼠体内首次鉴定出这种运动激素的受体,并且发现鸢尾素会直接激活骨细胞(osteocyte),促进骨重建这一发现可以为骨质疏松症的潜在新疗法提供重要启发。


    人体的骨头是不断变化的活组织,成熟的骨组织通过骨吸收被移除,与此同时骨形成过程补充新的骨组织,这种骨重建过程在正常状态和病理状态下都会发生。”该研究的合作者之一、骨发育和疾病专家Clifford J. Rosen博士介绍。骨细胞是成熟骨组织中数量最丰富的一类细胞,在骨重建过程中发挥“指令和控制单元”的作用。随着年龄增长,骨细胞逐渐死亡,骨细胞的损失被认为是老年人易患骨质疏松症的一个原因。


    ▲骨质疏松症是常见的骨科疾病,每年全球因骨质疏松症而骨折的病例超过890万(图片来源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Osteoporosis_Locations.png)



    研究人员在培养的细胞中模拟老化有关的环境条件,发现用鸢尾素处理,可以对骨细胞产生保护作用。并且,骨细胞内促进骨重建的重要蛋白——骨硬化蛋白(sclerostin),在细胞接受鸢尾素处理后增多了


    为了进一步确认运动激素对骨骼的作用,研究人员连续6天给小鼠注射鸢尾素,结果也发现,小鼠血液内的骨硬化蛋白水平升高,骨量大幅增加。这种持续数天、间歇性地升高鸢尾素,与我们定期进行耐力训练有类似之处。有意思的是,骨硬化蛋白的实际作用是启动骨的分解,似乎对骨形成是抑制作用而非促进作用。Spiegelman教授解释:“骨的间歇性分解或许是一种骨重建和骨形成的信号。”


    ▲本研究的图示:骨骼肌释放的鸢尾素(Irisin)通过骨细胞上的整合素受体促进骨重建(图片来源:参考资料[1])


    妇女在绝经后由于激素水平变化,骨质吸收增多,是骨质疏松症的高危人群。这项研究中,科学家们用切除卵巢的小鼠模拟了缺少雌激素而引起骨丢失的骨质疏松症,发现利用基因工程让小鼠不表达鸢尾素,可以阻止卵巢切除手术引起的骨质溶解,预防骨丢失。


    此次研究通过定量蛋白质组分析,在骨细胞表面鉴定出一种鸢尾素的受体,它们属于整合素复合体,可以直接与鸢尾素结合并激活下游信号通路找到了鸢尾素的分子受体后,接下来研究团队就可以找出对这种运动激素有反应的新细胞和新组织。研究人员希望可以把这种激素运用于治疗,帮助预防和治疗骨质疏松症。


    而随着我们对运动激素有更详尽的了解,也许未来还可以开发出潜在的运动药丸,让那些因为种种原因无法运动(以及不想运动)的人也能享受锻炼的成果。


    参考资料

    [1] Hyeonwoo Kim et al., (2018), Irisin Mediates Effects on Bone and Fat via αV Integrin Receptors, Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2018.10.025

    [2] ‘Exercise hormone’ found to target key bone cells. Retrieved December 14. 2018, from https://news.harvard.edu/gazette/story/2018/12/exercise-related-hormone-irisin-found-to-target-key-bone-cells/


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    (转载自:学术经纬微信公众号)








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