摘要：现在，麻省理工学院的工程师们发现，运动还可以在单个神经元的层面上带来益处。他们观察到，在运动过程中，当肌肉收缩时，会释放出一系列名为肌动蛋白（myokines）的生物化学信号。

毫无疑问，运动对身体有好处。定期活动不仅可以增强肌肉，还可以增强我们的骨骼、血管和免疫系统。

现在，麻省理工学院的工程师们发现，运动还可以在单个神经元的层面上带来益处。他们观察到，在运动过程中，当肌肉收缩时，会释放出一系列名为肌动蛋白（myokines）的生物化学信号。

研究介绍

在这些由肌肉产生的信号的作用下，神经元的生长速度是没有接触到肌动蛋白的神经元的四倍。这些细胞层面的实验表明，运动可以对神经生长产生显著的生物化学影响。

令人惊讶的是，研究人员还发现，神经元不仅对运动的生物化学信号有反应，而且对其物理作用也有反应。团队观察到，当神经元被反复前后拉伸时，类似于运动过程中肌肉的收缩和舒张，神经元的生长速度与接触到肌肉肌动蛋白时一样快。

虽然以前的研究已经表明肌肉活动和神经生长之间可能存在生物化学联系，但这项研究首次表明物理效应同样重要，研究人员表示。研究结果发表在《先进医疗保健材料》杂志上，揭示了运动过程中肌肉和神经之间的联系，并可能为修复受损和退化的神经提供运动相关疗法的新思路。

“现在我们知道这种肌肉-神经的交叉对话是存在的，它可以用于治疗神经损伤等神经与肌肉之间通讯被切断的情况。”麻省理工学院机械工程系尤金·贝尔职业发展助理教授里图·拉曼（Ritu Raman）说。

“也许通过刺激肌肉，我们可以鼓励神经愈合，并恢复因创伤性损伤或神经退行性疾病而失去行动能力的人的运动能力。”

2023年，拉曼和她的同事报告称，他们能够通过在受伤部位植入肌肉组织，然后通过反复用光刺激来锻炼新组织，从而恢复遭受创伤性肌肉损伤的小鼠的运动能力。

随着时间的推移，他们发现经过锻炼的移植组织帮助小鼠恢复了运动功能，其活动水平与健康小鼠相当。

当研究人员分析移植组织本身时，他们发现规律的运动刺激了移植的肌肉产生某些已知能够促进神经和血管生长的生物化学信号。

“这很有趣，因为我们总是认为神经控制肌肉，但我们没有想过肌肉会反过来与神经交流。”拉曼说。

“所以，我们开始认为刺激肌肉可以促进神经生长。但人们反驳说，也许是这样，但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是因为肌肉，而不是免疫系统或其他因素在起作用。”

研究方法

在他们的新研究中，团队着手确定运动肌肉是否对神经的生长有直接影响，只关注肌肉和神经组织。研究人员将小鼠的肌肉细胞培养成细长的纤维，然后融合形成一块大约四分之一美元硬币大小的成熟肌肉组织。

团队对肌肉进行了基因改造，使其能够响应光线而收缩。通过这种改造，团队可以反复闪烁光线，使肌肉像锻炼一样挤压。

拉曼之前开发了一种新型凝胶垫，用于培养和锻炼肌肉组织。这种凝胶的特性能够支撑肌肉组织，并防止在研究人员刺激肌肉锻炼时肌肉剥离。

然后，团队收集了锻炼肌肉组织周围的溶液样本，认为这些溶液中应该含有肌动蛋白，包括生长因子、RNA和其他蛋白质的混合物。

“我认为肌动蛋白是肌肉分泌的一种生化物质混合物，其中一些可能对神经有益，另一些可能与神经无关。”拉曼说。“肌肉几乎总是在分泌肌动蛋白，但当你锻炼它们时，它们会分泌得更多。”

研究团队将肌动蛋白溶液转移到另一个含有运动神经元的培养皿中，这些神经元是从老鼠干细胞中提取并培养的，控制着自愿运动的肌肉，位于脊髓中。

研究团队观察到它们开始迅速生长，比未接触生化溶液的神经元快四倍。

为了更深入地了解神经元对运动诱导的肌动蛋白的反应，研究团队进行了基因分析，从神经元中提取RNA，以观察肌动蛋白是否改变了某些神经元基因的表达。

“我们发现，在运动刺激的神经元中，许多上调的基因不仅与神经元生长有关，还与神经元的成熟、它们与肌肉和其他神经元的交流程度以及轴突的成熟程度有关。”拉曼说。“运动似乎不仅影响神经元的生长，还影响它们的成熟度和功能。”

研究结果表明，运动的生化效应可以促进神经元的生长。随后，研究团队产生了一个疑问：运动的纯物理效应是否也有类似的好处？

“神经元与肌肉物理相连，因此它们也会随着肌肉的伸缩而移动。”拉曼说。“我们还想看看，即使没有肌肉的生化信号，我们能否通过前后拉伸神经元，模拟运动产生的机械力，这种拉伸是否也能对神经元的生长产生影响？”

为了验证这一点，研究团队在嵌有微小磁铁的凝胶垫上培养了另一组运动神经元。然后，他们使用外部磁铁来使垫子和神经元前后摇动。

这样，他们每天“锻炼”神经元30分钟。令他们惊讶的是，他们发现这种机械锻炼刺激神经元生长的效果与肌动蛋白诱导的神经元一样好，生长距离显著远于未接受任何形式锻炼的神经元。

研究意义

“这是一个好兆头，因为它告诉我们运动的生化效应和物理效应同样重要。”拉曼说。

现在，研究团队已经证明运动肌肉可以在细胞水平上促进神经生长，他们计划进一步研究如何利用有针对性的肌肉刺激来促进受损神经的生长和修复，并为患有肌萎缩侧索硬化症等神经退行性疾病的患者恢复运动能力。

新闻来源：Advanced Healthcare Materials

来源：启真脑机智能基地