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每天多运动一会儿,你的心脏也许会更年轻

撰文 | 张梦洁
责编 | 陈晓雪
早睡早起、控制饮食、坚持运动,如果有机会调查现代人的年度计划,这三项大概会名列前茅。对于把最后一项列入清单的朋友,本文将要介绍一个利好消息:运动能显著促进心肌细胞再生,健康的心脏因为运动更年轻,受损的心脏因为运动康复更好。
 
4月25日,美国哈佛大学、麻省总医院、凯斯西储大学和法国巴黎-萨克雷大学的合作团队在《自然-通讯》上在线发表了这一结果[1]。
 
“我们想知道,能否通过一种自然的方式提高心肌细胞的再生,”论文的第一作者、哈佛大学干细胞研究所、干细胞和再生生物学系的博士后Ana Vujic在接受《哈佛公报》采访时说,“最后想到了运动,既安全,成本又低。”[2]
 
研究者以成年小鼠为实验对象,运动组小鼠住在装有跑步轮的笼子里,它们每天平均自发在轮子上“跑步”5.6千米左右,而对照组的小鼠没有这项运动装备,因而无法‘跑步’。实验8周后,研究者对比两组小鼠的心肌组织发现,运动小鼠心肌细胞的再生率是普通小鼠的4.6倍(8周再生率分别为1.15% vs. 0.25%,年再生率为7.5% vs. 1.63%)。
 
即使增长后的再生率不是很高,也不能小瞧。Detlef Wencker等人在小鼠中的研究发现,失去比例极微的心肌细胞——每10万个细胞中损失23个,0.023%,相当于在四十磅的蛋糕中挖掉一小勺——即可引发致命的心脏衰竭[3],造成人体心脏衰竭的比例与之类似(0.08%-0.25%)[4][5]。而人一旦进入成年期,心肌细胞的再生率就降到1%以下,且此后逐年下降,到老年时只有0.3% 左右[6]。
 
“成年个体的心脏中,心肌细胞由于衰老和损伤减少、又通过分裂再生,两者间的平衡对维持心脏健康至关重要,” 本研究的通讯作者之一、哈佛医学院教授、麻省总医院心脏病学部门主任Anthony Rosenzweig说,“而我们的研究提示,运动能促进心肌再生,维护这种平衡。”[2]
 
“总体而言,该研究细致地分析了运动状态下成年心脏心肌细胞的更新情况。运动能促进心肌细胞的新生速率,这个发现令人着迷。”德克萨斯大学西南医学中心的心脏病学系副教授和再生科学与医学中心副主任Hesham A. Sadek在接受《知识分子》采访时表示,他也是发现缺氧诱导心肌再生的论文通讯作者。“它强调了运动对心脏的影响并非局限于调节血压、减少心脏病发作和改善冠脉血管,也可能部分解释了为何有规律运动的心脏病患者预后更好。从作用机制的角度而言,本研究关于miR-222的发现,可用于诱导心肌细胞再生的治疗。” Sadek说。
 
不过,运动对心肌的好处,对心脏受损的个体适用吗?据世界卫生组织2017年统计,心血管病仍是疾病中的头号杀手,全球平均每年超过一千七百万人的生命被它摁停。地球人每心跳两下,就有一个人的心脏因病停跳。 
 
“我们很想知道在心脏病发作之后,运动还能否对心肌起效,”Ana Vujic 说,“因为我们最关心的是治愈。”[2]
 
于是,研究者将心脏缺血性损伤后的小鼠再次分为运动组和普通组。这些小鼠即使心脏受损,一旦住进有跑步轮的笼子,照样自觉“跑步”。结果发现,在受损心脏的心肌梗塞外周,“跑步”小鼠其心肌细胞的再生水平显著高于普通小鼠(2.7% vs. 0.4%)。结合以往研究中,运动和心肌细胞分裂活动增强对心脏康复的促进作用,研究者推测,运动能通过促进心肌细胞再生,促进受损心脏的恢复。
 
对与生命的微观世界打交道的研究者而言,另一个有趣的问题是:运动通过怎样的通路促进心肌再生?
 
