运动如何影响新陈代谢与健康衰老：探索线粒体功能调控机制的意义

《BIOspektrum》：Wie Sport unseren Stoffwechsel und somit gesundes Altern beeinflusst

为探究运动对线粒体功能的影响，马克斯?普朗克衰老生物学研究所研究人员开展相关研究，发现运动可改善线粒体功能，对预防和治疗与年龄相关疾病意义重大。

　　

运动、新陈代谢与健康衰老：线粒体功能调控的研究之旅

在过去几十年里，人类的预期寿命不断攀升，这无疑是医学进步和生活水平提高的有力证明。但一个严峻的问题随之而来，老年人在生命的最后阶段往往饱受与年龄相关疾病的折磨，这些疾病不仅降低了他们的生活质量，也给医疗系统带来了沉重负担。运动，这个古老而又充满活力的健康密码，逐渐进入了科研人员的视野。早在公元前 2600 年，身体活动就被作为治疗疾病的手段；古代印度的医生、希波克拉底以及罗马人都察觉到了运动的治疗潜力。如今，现代研究更是表明，每周 2.5 小时的适度到高强度身体活动，能显著降低全因死亡率（最高达 31%）、心血管疾病发生率（27%）和癌症发病率（约 12%）。

线粒体，这个细胞内的 “能量工厂”，在衰老过程中起着至关重要的作用。线粒体功能障碍被视为衰老的标志之一，而运动却能改善线粒体功能，这一奇妙的现象激发了科研人员的浓厚兴趣。他们渴望找到运动影响线粒体功能的调控因子，并探索这些因子作为治疗药物的潜力，这不仅能加深对人类生物学的理解，还可能为对抗衰老相关疾病开辟新的道路。

马克斯?普朗克衰老生物学研究所（Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns）的研究人员 Fabian B?zner 和 Hans-Georg Sprenger 针对运动对线粒体功能的影响展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BIOspektrum》上，为我们揭示了运动与线粒体之间复杂而又紧密的联系。

在研究方法上，研究人员采用了多种技术手段。他们通过对小鼠进行运动干预实验，观察不同运动方式（如耐力训练和力量训练）对小鼠肌肉线粒体的影响。同时，运用分子生物学技术，检测相关基因表达、蛋白质水平变化，以此来探究运动影响线粒体功能的分子机制。此外，还通过给小鼠喂食不同饮食（如富含 Ergothionein（EGT）的饮食），研究饮食因素在运动与线粒体功能关系中的作用。

运动诱导新陈代谢的适应性变化

运动是骨骼肌的自愿、规律性收缩活动。肌肉组织约占人体质量的三分之一，对整体新陈代谢和机体能量稳态有着巨大影响。肌肉收缩基于 Ca²⁺诱导的肌节（sarcome，肌原纤维的最小功能单位）缩短，这一过程由 ATP 驱动，使肌肉承受代谢、氧化和机械应激。这些应激信号激活了相关分子信号通路，进而导致了运动的短期和长期适应性变化。例如，葡萄糖转运蛋白 4（GLUT4）转位到细胞膜，使肌肉急性葡萄糖摄取增加高达 50 倍，长期来看还能改善胰岛素敏感性，这使得运动成为治疗糖尿病等代谢性疾病的有效干预措施。

运动时，血液流量会急性增加 5 - 10 倍，以满足对营养物质和氧气的大量需求，长期来看还会导致肌肉毛细血管化增加。同时，运动还会促使肌肉分泌多种信号分子，如细胞因子 IL - 6（Interleukin - 6），它参与了运动对免疫调节的过程。还有 Myokin Irisin 等，在小鼠模型中对神经系统疾病有保护作用，这些分子被称为 “Exerkine” ，它们在与不同组织的通讯中发挥着重要作用。

耐力训练与线粒体

耐力训练和力量训练对身体有着不同的影响。力量训练通常会引发合成代谢反应，导致肌肉肥大和力量增长，这一过程由 mTORC1 和 IGF1 相关信号通路调节，进而促进蛋白质翻译。而耐力训练则增强线粒体中的氧化过程，如糖和脂肪的燃烧。转录共激活因子 PGC - 1α 是线粒体数量和功能的重要调节因子，耐力训练可使肌肉中 PGC - 1α 基因表达增加，诱导线粒体蛋白表达上升。同时，耐力训练还会增加线粒体自噬（Mitophagie，对受损线粒体的可控降解），以及特定代谢产物（如脂肪、氨基酸和酮体）在线粒体中的转运和消耗。这表明耐力训练不仅增加了肌肉中线粒体的数量，还整体改善了线粒体的功能。由于线粒体功能障碍在衰老相关疾病中起着核心作用，理解运动对线粒体的积极适应性变化具有重要的转化意义。

Ergothionein（EGT）的作用

研究人员对代谢物在运动和衰老过程中的作用十分关注，尤其是 EGT。EGT 是一种源自食物的氨基酸，在耐力训练时会在肌肉线粒体中积累。实验表明，EGT 能提高小鼠的自愿运动活性和线粒体功能。当在小鼠饮食中添加 EGT 后，可延长小鼠的平均寿命，并对多种衰老相关疾病起到保护作用。目前研究发现，EGT 可能通过与 CSE（Cystathionin - gamma - Lyase）和 MPST（3 - Mercaptopyruvat - Sulfurtransferase）酶结合，增加 H₂S 的产生，从而调控线粒体功能，但这一机制在衰老和对抗疾病中的具体作用仍有待进一步研究。

研究人员还探究了不同细胞类型（如脂肪组织中的脂肪细胞）的线粒体代谢如何因运动而发生适应性变化，以及年龄、饮食和性别对这些适应性变化的影响。

马克斯?普朗克衰老生物学研究所的研究揭示了运动对新陈代谢和线粒体功能的深刻影响。运动通过多种机制改善线粒体功能，包括激活信号通路、调节基因表达和增加代谢产物的转运等。EGT 等代谢物在运动与线粒体功能关系中扮演着重要角色，有望成为预防和治疗衰老相关疾病的潜在靶点。然而，目前仍有许多未知之处，例如不同细胞类型中线粒体代谢适应的详细机制，以及 EGT 作用的精准分子机制等。未来的研究需要进一步深入探索这些问题，为人类健康老龄化提供更坚实的理论基础和有效的干预策略。这项研究不仅为理解运动与健康的关系提供了新的视角，也为开发新型治疗方法开辟了道路，对改善老年人健康状况和提高生活质量具有重要意义。