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在研究身体活动如何增强胰岛素反应能力的过程中,澳大利亚莫纳什大学的科学家发现了一种酶,NADPH氧化酶(NOX4),是运动改善代谢健康的关键。这一发现意味着,开发药物促进这种酶的活性,有望防止衰老对代谢健康的影响,避免老年人出现肌肉萎缩、糖尿病等常见的问题。
▲研究论文近日发表于《科学进展》杂志
研究人员在小鼠和人类中都发现,运动可以促进骨骼肌表达更多的NOX4。小鼠经过短暂的中高强度运动后,腿部肌肉中的NOX4含量翻倍;而在连续数周坚持运动后,全身多种肌肉中的NOX4表达量更是增加了三四倍。
▲无论是小鼠还是人类(D图),运动后几小时,即可检测到肌肉中NOX4增加
这种变化促使研究人员进一步分析了NOX4的功能。他们发现,一旦肌肉中缺乏NOX4,肌肉本身的发育或形态没有显著改变,但肌肉功能会受到影响,尤其是减少运动诱导活性氧(ROS)的生成。研究人员指出,运动让骨骼肌不断产生活性氧,使身体适应性地增强耐受性,这被认为是运动促进健康的必要一环。因此,骨骼肌在运动后增加产生NOX4,促进活性氧介导的适应性反应,从而促进肌肉功能,防止氧化损伤。
▲肌肉需要大量线粒体提供能量,而运动诱导线粒体生成需要NOX4
与运动促进肌肉表达NOX4相反的是,衰老、久坐不动、肥胖的情况下,骨骼肌中的NOX4水平降低。研究人员比较了年轻活泼的小鼠和年老迟缓的小鼠,发现后者骨骼肌中的NOX4减少了近50%。
进一步实验显示,肌肉NOX4水平下降,导致细胞内氧化损伤的积累,随着时间的推移,造成动物对胰岛素的敏感性降低。这也是为什么衰老和缺乏运动,常会加速胰岛素抵抗的发生和发展。
“由NOX4协调的这种运动适应性机制,如果可以用药物来激活,或许可以改善衰老对代谢健康的不良后果,包括胰岛素抵抗、2型糖尿病。”负责这项研究的Tony Tiganis教授指出。
有趣的是,研究人员已经证明一些化合物分子有提升肌肉NOX4的作用,比如在西兰花等多种十字花科植物中天然存在的化合物sulforaphane。“不过,要达到抗衰老的效果,所需的量可能远大于人们愿意吃下的量。”Tiganis教授说。
因此,更重要的是,这一研究为衰老和缺少运动导致糖尿病流行的背后机制带来重要洞见,并且为药物开发提供了一种重要的靶标。在这些发现下,我们有望开发出更多的药物,来预防和逆转衰老对代谢健康的影响。
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