Μια μελέτη δείχνει λεπτομερώς πώς η αερόβια άσκηση ενισχύει τη μεταβολική διαδικασία.
Ο λιπώδης ιστός δεν είναι απλώς μια δεξαμενή ενέργειας για περιόδους έλλειψης τροφής. Συμβάλλει σημαντικά στη ρύθμιση του μεταβολισμού, απελευθερώνοντας διάφορα μόρια στην κυκλοφορία του αίματος, συμπεριλαμβανομένων των μικροRNA που ρυθμίζουν την έκφραση βασικών γονιδίων σε διάφορα όργανα, συμπεριλαμβανομένου του ήπατος, του παγκρέατος και των μυών.
Η έρευνα έχει δείξει ότι τόσο η γήρανση όσο και η παχυσαρκία μπορούν να επηρεάσουν την παραγωγή αυτών των ρυθμιστικών μικροRNA από το λιπώδη ιστό και να ευνοήσουν την ανάπτυξη ασθενειών όπως ο διαβήτης και η δυσλιπιδαιμία. Τα καλά νέα είναι ότι αυτή η εκφυλιστική διαδικασία μπορεί να αντιστραφεί με τακτική αερόβια άσκηση, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
“Πειράματα σε ποντίκια και ανθρώπους έχουν δείξει ότι η αερόβια άσκηση διεγείρει την έκφραση ενός ενζύμου που ονομάζεται DICER, το οποίο είναι απαραίτητο για την επεξεργασία των microRNAs. Επομένως, παρατηρήσαμε μια αύξηση στην παραγωγή αυτών των ρυθμιστικών μορίων από τα λιπώδη κύτταρα, με πολλά οφέλη για το μεταβολισμό”, δήλωσε ο Marcelo Mori, καθηγητής στο Ινστιτούτο Βιολογίας του Πανεπιστημίου Campinas (IB-UNICAMP) στην πολιτεία του Σάο Πάολο της Βραζιλίας και ένας από τους κύριους ερευνητές της μελέτης που διεξήχθη σε συνεργασία με ομάδες στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης στη Δανία και στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ στις Ηνωμένες Πολιτείες.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπάρχει επικοινωνία μεταξύ μυών και λιπώδους ιστού κατά τη διάρκεια της αερόβιας άσκησης μέσω μορίων σηματοδότησης που εκκρίνονται στην κυκλοφορία του αίματος. Αυτή η ανταλλαγή πληροφοριών καθιστά την κατανάλωση ενέργειας από τα λιπώδη κύτταρα πιο αποτελεσματική, επιτρέποντας στο μεταβολισμό να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις της άσκησης και να βελτιώσει την απόδοση των μυών.
Τα ποντίκια υποβλήθηκαν σε πρωτόκολλο άσκησης διάρκειας 60 λεπτών την ημέρα σε διάδρομο για οκτώ εβδομάδες. Καθώς έγιναν πιο ενεργά, η ταχύτητα και η κλίση του διαδρόμου αυξήθηκε. Στο τέλος, εκτός από τη βελτίωση της απόδοσης, οι επιστήμονες βρήκαν σημαντική αύξηση, σε επίπεδο λιποκυττάρων, της έκφρασης του ενζύμου DICER, κάτι που συνοδεύτηκε από μείωση του σωματικού βάρους και του σπλαχνικού λίπους.
Όταν επανέλαβαν το πείραμα σε ποντίκια που ήταν γενετικά τροποποιημένα για να μην εκφράζεται το ένζυμο DICER στα λιπώδη κύτταρα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα ευεργετικά αποτελέσματα της αερόβιας άσκησης ήταν πολύ μικρότερα. “Τα ζώα δεν έχασαν βάρος ή σπλαχνικό λίπος και η συνολική τους φυσική κατάσταση δεν βελτιώθηκε”, δήλωσε ο Mori. “Παρατηρήσαμε επίσης ότι τα λιπώδη κύτταρα χρησιμοποίησαν το ενεργειακό υπόστρωμα διαφορετικά σε αυτούς τους γενετικά τροποποιημένους ποντικούς, αφήνοντας λιγότερη γλυκόζη διαθέσιμη για τους μυς”.
