神经促使肌肉释放促进大脑健康的因子

伊利诺伊州尚佩恩——运动会促使肌肉释放分子货物，从而增强脑细胞的功能和连接，但这一过程尚不清楚。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois Urbana-Champaign）的一项新研究发现，告诉肌肉运动的神经也会促使它们释放更多的大脑促进因子。

“从肌肉释放的分子进入血液，然后进入大脑，在肌肉和大脑之间产生所谓的串扰。但肌肉本身是高度神经支配的。所以我们想知道，神经元对肌肉的这种活动有什么影响，进一步影响到肌肉和大脑之间的交流？“化学和生物分子工程教授Hyunjoon Kong说，他是发表在《美国国家科学院院刊》上的研究的负责人。

“随着年龄的增长，我们从肌肉中失去了这些神经元。有些人也会因疾病或受伤而失去这些神经元。因此，了解它们的作用，以及这些肌肉神经如何影响大脑，对于老年人或患有神经肌肉损伤和疾病的患者来说很重要，“他说。

运动研究发现，肌肉分泌激素和细胞外囊泡，这些微小的包装在细胞之间携带分子，含有RNA的小片段，可增强脑细胞之间的连接，信号传输和通信。然而，尽管人们对肌肉衍生因素的功能给予了很多关注，但对刺激肌肉的神经的作用知之甚少，该研究的第一作者、研究生Kai-Yu Huang说。

为了填补这一空白，研究人员比较了两种肌肉组织模型——一种有神经元神经支配，另一种没有。他们发现，与没有神经的肌肉相比，受神经支配的肌肉产生了更多的分子，这些分子促进了大脑神经元的活动并调节了肌肉发育。

然后，研究人员用谷氨酸（一种神经递质）刺激神经。他们发现，受神经支配的肌肉对调节分泌很重要的基因表达更多。相应地，它释放出更高水平的激素鸢尾素，这与运动的有益效果有关，并且比普通肌肉释放更多的细胞外囊泡。

“我们分析了囊泡中携带的货物，我们发现与神经发育影响相关的microRNA的多样性更大，”Huang说。“这些发现强调了神经元神经支配的重要性。随着年龄的增长，我们失去了对肌肉的神经供应，我们的肌肉开始分解并失去功能。不知何故，这会进一步导致器官功能障碍。因此，了解如何调节或维持肌肉的分泌行为非常重要。

接下来，研究人员计划进一步研究神经元与肌肉细胞交界处的机制，以确定神经冲动如何刺激肌肉，以及它们是否影响大脑促进因子的产生或只是它们的释放，这是对那些失去神经或肌肉的人可能治疗的重要区别。他们还希望探索使用他们的组织模型作为有效产生因子的平台。最终，他们希望全面了解大脑-神经-肌肉环路以及如何维持它。

“这是我们的各个器官相互交谈：大脑告诉神经刺激肌肉，肌肉释放出有益于大脑功能的分子，”Kong说。它强调了锻炼的重要性。运动在运动神经元和肌肉之间创造了一个更强大的界面，现在我们知道将信号发送到肌肉的神经释放出对大脑有益的分子和细胞外囊泡。因此，我们可以看看运动的好处，重点是促进这种联系，而不仅仅是增加肌肉的体积或力量。

美国国家科学基金会（National Science Foundation）、美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）、阿尔茨海默病协会（Alzheimer’s Disease Association）和芝加哥陈·扎克伯格生物中心（Chan Zuckerberg Biohub Chicago）都支持了这项工作。该研究的合著者伊利诺伊州教师包括材料科学与工程教授Mattia Gazzola，细胞和发育生物学教授Martha Gillette，电气和计算机工程教授Gabriel Popescu（死后出版），分子和综合生理学处理器Hee Jung Chung，生物工程教授兼格兰杰工程学院院长Rashid Bashir，化学教授Jonathan Sweedler和材料科学与工程教授Qian陈。韩国科学技术高等研究院的Sung Gap Im教授也是该论文的合著者。