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運動有益健康:細胞怎麼做呢?

運動有益健康是無庸置疑的。但是在分子層次上的機制,科學家也無法提供明確的解釋。最近發表於《自然》的一篇文章,研究人員首次證實細胞內的一項管家機制(housekeeping mechanism),自體吞噬(autophagy)作用是運動之所以有益健康的原因,其中還包括能夠避免罹患糖尿病。該篇研究的作者認為,透過啟動這項機制的訊息傳導,不用流汗就能夠享受運動帶來的好處,來幫助治療第二型糖尿病。

在天主教魯汶大學(Université catholique de Louvain)研究運動生化學的馬克‧弗朗克(Marc Francaux),本身沒有參與該項研究,他提到:「這真的是一個新觀念!他們選用三種不同的轉殖基因老鼠模式,結果非常有說服力。」

而哈佛大學公衛學院(Harvard School of Public Health)研究代謝調節途徑的辜坎‧侯塔米斯里基( Gökhan Hotamisligil),同樣沒有參與這項研究也表示:「這個研究提供一個嶄新的視野說明運動所帶來的效益。這是一篇重要而且讓人信服的文章。」

自體吞噬機制是細胞內的「資源回收」系統,負責分解損壞或是不需要的胞器與蛋白質,並且產生能量。從動物研究發現,這個機制已經被證實有助於對抗癌症、神經退化疾病、感染、及糖尿病等等。德州西南醫學中心大學的生物學家蓓絲‧萊敏(Beth Levine)表示:「運動也同樣被認為有助於降低罹患以上這些疾病的風險,因此運動會引發自體吞噬機制是合理的推論。」

萊敏的團隊首先分析帶有特殊轉殖基因的老鼠,當老鼠的細胞進行自體吞噬作用時,能夠發出綠色螢光的亮點。他們發現剛跑完滾輪的老鼠,至少在30分鐘內,牠們的細胞有更多的自體吞噬作用發生。這個結果顯示運動能夠直接促進在動物體內細胞的「資源回收」機制。

研究人員接著研究於Bcl2基因上發生突變的老鼠品系,Bcl2基因是自體吞噬的重要調節因子。這些帶有突變的老鼠仍然可以表現低程度的自體吞噬,但是無法在運動時提高自體吞噬作用的進行。將這些突變鼠跟控制組相比,牠們在滾輪上運動時,跑的距離較短而且葡萄糖的代謝也較差。該研究團隊還藉由檢驗在其他兩個不同自體吞噬機制路徑發生突變的老鼠,重複確認他們先前的結果。

最後,萊敏與她的團隊透過餵老鼠吃富含高脂肪食物,試圖驗證運動是否能夠避免糖尿病的發生。一般來說,運動的時候血糖會下降,而且對於胰島素的感受性提高,因此較低或正常濃度的胰島素有助於維持血糖的穩定以及避免糖尿病的發生。萊敏提到:「我們假定自體吞噬作用對於運動產生的保護效果具有必要性。」當給予正常或是突變的老鼠吃富含高脂肪的食物,牠們會增加體重以及對於胰島素的感受性發生失調,這是第二型糖尿病的徵兆。跑滾輪運動讓老鼠能夠誘發自體吞噬能力而改善這些症狀;另一方面,自體吞噬機制產生突變的老鼠雖然體重稍微減少,但是牠們無法獲得運動對於防止糖尿病發生的好處。

萊敏提到:「這項研究為糖尿病的治療帶來新契機,其中提高自體吞噬作用將會是具有潛力的方法來仿效運動所產生的效益。」他的團隊接下來將要檢驗自體吞噬作用是否也跟運動能夠降低其他疾病發生的效果有關,例如癌症與阿茲海默症。

這項研究還有另一個讓人感到驚訝的結果,運動對於自體吞噬作用的提高除了發生在骨骼肌與心肌之外,對於肝臟與胰臟都有相同的反應。侯塔米斯里基提到:「以往對運動之於健康的效益只被認為作用於肌肉上,而這項研究暗示著運動會促發肌肉組織以外的其他訊息途徑,進而影響其他關鍵的生理代謝反應。」

資料來源:TheScientist Cellular workout [January 18, 2012]

原始論文:C. He, et al., “Exercise-induced BCL2-regulated autophagy is required for muscle glucose homeostasis,” Nature, 481:511-5, 2012.

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