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《细胞·代谢》:过度运动真伤肝!中国科学家首次发现,过度运动会促进肌肉释放乳酸小体,导致肝细胞死亡和肝纤维化丨科学大发现

奇点网  · 公众号  · 医学  · 2025-02-22 18:00

主要观点总结

文章介绍了中南大学湘雅医院的研究团队关于过度运动对人体健康影响的研究。研究揭示了过度运动可能导致肝纤维化,其背后的潜在机制是肌肉释放的乳酸小体通过血液循环进入肝脏,导致肝细胞凋亡和肝星状细胞激活。此外,文章还讨论了总运动量与肝脏健康状态之间的关系,并提到了预防过度运动诱导肝纤维化的可能方法,如适度运动和药物红景天苷的使用。研究还发现这种损伤是可逆的,给身体足够的时间可以完成自我修复。

关键观点总结

关键观点1: 研究揭示了过度运动对肝脏健康的不利影响。

科学家发现过度运动会诱发肝纤维化,详细阐述了其背后的分子机制。

关键观点2: 研究探讨了总运动量与肝脏健康状态之间的关系。

研究人员使用数据分析了总运动量与肝脏健康之间的关系,并发现每周总MET达到特定值时,肝纤维化风险最低,之后再次升高。

关键观点3: 研究发现肌肉中的乳酸小体是引起肝纤维化的关键因素。

研究团队确定了乳酸小体在过度运动引起的肝纤维化中的作用,并揭示了其产生的机制。

关键观点4: 文章讨论了预防过度运动引起的肝纤维化的方法。

除了适度运动外,药物红景天苷的使用也被提出作为预防手段。此外,研究还表明,过度运动停止后给予足够恢复时间可以减轻纤维化。


正文

*仅供医学专业人士阅读参考

图片


我们推崇运动。


我们一直说,生命在于运动。


科学家也发表了无数的研究论文,证明运动对人体有很多健康益处。


然而,鲜有人研究过度运动对我们身体健康的影响。


前不久,由 中南大学湘雅医院黄燕、彭慧和陆仁斌 领衔的研究团队,在著名期刊 Cell Metabolism 上发表一篇重要研究论文,揭示了过度运动对人体的不利影响,以及背后的潜在机制。


他们发现, 过度运动会诱发肝纤维化 。具体来说, 过度运动的一个后果是乳酸在肌肉中大量聚集,促使肌肉释放一种名为“乳酸小体”的细胞外囊泡;乳酸小体会随着血液循环进入肝脏,诱导肝细胞的凋亡和肝星状细胞激活,最终导致肝脏纤维化


值得注意的是,研究还发现, 红景天苷可以有效抑制乳酸小体的形成,可能是预防过度运动诱导肝纤维化的一种潜在方法 湘雅医院内分泌科刘雅和周睿为论文的共同第一作者。


论文首页截图


为了探索总运动量与肝脏健康状态之间的关系,研究人员从美国国家健康与营养调查(NHANES)队列中提取了1255名受试者的数据,包括完整的体育锻炼和肝脏相关数据。


研究人员按照受试者每周的总代谢当量(MET)得分将受试者分成四组(Q1-Q4)。他们发现,与Q1-Q3组相比, Q4组的ALT/AST水平更高 ;肝硬度值(LSM)在Q1-Q3组间,呈下降趋势,但是到Q4又开始上升;而且肝硬度值≥7.3 kPa(意味着肝脏弹性下降、纤维化出现)的受试者占比,也表现出类似的趋势。


此外,他们还发现,总MET水平与肝纤维化风险之间呈“J”形关联, 当每周总MET达到2198.744时,肝纤维化风险达到最低点,随后又升高 。这也说明,每周总运动量超过2198.744 MET-min的话,可能于肝功能不利。


总运动量与肝脏状态之间的关系


随后,研究团队招募了28名年龄在18-40岁,BMI在18.5-23.9之间的中国受试者,平均分到过度训练组和非过度训练组。


两组受试者的基线肝纤维化相关指标没有差异;然而,在训练结束后, 过度训练组的ALT和AST水平升高,肝纤维化标志物(PIIINP、HA、CIV和FIB-4)较高,肝脏硬度也升高。


