การออกกำลังกายในระยะยาวช่วยปรับเปลี่ยนภูมิทัศน์ของระบบต่อมไร้ท่อระหว่างอวัยวะได้อย่างไร

นักวิทยาศาสตร์จาก Molecular Transducers of Physical Activity Consortium (MoTrPAC) ได้นำเสนอผลการศึกษาแบบหลายระบบครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าการออกกำลังกายแบบฝึกความอดทนอย่างสม่ำเสมอส่งผลต่อเครือข่ายการส่งสัญญาณต่อมไร้ท่อระหว่างเนื้อเยื่อในระดับโมเลกุลอย่างไร งานวิจัยนี้ซึ่งนำโดย Cheehoon Ahn และคณะ ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารMolecular Metabolism

เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญ?

เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่ากิจกรรมทางกายเป็นปัจจัยสำคัญในการป้องกันโรคหลอดเลือดหัวใจและโรคเมตาบอลิซึม อย่างไรก็ตาม การศึกษาส่วนใหญ่มุ่งเน้นเฉพาะการเปลี่ยนแปลงภายในกล้ามเนื้อโครงร่างหรือหัวใจ ผู้เขียนได้ตั้งคำถามเพิ่มเติมว่า เนื้อเยื่อใดที่ “ส่ง” สัญญาณ (เอ็กเซอร์ไคน์) และเนื้อเยื่อเหล่านั้นประสานประโยชน์ของการออกกำลังกายในระดับของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดอย่างไร

การออกแบบการทดลอง

• แบบจำลองและระเบียบปฏิบัติ: หนูตัวผู้ได้รับการฝึกความอดทนบนลู่วิ่งเป็นเวลา 8 สัปดาห์ วันละ 5 ครั้ง ควบคุมด้วยความเร็วและเวลา กลุ่มควบคุมยังคงดำเนินชีวิตแบบอยู่ประจำ
• การวิเคราะห์หลายระบบ: ก่อนและหลังการแทรกแซง ได้มีการวิเคราะห์ทรานสคริปโตมิกส์ (snRNA-seq) และโปรตีโอมิกส์ (LC-MS/MS) อย่างละเอียดของเนื้อเยื่อสำคัญ 16 ชนิด ได้แก่ กล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจ ตับ ไต ตับอ่อน แหล่งเนื้อเยื่อไขมันต่างๆ (ใต้ผิวหนัง ในช่องท้อง) รวมถึงปอด ม้าม และสมอง
• การอนุมานการเชื่อมต่อระหว่างอวัยวะ: อัลกอริธึม QENIE และ GD-CAT ทำให้สามารถคำนวณความแข็งแกร่งและทิศทางของ "ตัวอักษร" ต่อมไร้ท่อระหว่างเนื้อเยื่อโดยอิงจากระดับของโปรตีนที่ถูกหลั่งออกมาและตัวรับของโปรตีนเหล่านั้น

การค้นพบที่สำคัญ

1. เนื้อเยื่อไขมันใต้ผิวหนังเป็น “บุรุษไปรษณีย์” หลัก

   • หลังจากการฝึก พบว่าไขมันใต้ผิวหนังมีปริมาณและระดับของปัจจัยที่หลั่งออกมาสูงสุดที่ส่งไปยังอวัยวะอื่นๆ ปัจจัยเหล่านี้ได้แก่ อะโพเทนิน โกรทแฟกเตอร์ และโปรตีนจับคอลลาเจน

2. เมทริกซ์นอกเซลล์เป็นตัวกลางสากล

   • พบว่ายีนและโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์และการปรับโครงสร้างของเมทริกซ์นอกเซลล์ (คอลลาเจน I/III, ลามิน, ไฟโบนิคติน) เป็น "ผู้ส่งสาร" ของผลการฝึกในเนื้อเยื่อทุกชนิด สิ่งนี้ชี้ให้เห็นถึงความสำคัญของโครงสร้างจุลภาคของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันในการปรับตัวให้เข้ากับภาระ

3. โมเลกุลส่งสัญญาณ Wnt

   • สมาชิกตระกูล Wnt หลายตัว (Wnt5a, Wnt7b) ได้รับการแสดงให้เห็นว่าทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมโมเลกุลระหว่างกล้ามเนื้อ ตับ และเนื้อเยื่อไขมัน ซึ่งอาจควบคุมการเจริญเติบโตของเส้นเลือดฝอยและการเผาผลาญกลูโคส

4. หน่วยงานกำกับดูแลการตอบสนอง

   • นอกจากไขมันและกล้ามเนื้อแล้ว ตับและหัวใจยังส่ง "ตัวอักษร" กลับไปยังกล้ามเนื้อและสมองอย่างแข็งขัน ทำให้เกิดวงจรป้อนกลับแบบปิดที่ช่วยเพิ่มการเผาผลาญพลังงานและความต้านทานต่อความเครียด

มุมมองเชิงปฏิบัติ

• ค้นหาไบโอมาร์กเกอร์ใหม่ๆ โปรตีนส่งสัญญาณที่ถูกหลั่งออกมาสามารถศึกษาได้ในฐานะตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพในการฝึกหรือสัญญาณเริ่มต้นของความเหนื่อยล้า
• การบำบัดด้วย "การออกกำลังกายแบบไม่รับน้ำหนัก": เอ็กเซอร์ไคน์ที่ระบุไว้ (เช่น ลิแกนด์ Wnt เฉพาะ) อาจเป็นพื้นฐานของ "ยาออกกำลังกาย" สำหรับผู้ป่วยที่ไม่ค่อยออกกำลังกาย
• การปรับแต่งโปรแกรมการฝึกอบรมให้เหมาะกับแต่ละบุคคล แผนที่แสดงการเชื่อมต่อระหว่างอวัยวะจะช่วยปรับความเข้มข้นและระยะเวลาของการฝึกให้เหมาะสมกับปฏิกิริยาของเนื้อเยื่อแต่ละส่วน

บทสรุป

การศึกษานี้เน้นย้ำว่าการวิ่งและการออกกำลังกายแบบฝึกความทนทานอื่นๆ ไม่ได้เป็นเพียงแค่การปั๊มกล้ามเนื้อเท่านั้น แต่ยังเป็นการกระตุ้นระบบต่อมไร้ท่ออย่างมีประสิทธิภาพของอวัยวะแทบทุกส่วน แผนที่การออกกำลังกายที่ MoTrPAC สร้างขึ้นจะปูทางไปสู่กลยุทธ์การวินิจฉัยและการรักษาใหม่ๆ เพื่อช่วยให้ได้รับประโยชน์สูงสุดจากการออกกำลังกาย