众所周知，运动有益身体健康。已经有大量的研究结果表明，规律地运动不仅能塑造肌肉的形态和增强肌肉的功能，还能改善包括骨骼、血管、免疫系统，以及中枢和周围神经系统。
现在，一项新的研究发现，运动对单个神经元也有好处。他们观察到，在运动过程中，肌肉在收缩时会释放出一种名为肌细胞因子的生化信号。当存在这种信号时，神经元的生长距离会是未暴露于肌细胞因子的神经元的4倍。这表明运动可以对神经生长产生显著的生化影响。
在对运动的生化和物理效应作出反应时，运动神经元（紫色）比没有经历运动诱导的神经元表现出更快的新生长（绿色）。（图/Angel Bu）
除此之外，研究人员还惊讶地发现，神经元不仅会对运动的生化信号做出反应，而且对运动的纯物理影响也会作出反应。他们观察到，当神经元被反复地前后拉伸时，神经元的生长速度也与当它们暴露在肌细胞因子时一样快。
肌肉会对话
其实，在2023年，研究人员就发表了一项关于他们如何让经历过创伤性肌肉损伤的小鼠恢复活动能力的研究。在那项研究中，他们先是在损伤部位植入肌肉组织，然后通过用光反复刺激，来锻炼新植入的组织。随着时间的推移，他们发现经过锻炼的移植组织能帮助小鼠恢复运动功能，达到与健康小鼠相当的活动水平。
在分析移植的肌肉组织时，他们发现有规律的运动似乎能够刺激这些移植的肌肉产生某些可以促进神经和血管生长的生化信号。这是很有趣的发现，因为一直以来，人们都认为是神经控制着肌肉，但没想到肌肉也能反过来与神经“对话”。所以，在这之后，他们开始思考，刺激肌肉或许能促进神经生长。
然而，对于这种想法，大家的普遍反应是：就算事实如此，也很难证明。因为动物体内有数百种其他细胞类型，很难证明神经的生长更多地是因为肌肉，而非免疫系统或其他东西在发挥作用。
因此，在最新的研究中，研究人员选择只聚焦于肌肉以及神经组织，以此来确定锻炼肌肉是否对神经的生长有任何直接影响。
在实验中，他们将小鼠的肌肉细胞培养成长纤维，然后融合形成一个大约硬币大小的成熟肌肉组织小薄片。他们对肌肉进行了基因修饰，使其能在光照下收缩。通过这种修饰，研究团队可以通过重复地闪烁光，使肌肉以模仿运动行为的方式做出反应。
在之前的研究中，他们开发并使用了一种凝胶垫，能用来在上面生长和锻炼肌肉组织。这种凝胶的特性是，当研究人员刺激肌肉运动时，它可以支撑肌肉组织，防止肌肉脱落。
然后，研究人员收集了用来锻炼肌肉组织的周围溶液，并推断溶液中应该含有肌细胞因子，包括生长因子、RNA，以及其他蛋白质的混合物。肌细胞因子是肌肉分泌的一种生化物质，其中有一些可能对神经有益，还有一些可能与神经无关。
研究人员推测，肌肉几乎总是在分泌肌细胞因子，但当它们在锻炼时，会分泌更多。
生化效应
研究人员将肌细胞因子溶液转移到一个单独的培养皿中，这个培养皿中含有运动神经元，也就是存在于脊髓中的控制参与自主运动的肌肉的神经。这些神经元是通过小鼠干细胞培养的。与肌肉组织一样，它们也在类似的凝胶垫上生长。
研究人员观察到，当神经元暴露于肌细胞因子混合物后，它们会迅速开始生长，比未接受生化溶液的神经元快4倍。
运动神经元在5天内对与运动有关的生化和机械信号做出反应，显著加强了生长。绿色的球代表轴突向外生长的神经元簇。（图/Angel Bu）
为了更仔细地观察神经元是如何响应运动诱发的肌细胞因子而发生变化的，研究人员进行了基因分析。他们从神经元中提取了RNA，观察了肌细胞因子是否会诱导某些神经元基因的表达发生任何变化。
他们发现，在运动刺激的神经元中，许多基因的上调不仅与神经元的生长有关，还与神经元的成熟度、它们与肌肉和其他神经的“交流”有多好，以及轴突的成熟度有关。运动不仅影响了神经元的生长，而且似乎还会影响它们的成熟度和功能的良好程度。
纯物理效应
在确定了运动的生化效应可以促进神经元的生长之后，研究人员还想知道：运动对身体的纯影响本身是否也能带来类似的好处？具体一点来说，因为神经元在物理上与肌肉相连，所以它们也会随着肌肉的伸展和运动。那么，即使没有来自肌肉的生化信号，是否也可以通过来回拉扯神经元来模仿运动的机械力，进而对生长产生影响？
为了回答这个问题，研究人员在嵌入了微小磁铁的凝胶垫上培养了一组不同的运动神经元。然后，他们使用外部磁铁来回晃动凝胶垫和神经元。通过这种方式，这些神经元每天得到了30分钟的“锻炼”。
令人惊讶的是，他们发现这种机械运动刺激的神经元生长，与肌细胞因子诱导的一样多，都比未接受任何形式的运动的神经元生长得更长。这表明，运动的生化效应和物理效应同等重要。
“运动如药”的第一步
这项研究揭示了运动过程中肌肉与神经之间的联系，并为修复受损和恶化的神经提供与运动相关的潜在治疗方法。例如，通过刺激肌肉，或许就可以促进神经愈合，让那些因创伤性损伤或神经退行性疾病而失去活动能力的人恢复。
虽然以前的研究也表明肌肉活动与神经生长之间存在潜在的生化联系，但这项研究是首次证明，运动的物理效应也同样重要。这是理解和控制运动作为药物的第一步。接下来，团队计划进一步研究如何利用有针对性的肌肉刺激来生长和治愈受损的神经，以及恢复患有神经退行性疾病的人的活动能力。
#创作团队：
原文：Jennifer Chu
编译：糖兽
排版：雯雯
#参考来源：
https://news.mit.edu/2024/when-muscles-work-out-they-help-neurons-grow-1112
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202403712
#图片来源：
封面图&首图：Angel Bu via MIT News