Στους ανθρώπους, έξι εβδομάδες διαλειμματικής προπόνησης υψηλής έντασης (HIIT: high-intensity interval training) ήταν αρκετές για να αποδώσουν κατά μέσο όρο μια πενταπλάσια αύξηση της ποσότητας DICER στον λιπώδη ιστό. Η επίδραση παρατηρήθηκε τόσο σε νεότερους εθελοντές, ηλικίας περίπου 36 ετών, όσο και σε άτομα μεγαλύτερης ηλικίας, ηλικίας περίπου 63 ετών. Η ανταπόκριση ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των ατόμων, καθώς το ένζυμο DICER αυξήθηκε έως και 25 φορές σε ορισμένα άτομα αλλά πολύ λιγότερο σε άλλα.
Λεπτομερής μηχανισμός
Ο ρόλος του DICER και των microRNA στο λιπώδη ιστό περιγράφηκε για πρώτη φορά το 2012 σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στο Cell Metabolism, με επικεφαλής τον Mori σε συνεργασία με μια διεθνή ομάδα ερευνητών. Το DICER είναι ένα βασικό ένζυμο στη βιογένεση microRNA (miRNA).
Το κύριο εύρημα στην παρούσα μελέτη ήταν ότι η έκφραση του DICER στον λιπώδη ιστό των ποντικών ήταν μειωμένη καθώς τα ζώα κέρδισαν βάρος και ότι αυτό μείωσε τη διάρκεια ζωής τους. Η μελέτη έδειξε επίσης ότι ο περιορισμός των θερμίδων μπορεί να αντιστρέψει τις επιβλαβείς επιπτώσεις της παχυσαρκίας.
Σε μια άλλη μελέτη, που δημοσιεύθηκε το 2016 στο περιοδικό Aging, ο Mori και η ομάδα του έδειξαν ότι ο περιορισμός των θερμίδων στα ποντίκια απέτρεψε τη σχετιζόμενη με τη γήρανση μείωση της παραγωγής microRNA από το λιπώδη ιστό και την ανάπτυξη διαβήτη τύπου 2. Σε μια μελέτη που αναφέρθηκε το 2017 στο Nature, έδειξαν ότι τα microRNA που παράγονται από το λιπώδη ιστό και εισέρχονται στην κυκλοφορία του αίματος δρουν σε απομακρυσμένους ιστούς, ρυθμίζοντας τη γονιδιακή έκφραση.
“Σε αυτήν την τελευταία μελέτη διαπιστώσαμε ότι η αερόβια άσκηση, όπως και στον περιορισμό των θερμίδων, μπορεί να αντιστρέψει τη μείωση της έκφρασης του DICER και της παραγωγής microRNA χάρη στην ενεργοποίηση ενός πολύ σημαντικού μεταβολικού αισθητήρα, του ενζύμου AMPK (adenosine monophosphate-activated protein kinase), είπε ο Mori. Ο αισθητήρας ενεργοποιείται όταν το κύτταρο καταναλώνει ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη), το μόριο που δρα ως ενεργειακό υπόστρωμα για τα κύτταρα, και δημιουργεί ενεργειακό έλλειμμα. Σε πειράματα με ποντίκια, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η αερόβια άσκηση ενεργοποίησε το AMPK σε μυϊκά κύτταρα και ότι αυτό με κάποιο τρόπο προκάλεσε την έκφραση του DICER στα λιπώδη κύτταρα.
