都说运动能提高免疫力,你知道其生物学机制吗?研究首次隆重揭晓

长期以来,运动可以提高抵御疾病免疫力是一种被反复谆谆教导的金科玉律。

但是,支持这种说法的证据却并不充分。

尽管,有研究发现,运动后血液中的免疫细胞数量会出现增加,为这种金科玉律提供了部分支持。

但是,运动是如何与免疫细胞数量增加,功能增强联系在一起的呢?

其中具体的生理学机制并不清楚。

现在,美国西南大学发表在《自然》杂志上的一项研究为我们解开了这个谜团。

科学家发现,运动带来的机械刺激可以激活骨髓中一种表达机械敏感离子通道蛋白的基质细胞,通过分泌干细胞生长因子而促进一种成骨祖细胞的发育。

这种成骨祖细胞不仅可以分化成成骨细胞,促进骨骼生成;同时,还可以分化成一种特殊类型的造血祖细胞,即普通淋巴祖细胞。

而普通淋巴祖细胞正是抵御感染至关重要的淋巴免疫细胞的祖先,运动促进普通淋巴祖细胞的发育,自然会导致生成更多的淋巴细胞,从而提高抵御病菌感染的免疫力。

我们知道,骨髓中有许多具有分化成不同类型细胞的干细胞和祖细胞。

其中,最主要的是生成骨骼组织和血液细胞的干细胞和祖细胞。

这也是像白血病等难治的血液病最终通过骨髓(干)移植移植进行治疗的基础。

在这些拥挤的干细胞和祖细胞之间,还存在着为这些干细胞和祖细胞提供保护和适合生长发育生态环境的支持细胞,也被称为骨髓基质细胞。

这些基质细胞是如何为骨髓干细胞和祖细胞保驾护航的,目前所知甚少。

已知,骨髓的一些基质细胞可以产生被称为干细胞因子的信号蛋白,通过这些蛋白信使来调控干细胞的分化。

先前的研究已知,骨髓中有一些基质细胞可以表达一种瘦素受体(LepR)。

表达LepR的细胞(LepR +)位于骨髓中的不同位置,主要有两个类型,一种位于小动脉周围,一种位于窦状隙。

美国西南大学的科学家对骨髓LepR +基质细胞进行了基因表达分析,结果显示其中的一个亚群还表达了另一种称为骨凝素(Oln)的标志蛋白。

这些表达Oln(Oln +)的基质细胞位于小动脉周围,但不是窦状隙。

进一步的研究证明,这些细胞是寿命较短的成骨祖细胞,它们可以分化产生骨骼形成的成骨细胞,而成骨细胞骨骼骨再生中起着至关重要的作用。

然后,研究者通过生物工程技术一种基因突变小鼠,这种小鼠骨髓Oln +细胞被敲除了编码干细胞因子的基因。

结果,Oln +细胞不能产生干细胞因子的小鼠骨髓中的造血干细胞或大多数造血祖细胞不受影响。

受影响仅有一种特定类型的造血祖细胞,即普通淋巴祖细胞数量大大减少。

普通淋巴祖细胞可以分化成为低于病菌感染的主要免疫细胞——淋巴细胞。

当研究者用被称为单核细胞增生性李斯特菌感染突变小鼠,这些小鼠清除这种致病菌的效率远低于对照,即它们对抗这种致病菌的免疫力大大降低。

已知,这种致病菌通常通过淋巴细胞从体内清除的。

这也就意味着,突变小鼠不能产生淋巴细胞,导致免疫力降低。

有趣的是,当研究者将小鼠放到跑步机上运动后,骨髓中Oln +细胞和干细胞因子的数量显著增加。

研究者进一步发现,Oln +细胞还表达一种机械敏感离子通道蛋白Piezo1,跑步造成的机械刺激可以通过Piezo激活Oln +细胞产生干细胞因子,促进成骨祖细胞的发育和分化。

而在基因工程突变小鼠,跑步则不会产生这种效应。

从而证明,运动正是通过机械刺激激活Oln +细胞上机械敏感性蛋白Piezo1,促进干细胞因子产生,进而促进成骨祖细胞发育分化,从而促进骨骼发育和淋巴细胞生成,提高免疫力的。

另外,研究者还发现,在18个月大的小鼠(相当于75岁老年人)骨髓中Oln +基质细胞和干细胞因子数量低于2个月大的小鼠。

这也可以解释老年人为什么骨折后骨骼生长缓慢,免疫力比年轻人低下的原因。

比如,正在肆虐全球的新冠病毒更容易感染免疫力低下的老年人,并且老年人感染后危重率和病死率远高于年轻人。

总之,这项研究首次为我们揭示了运动为什么可以提高免疫力的具体生物学机制,能发表在《自然》这种最顶尖科学杂志上,“当之无愧”。

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