全身の分子マップで運動が健康に良い理由を説明あなた

運動は筋力を向上させ、心臓の健康を改善し、血糖値を下げるだけでなく、他の多くの健康上の利点もあります。しかし、トレッドミルで定期的に走ったり、急な坂を自転車で上ったり、昼食時に早歩きをしたりすることで、なぜこれほど目まぐるしいほど多くの健康上の利点が得られるのでしょうか。

スタンフォード大学医学部が実施した新しい大規模な研究のおかげで、この疑問に答えられるようになりました。研究者らは、げっ歯類サイズのトレッドミルで走るよう訓練された実験用ラットに8週間の持久力運動をさせた結果を調べるため、約20種類の組織で約1万回の測定を行いました。

彼らの研究結果は、運動が免疫系、ストレス反応、エネルギー生成、代謝に劇的な影響を及ぼすことを浮き彫りにしています。彼らは、運動と、さまざまなヒトの病気や組織修復に関与することがすでに知られている分子や遺伝子との間に、重要なつながりがあることを発見しました。

この研究は、私たちの組織や細胞が運動にどのように反応するかを全身レベルおよび分子レベルで理解するための基礎を築くことを目的とした、学際的な研究チームのメンバーによって5月1日に発表された一連の論文の1つです。

「運動が健康に良いことは誰もが知っています」と、病理学教授のスティーブン・モンゴメリー博士は言います。 「しかし、運動時に体全体で発生する分子シグナルや、運動によってそれがどのように変化するかについては、ほとんどわかっていません。私たちの研究は、タンパク質から遺伝子、代謝物、脂肪、エネルギー生成まで、全身規模での分子変化を調べた初めての研究です。」これは、これまでで最も広範囲にわたる運動効果のプロファイリングであり、運動が身体にどのような変化をもたらすかを示す重要な地図を作成するものです。」

遺伝学および生物医学データサイエンスの教授でもあるモンゴメリー氏は、Natureに掲載された論文の主任著者です。

運動の協調的な見方

この研究と他の同時発表に携わる研究者は、国立衛生研究所が組織する身体活動分子トランスデューサーコンソーシアム（MoTrPAC）と呼ばれる全国グループの一員です。このイニシアチブは、運動がどのように健康を改善し、病気を予防するかを詳細に研究するために2015年に開始されました。

スタンフォード大学医学部チームが大部分の重労働を行い、8週間の持久力トレーニングが遺伝子（トランスクリプトーム）、タンパク質（プロテオーム）、脂肪（リピドーム）、代謝物（メタボローム）、およびパターンの発現に及ぼす影響を研究しました。 DNA に付けられた化学マーク (エピゲノム)、免疫システムなど

研究者らは、走る距離を増やすよう訓練されたラットの複数の組織にわたって 9,466 件の分析を実施し、その結果をケージの中でのんびりしていたラットの結果と比較しました。研究者らは、脚の筋肉、心臓、肝臓、腎臓、白色脂肪組織 (体重が増えると蓄積する脂肪の一種) に特に注目しました。その他の組織には、肺、脳、褐色脂肪組織 (カロリー燃焼を助ける代謝が活発な脂肪の一種) が含まれます。

複数のアッセイと組織タイプの組み合わせにより、非エピジェネティックな変化については数十万件、エピゲノムについては 200 万件を超えるさまざまな変化が判明しました。これらの結果は、今後何年にもわたって科学者を忙しくさせるでしょう。

この研究は主に将来の分析のためのデータベースを作成するためのものでしたが、すでにいくつかの興味深い結果が出ています。まず、研究チームは、注目した6つの組織すべてにおいて、運動によって22の遺伝子の発現が変化することに注目した。

これらの遺伝子の多くは、細胞が温度変化、感染、組織リモデリングなどのストレスにさらされたときにタンパク質構造を安定させる、いわゆるヒートショック経路に関与している。他の遺伝子は、血圧を下げ、血糖値を下げるインスリンに対する体の感受性を高める経路に関与している。

研究者らはまた、運動したラットでは、運動しないラットに比べて、2型糖尿病、心臓病、肥満、腎臓病に関連するいくつかの遺伝子の発現が減少していることに注目し、研究と人間の健康の間に関連があることを明確に示している。

性差

最後に、研究チームは、オスとメスのラットのさまざまな組織が運動に反応する様子に性差があることを発見した。オスのラットは8週間の運動後に約5%の脂肪が減ったが、メスのラットはそれほど脂肪が減らなかった。 (ただし、ラットの体脂肪率は当初のままでしたが、着地性の雌は研究期間中にさらに 4% の体脂肪が増えました。)

しかし、最も大きな違いはラットの副腎における遺伝子発現に見られました。1 週間後、アドレナリンなどのステロイド ホルモンの生成やエネルギー生成に関連する遺伝子は雄ラットでは増加しましたが、雌ラットでは減少しました。

これらの初期の魅力的な関連性にもかかわらず、研究者は運動の科学はまだ完成にはほど遠いと警告しています。むしろ、これは始まりに過ぎません。しかし、将来は有望に見えます。

「長期的には、運動が人間に与える効果のすべてを再現する魔法の介入法が見つかる可能性は低い」とモンゴメリー氏は述べた。 「しかし、私たちは精密運動というアイデアに近づくことができます。つまり、個人の遺伝、性別、年齢、その他の病状に基づいてカスタマイズされた推奨事項を提供し、全身に有益な反応をもたらすことです。」