“Το προφανές συμπέρασμα είναι ότι η επίδραση στην γονιδιακή έκφραση εμφανίζεται στο ίδιο κύτταρο στο οποίο εμφανίζεται το ενεργειακό έλλειμμα, πράγμα που συμβαίνει, αλλά εδώ ο αισθητήρας ενεργοποιείται επίσης στους μύες και ελέγχει την απόκριση που εμφανίζεται στο λιπώδη ιστό”, είπε ο Mori.
Για να επιβεβαιώσουν την επικοινωνία μεταξύ των ιστών, οι επιστήμονες συνέλεξαν ορό αίματος από γυμνασμένα ένεσαν σε καθιστικό ζώο. Αυτή η «θεραπεία» αύξησε την έκφραση DICER στον λιπώδη ιστό. Σε ένα άλλο πείραμα, επωάστηκαν καλλιεργημένα λιποκύτταρα με ορό από γυμνασμένα ποντίκια και παρατήρησαν το ίδιο αποτέλεσμα.
“Αυτό το εύρημα υποδηλώνει ότι τα άτομα που ασκούνται έχουν ένα ή περισσότερα μόρια στην κυκλοφορία του αίματός τους που προκαλούν άμεσα μεταβολική βελτίωση στο λιπώδη ιστό”, δήλωσε ο Mori. “Αν μπορούμε να ταυτοποιήσουμε αυτά τα μόρια, μπορούμε να διερευνήσουμε εάν προκαλούν και τα άλλα οφέλη της αερόβιας άσκησης, όπως η καρδιοπροστασία. Επιπλέον, μπορεί να σκεφτούμε τη μετατροπή αυτής της γνώσης σε φάρμακο σε κάποιο στάδιο”.
Για να αποκτήσουν μια πιο λεπτομερή κατανόηση του μεταβολικού μηχανισμού ρύθμισης, οι ερευνητές ανέλυσαν τα χιλιάδες μικροRNA που εκφράστηκαν στον οργανισμό των γυμνασμένων ποντικών και τα συνέκριναν με αυτά που βρέθηκαν στα καθιστικά ποντίκια.
“Προσδιορίσαμε ένα μόριο που ονομάζεται miR-203-3p, του οποίου η έκφραση αυξάνεται τόσο με την άσκηση όσο και με τον περιορισμό των θερμίδων”, δήλωσε ο Mori. “Δείξαμε ότι αυτό το microRNA είναι υπεύθυνο για την προώθηση της μεταβολικής προσαρμογής στα λιποκύτταρα. Όταν οι μύες καταναλώνουν όλο το γλυκογόνο τους κατά τη διάρκεια μιας παρατεταμένης άσκησης, τα μοριακά σήματα αποστέλλονται στον λιπώδη ιστό και το miR-203-3p να βελτιώσει το μεταβολισμό των λιποκυττάρων. Βρήκαμε αυτή τη μεταβολική ευελιξία να είναι απαραίτητη για την καλή υγεία, καθώς και για την ενίσχυση της απόδοσης της άσκησης.
Απουσία αυτής της διαμόρφωσης, η κατανάλωση γλυκόζης εκ μέρους των λιποκυττάρων κατά τη διάρκεια της άσκησης αυξάνεται, αφήνοντας λιγότερο ενεργειακό υπόστρωμα διαθέσιμο στους μυς, πρόσθεσε. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε υπογλυκαιμία, έναν από τους κύριους περιορισμούς απόδοσης για τους αθλητές.
“Σε μεταλλαγμένα ποντίκια που δεν εκφράζουν το DICER στα λιποκύτταρα, η επικοινωνία μεταξύ λιπώδους ιστού και μυών δεν συμβαίνει. Είναι ένα μοντέλο που μιμείται τη γήρανση και την παχυσαρκία. Έτσι, όταν το DICER μειώνεται, η μεταβολική υγεία είναι κακή και οι εκφυλιστικές διαδικασίες επιταχύνονται”, δήλωσε ο Mori.
Πηγή: Bruna B. Brandão et al, Dynamic changes in DICER levels in adipose tissue control metabolic adaptations to exercise, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.2011243117.