过度运动的中国受试者,肝脏功能也出现受损情况


以上数据说明,过度运动确实会增加肝纤维化的风险。


既然如此,就需要搞清楚背后的分子机制,这个时候就轮到小鼠模型登场了。


小鼠一共有三组:不怎么运动的、中等强度运动和过度运动。意料之中的是,过度运动小鼠的ALT和AST水平也升高了,提示肝损伤。此外, 过度运动小鼠的肝脏还出现胶原蛋白沉积,肝细胞凋亡加强,促坏死基因和促炎症基因的表达量更高 等情况。


过度运动小鼠遭遇肝损伤


研究人员推测了导致肝损伤的多种原因,但发现绝大部分潜在因素在对照组和过度运动组之间都没有差异。


不过,与对照组相比, 过度运动小鼠血清、肌肉、肝脏和肾脏中的乳酸含量显著升高 。考虑到2023年也有研究发现乳酸会加剧肝纤维化的进展[2],因此研究人员将乳酸作为研究对象。


黄燕等人关注的第一个问题是,乳酸是否直接诱导肝纤维化。因此,他们先在小鼠腹腔中注射了大量乳酸,发现可以提升血液和肝脏中乳酸水平,但是肌肉中乳酸水平没有增加。更奇怪的是, 即使连续12周的注射,也没有导致肝损伤相关标志物的变化,甚至没有诱导肝纤维化相关基因上调和肝细胞凋亡。


这个结果说明一个问题, 乳酸应该不能直接诱导肝纤维化 。如果是间接诱导的话,还得回到乳酸的源头——肌肉里面去找线索。于是,他们用不同浓度的乳酸处理肌细胞C2C12,然后用这些细胞的培养液处理肝细胞,结果发现, 高浓度乳酸处理过的肌细胞培养液会增强肝细胞的凋亡。


显然,被乳酸刺激之后,肌细胞应该产生了某种物质,就是这种物质影响了肝细胞。正如前文所言,这个物质就是小细胞外囊泡。简单来说, 乳酸通过肌细胞分泌的外囊泡,调节着肝脏的纤维化。


通过给肌细胞分泌的外囊泡加绿色荧光标记,研究人员发现,过度运动确实会增加肌肉中外囊泡水平,而且这些外囊泡也可以通过血液循环进入肝脏。值得注意的是,用细胞外囊泡分泌抑制剂处理,可以减轻过度运动小鼠的肝损伤和纤维化。


肉眼可见的外囊泡大迁徙


细胞外囊泡一现身,我们就知道,过度运动之后的肌细胞,肯定往肝脏里面输送了有害的蛋白、脂质或者核酸。


借助于蛋白质组学技术,研究人员将“犯罪嫌疑人”锁定为FBXO2蛋白。基因敲除实验结果也显示, Fbxo2 基因缺失之后,肌细胞外囊泡促肝细胞凋亡的作用就消失了。显然,FBXO2蛋白就是罪魁祸首。


后续的机制研究还发现, 过度运动导致肌肉中乳酸积累,会促进SORBS3的乳酸化 (这个表观遗传修饰做了好多坏事儿) ,进而促进肌细胞将FBXO2装进细胞外囊泡,形成我们前面提到的乳酸小体 (原来里面装的不是乳酸,是乳酸促进了它的形成)


乳酸小体进入血液之后,随着循环进入肝脏。肝细胞可以通过多种内吞方式,将乳酸小体“吃掉”。随后,乳酸小体中的FBXO2与肝细胞的MCL1相互作用,导致MCL1发生泛素化降解,参与线粒体自噬的BAX/BAK被活化,诱发肝细胞凋亡。与此同时,肝细胞释放的线粒体DNA(mtDNA)会激活肝星状细胞,导致肝纤维化。


机制示意图


既然知道了背后的机制,那么很关键的一个问题就是,有没有办法预防呢?


答案是有。


首先,小鼠实验显示, 在过度运动停止后,给小鼠4周的恢复时间,就可以减轻过度运动引起的纤维化 。这说明这种损伤是可逆的,只要给身体足够长的时间,它可以完成自我修复。


其次,黄燕/彭慧/陆仁斌团队还发现, 运动员用来改善肌肉功能和防止肌肉损伤的药物红景天苷,可以降低肌肉乳酸水平,抑制乳酸小体的形成,进而缓解过度运动诱发的肝纤维化








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