Rosenzweig实验室早在2015年的研究中发现,miR-222在小鼠游泳和跑步后增加表达,而这种小分子核糖核酸的表达一旦受到抑制,运动引发的心肌再生效果显著下降[7] 。但这项研究没有区分心肌细胞的再生与多核化,计算的再生率因而有一定误差。本研究通过多同位素质谱分析等方法消除了这种误差,并通过实验进一步确认,运动能通过增加miR-222表达,抑制HIPK1基因的表达,最终促进心肌细胞再生。
 
“如果我们能在合适的时机和患者体内开启这样的通路,”论文的另一位通讯作者、哈佛大学干细胞和再生生物学系教授Richard T. Lee说,“受损的心脏就有可能得到更好的康复。”[2]
 
然而查阅《自然》期刊对本研究的评审意见稿可以发现,在该研究的初审阶段,负责匿名评审的同行科学家认为,独以miR-222—HIPK1通路解释运动的作用机制,未免过于草率[8]:比如来自德克萨斯大学西南医学中心心脏内科的Yuji Nakada等人2017年发表在《自然》的研究表明,缺氧也能诱发成年小鼠的心肌细胞再生[9]。因此,不能排除运动通过缺氧应激的通路间接起作用的可能。
 
研究者通过后续实验证明,miR-222起码并不直接作用于缺氧诱导表达的基因。但运动能否基于一些与miR-222无关的通路对心肌起类似的作用,我们仍不得而知,这也是未来研究的一个有趣方向。
 
此外,对比人类和小鼠运动量的数据目前还很少见。实验中的小鼠平均每天跑5千米以上,相比之下,我们需要怎样运动,才能实现类似的心肌增长? 
 
美国心脏协会(American Heart Association)建议,保持每周5天30分钟的中等强度运动或3天25分钟的高强度运动或二者适量组合,能让我们的心血管系统更健康;如果时间有限,将运动切分成每次10-15分钟也不错;而且总体而言,运动总比不运动好[10]。
 
西班牙国立心血管研究中心的发育生物学家Miguel Torres在推特上评价:“对我而言,这项研究是成年哺乳动物心肌中,心肌细胞更新的最佳证明,对跑步者来说也是个好消息。” 
 
最后,Lee建议大家:“每天多运动一会儿,你的心脏也许会更年轻。”[2]
 
参考资料:
1.Ana Vujic et al. Exercise induces new cardiomyocyte generation in the adult mammalian heart. Nature. 2018. DOI: 10.1038/s41467-018-04083-1.
2.https://news.harvard.edu/gazette/story/2018/04/exercise-may-help-make-heart-younger-harvard-affiliated-study-says/?utm_medium=Feed&utm_source=Syndication
3.Detlef Wencker et al. A mechanistic role for cardiac myocyte apoptosis in heart failure. J Clin Invest. 2003. https://doi.org/10.1172/JCI17664.
4.Giorgio Olivetti et al. Apoptosis in the failing human heart. N Engl J Med. 1997. DOI: 10.1056/NEJM199704173361603
5.Jagat Narula et al. Apoptosis in myocytes in end-stage heart failure. N Engl J Med. 1996. DOI: 10.1056/NEJM199610173351603
6.Olaf Bergmann et al. Dynamics of cell generation and turnover in the human heart. Cell. 2015. http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.05.026.
7.Liu et al. miR-222 is necessary for exercise-induced cardiac growth and protects against pathological cardiac remodeling. Cell Metabolism. 2015. http://dx.doi.org/10.1016 /j.cmet.2015.02.014.
8.https://www.nature.com/articles/s41467-018-04083-1#article-comments
9.Nakada et al. Hypoxia induces heart regeneration in adult mice. Nature. 2017 doi:10.1038/nature20173.
10.https://www.heart.org/HEARTORG/HealthyLiving/PhysicalActivity/FitnessBasics/American Heart-Association-Recommendations-for-Physical-Activity-in Adults_ UCM_ 307976 Article. jsp#.WsoXZC-ZNjQ
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