新研究發現運動的又一個好處！

衆所周知，運動有益身體健康。已經有大量的研究結果表明，規律地運動不僅能塑造肌肉的形態和增強肌肉的功能，還能改善包括骨骼、血管、免疫系統，以及中樞和周圍神經系統。

現在，一項新的研究發現，運動對單個神經元也有好處。他們觀察到，在運動過程中，肌肉在收縮時會釋放出一種名爲肌細胞因子的生化信號。當存在這種信號時，神經元的生長距離會是未暴露於肌細胞因子的神經元的4倍。這表明運動可以對神經生長產生顯著的生化影響。

在對運動的生化和物理效應作出反應時，運動神經元（紫色）比沒有經歷運動誘導的神經元表現出更快的新生長（綠色）。（圖/Angel Bu）

除此之外，研究人員還驚訝地發現，神經元不僅會對運動的生化信號做出反應，而且對運動的純物理影響也會作出反應。他們觀察到，當神經元被反覆地前後拉伸時，神經元的生長速度也與當它們暴露在肌細胞因子時一樣快。

肌肉會對話

其實，在2023年，研究人員就發表了一項關於他們如何讓經歷過創傷性肌肉損傷的小鼠恢復活動能力的研究。在那項研究中，他們先是在損傷部位植入肌肉組織，然後通過用光反覆刺激，來鍛鍊新植入的組織。隨着時間的推移，他們發現經過鍛鍊的移植組織能幫助小鼠恢復運動功能，達到與健康小鼠相當的活動水平。

在分析移植的肌肉組織時，他們發現有規律的運動似乎能夠刺激這些移植的肌肉產生某些可以促進神經和血管生長的生化信號。這是很有趣的發現，因爲一直以來，人們都認爲是神經控制着肌肉，但沒想到肌肉也能反過來與神經“對話”。所以，在這之後，他們開始思考，刺激肌肉或許能促進神經生長。

然而，對於這種想法，大家的普遍反應是：就算事實如此，也很難證明。因爲動物體內有數百種其他細胞類型，很難證明神經的生長更多地是因爲肌肉，而非免疫系統或其他東西在發揮作用。

因此，在最新的研究中，研究人員選擇只聚焦於肌肉以及神經組織，以此來確定鍛鍊肌肉是否對神經的生長有任何直接影響。

在實驗中，他們將小鼠的肌肉細胞培養成長纖維，然後融合形成一個大約硬幣大小的成熟肌肉組織小薄片。他們對肌肉進行了基因修飾，使其能在光照下收縮。通過這種修飾，研究團隊可以通過重複地閃爍光，使肌肉以模仿運動行爲的方式做出反應。

在之前的研究中，他們開發並使用了一種凝膠墊，能用來在上面生長和鍛鍊肌肉組織。這種凝膠的特性是，當研究人員刺激肌肉運動時，它可以支撐肌肉組織，防止肌肉脫落。

然後，研究人員收集了用來鍛鍊肌肉組織的周圍溶液，並推斷溶液中應該含有肌細胞因子，包括生長因子、RNA，以及其他蛋白質的混合物。肌細胞因子是肌肉分泌的一種生化物質，其中有一些可能對神經有益，還有一些可能與神經無關。

研究人員推測，肌肉幾乎總是在分泌肌細胞因子，但當它們在鍛鍊時，會分泌更多。

生化效應

研究人員將肌細胞因子溶液轉移到一個單獨的培養皿中，這個培養皿中含有運動神經元，也就是存在於脊髓中的控制參與自主運動的肌肉的神經。這些神經元是通過小鼠幹細胞培養的。與肌肉組織一樣，它們也在類似的凝膠墊上生長。

研究人員觀察到，當神經元暴露於肌細胞因子混合物後，它們會迅速開始生長，比未接受生化溶液的神經元快4倍。

運動神經元在5天內對與運動有關的生化和機械信號做出反應，顯著加強了生長。綠色的球代表軸突向外生長的神經元簇。（圖/Angel Bu）

爲了更仔細地觀察神經元是如何響應運動誘發的肌細胞因子而發生變化的，研究人員進行了基因分析。他們從神經元中提取了RNA，觀察了肌細胞因子是否會誘導某些神經元基因的表達發生任何變化。

他們發現，在運動刺激的神經元中，許多基因的上調不僅與神經元的生長有關，還與神經元的成熟度、它們與肌肉和其他神經的“交流”有多好，以及軸突的成熟度有關。運動不僅影響了神經元的生長，而且似乎還會影響它們的成熟度和功能的良好程度。

純物理效應

在確定了運動的生化效應可以促進神經元的生長之後，研究人員還想知道：運動對身體的純影響本身是否也能帶來類似的好處？具體一點來說，因爲神經元在物理上與肌肉相連，所以它們也會隨着肌肉的伸展和運動。那麼，即使沒有來自肌肉的生化信號，是否也可以通過來回拉扯神經元來模仿運動的機械力，進而對生長產生影響？

爲了回答這個問題，研究人員在嵌入了微小磁鐵的凝膠墊上培養了一組不同的運動神經元。然後，他們使用外部磁鐵來回晃動凝膠墊和神經元。通過這種方式，這些神經元每天得到了30分鐘的“鍛鍊”。

令人驚訝的是，他們發現這種機械運動刺激的神經元生長，與肌細胞因子誘導的一樣多，都比未接受任何形式的運動的神經元生長得更長。這表明，運動的生化效應和物理效應同等重要。

“運動如藥”的第一步

這項研究揭示了運動過程中肌肉與神經之間的聯繫，併爲修復受損和惡化的神經提供與運動相關的潛在治療方法。例如，通過刺激肌肉，或許就可以促進神經癒合，讓那些因創傷性損傷或神經退行性疾病而失去活動能力的人恢復。

雖然以前的研究也表明肌肉活動與神經生長之間存在潛在的生化聯繫，但這項研究是首次證明，運動的物理效應也同樣重要。這是理解和控制運動作爲藥物的第一步。接下來，團隊計劃進一步研究如何利用有針對性的肌肉刺激來生長和治癒受損的神經，以及恢復患有神經退行性疾病的人的活動能力。

#創作團隊：

原文：Jennifer Chu

編譯：糖獸

排版：雯雯

#參考來源：

https://news.mit.edu/2024/when-muscles-work-out-they-help-neurons-grow-1112

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202403712

#圖片來源：

封面圖&首圖：Angel Bu via MIT News