Как упражнения меняют иммунную систему: молекулярный взгляд на пользу спорта

Исследование выявило клеточные и метаболические изменения, которые отличают активных людей от ведущих сидячий образ жизни.

Хорошо известно, что регулярные физические упражнения приносят пользу для здоровья, но то, как именно эта польза проявляется на клеточном уровне, остаётся неясным. Теперь исследователи выявили ряд изменений в метаболизме и иммунной системе, которые отличают людей, регулярно занимающихся спортом, от людей с сидячим образом жизни. Результаты, опубликованные 18 сентября в журнале Science Advances, указывают на потенциальные пути управления хроническими заболеваниями, такими как диабет, болезни сердца и рак, говорят учёные.

Команда исследователей проанализировала данные Китайского атласа иммунного мультиомикса (CIMA), который включает данные 400 взрослых, сдавших образцы крови и ответивших на подробный опросник об их образе жизни. Чтобы уловить максимально возможные эффекты упражнений, команда включила только данные участников, которые занимались больше всего или меньше всего. Одна группа тренировалась как минимум три раза в неделю, набирая более 150 минут умеренных упражнений или 75 минут высокоинтенсивных упражнений за этот период. Группа с сидячим образом жизни сказала, что вообще не тренируется.

Затем исследователи проанализировали образцы крови своих добровольцев на физиологические маркеры, такие как уровень сахара и жиров в крови. Они обнаружили, что участники, которые больше занимались спортом, имели признаки усиленного метаболизма сахара и жиров, более сильного мышечного метаболизма и более высоких уровней антиоксидантных молекул, которые борются с процессами повреждения клеток. Многие из этих систем и их связи с упражнениями были уже известны, сказал доктор Майкл Зиберс, исследователь из Университета Дуйсбурга-Эссена, не участвовавший в исследовании. Реальным шагом вперёд в исследовании был его последующий клеточный анализ, сказал он. «Это действительно хорошая статья, которая впервые показывает, что realmente происходит, когда вы занимаетесь спортом, на межклеточном уровне», — сказал он.

Как упражнения меняют иммунную систему

Этот анализ использовал мультиомиксный подход, означающий, что он объединил данные из多个 биологических источников. Они включали метаболиты (побочные продукты метаболизма), жиры, белки и РНК (родственник ДНК, который помогает строить белки). Команда также изучила особенность ДНК под названием доступность хроматина. Наши гены намотаны на спирали ДНК, создавая структуры, напоминающие плотно упакованные катушки плёнки. Более высокая доступность хроматина означает, что катушка менее плотно намотана, поэтому отдельные изображения на этой плёнке можно увидеть легче. В конечном счёте, эти гены легче включить. В клетках этот механизм необходим для того, чтобы гены могли транскрибироваться и транслироваться в белки, которые помогают организму функционировать должным образом.

Вместе эти анализы позволили исследовательской команде внимательно изучить, как клетки людей, регулярно занимающихся спортом, функционируют иначе, чем у людей с сидячим образом жизни. Это глубокое погружение revealed多个 изменения в иммунных клетках. Активность иммунных «пехотинцев» у занимающихся спортом — включая цитотоксические Т-клетки и естественные киллеры — была усилена по сравнению с участниками с сидячим образом жизни. Кроме того, наивные иммунные клетки, которые действуют как неспециализированные резервисты, которые могут быть призваны в иммунную пехоту, имели большую доступность хроматина в генах, необходимых для борьбы с угрозами. Это означало, что они были более готовы к мобилизации. Команда также отметила изменения в клетках, которые отвечают за оповещение остальной иммунной системы об угрозах, называемых иммунными моноцитами и В-клетками. У людей, регулярно занимающихся спортом, эти клетки имели повышенную экспрессию генов, подающих сигнал тревоги.

Результаты предполагают, что регулярная физическая активность может сделать иммунную систему лучше подготовленной к борьбе с потенциальными угрозами, написали исследователи в своём исследовании. Уже известно, что отсутствие физических упражнений является фактором риска хронических заболеваний, включая диабет 2 типа, и что тренировки снижают эти риски. Исследование даёт «молекулярную перспективу на системные преимущества [упражнений] для здоровья», написали исследователи.

Тем не менее, у исследования были ограничения. Зиберс отметил, что, помимо количества минут, которые участники тренировались, исследование не регистрировало, какой тип упражнений они выполняли, и имело мало информации о физическом составе участников. Исследователи также не могли показать, что регулярные упражнения вызвали улучшения иммунитета. Возможно, что сниженная активация иммунной системы у участников с сидячим образом жизни сделала их менее способными к упражнениям. Несмотря на ограничения, такие глубокие погружения в клеточную основу упражнений важны для дальнейшего понимания того, почему тренировки ощущаются хорошо, сказал Зиберс. «Это действительно глубокие вещи».

Открытие того, как упражнения влияют на иммунную систему на клеточном уровне, — это не просто научный интерес. Это имеет реальные последствия для профилактики и лечения хронических заболеваний, а также для понимания того, почему физическая активность так важна для нашего общего здоровья.

«Мы знаем, что упражнения полезны, но теперь мы начинаем понимать, почему, — говорит иммунолог из Гарвардской медицинской школы. — Это знание может помочь нам разработать более эффективные стратегии для людей, которые не могут заниматься спортом из-за возраста, инвалидности или болезни. Мы можем найти способы имитировать некоторые из этих эффектов с помощью лекарств или других вмешательств».

Одним из наиболее перспективных направлений является изучение того, как упражнения влияют на «наивные» иммунные клетки. Эти клетки, которые ещё не столкнулись с конкретными патогенами, находятся в состоянии готовности. Исследование показало, что у активных людей эти клетки имеют более доступный хроматин в генах, необходимых для борьбы с инфекциями. Это означает, что они быстрее и эффективнее реагируют на угрозы.

«Это как держать армию в состоянии повышенной готовности, — объясняет Зиберс. — У тренированных людей иммунная система не просто сильнее — она быстрее мобилизуется. Это может иметь огромное значение для борьбы с инфекциями и даже с раком».

Исследование также показало, что упражнения влияют на метаболизм жиров и сахара, а также на уровень антиоксидантов. Эти эффекты могут объяснять, почему физическая активность снижает риск диабета 2 типа, сердечно-сосудистых заболеваний и некоторых видов рака.

«Мы видим, что упражнения воздействуют на несколько систем одновременно, — говорит эндокринолог из Университета Копенгагена. — Это не просто одна молекула или один путь. Это системное воздействие, которое затрагивает весь организм. Именно поэтому упражнения так эффективны».

Однако, как отмечают исследователи, остаётся много вопросов. Например, неясно, какие именно типы упражнений наиболее эффективны для улучшения иммунной функции. Также неизвестно, как долго сохраняются эти эффекты после прекращения тренировок.

«Мы находимся в начале пути, — говорит Зиберс. — Но это захватывающее время. Мы начинаем понимать, как физическая активность влияет на нас на самом глубоком уровне. И это знание может изменить то, как мы подходим к здоровью и болезням».

Для людей, которые уже занимаются спортом, эти findings — дополнительное подтверждение того, что их усилия не напрасны. Для тех, кто ведёт сидячий образ жизни, — стимул начать двигаться. И для учёных — новый вызов: понять, как использовать эти знания для улучшения здоровья всех людей.

Источники: Science Advances, Live Science, Китайский атлас иммунного мультиомикса (CIMA), Университет Дуйсбурга-Эссена, заявления доктора Майкла Зиберса и других исследователей.