Η άσκηση είναι γνωστό ότι βοηθά τους ανθρώπους να χάσουν βάρος και κυρίως να αποφύγουν να το ξαναπάρουν. Ωστόσο, ο εντοπισμός των κυτταρικών μηχανισμών που αποτελούν τη βάση αυτής της διαδικασίας έχει αποδειχθεί δύσκολος επειδή εμπλέκονται πολλά κύτταρα και ιστοί.
Σε μια νέα μελέτη σε ποντίκια που διευρύνει την κατανόηση των ερευνητών για το πώς η άσκηση και η διατροφή επηρεάζουν το σώμα, οι ερευνητές του MIT (Massachusetts Institute of Technology) και της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ χαρτογράφησαν πολλά από τα γονίδια και τις κυτταρικές οδούς που τροποποιούνται από την άσκηση ή τη διατροφή υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά.
Τα ευρήματα θα μπορούσαν να προσφέρουν πιθανούς στόχους για φάρμακα που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ενίσχυση ή τη μίμηση των οφελών της άσκησης, λένε οι ερευνητές.
«Είναι εξαιρετικά σημαντικό να κατανοήσουμε τους μοριακούς μηχανισμούς που οδηγούν τις ευεργετικές επιδράσεις της άσκησης και τις βλαβερές συνέπειες μιας δίαιτας υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά, ώστε να κατανοήσουμε πώς μπορούμε να παρέμβουμε και να αναπτύξουμε φάρμακα που μιμούνται τον αντίκτυπο της άσκησης σε πολλαπλούς ιστούς», λέει ο Manolis Kellis, καθηγητής επιστήμης υπολογιστών στο Εργαστήριο Επιστήμης Υπολογιστών και Τεχνητής Νοημοσύνης του MIT.
Οι ερευνητές μελέτησαν ποντίκια που ακολούθησαν είτε μια διατροφή πλούσια σε λιπαρά είτε μια κανονική διατροφή. Τα ποντίκια είτε έκαναν καθιστική ζωή είτε τους δόθηκε η ευκαιρία να ασκούνται όποτε ήθελαν. Χρησιμοποιώντας αλληλουχία μονοκυττάρου RNA, οι ερευνητές κατέγραψαν τις αποκρίσεις 53 τύπων κυττάρων που βρέθηκαν στους σκελετικούς μύες και δύο τύπους κυττάρων του λιπώδους ιστού.
«Ένα από τα γενικά σημεία που βρήκαμε στη μελέτη μας, που είναι συντριπτικά σαφές, είναι πώς οι δίαιτες με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά ωθούν όλα αυτά τα κύτταρα και τα συστήματα με έναν τρόπο και η άσκηση φαίνεται να τα ωθεί σχεδόν όλα με τον αντίθετο τρόπο». λέει ο Kellis. «Η άσκηση μπορεί πραγματικά να έχει μεγάλη επίδραση σε όλο το σώμα».
Ο Kellis και η Laurie Goodyear, καθηγήτρια ιατρικής στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και ερευνήτρια στο Joslin Diabetes Center, είναι οι ανώτεροι συγγραφείς της μελέτης, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Cell Metabolism.
Οι κίνδυνοι της παχυσαρκίας
Η παχυσαρκία είναι ένα αυξανόμενο πρόβλημα υγείας σε όλο τον κόσμο. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, περισσότερο από το 40% του πληθυσμού θεωρείται παχύσαρκο και σχεδόν το 75% είναι υπέρβαρο. Το υπερβολικό βάρος είναι ένας παράγοντας κινδύνου για πολλές ασθένειες, συμπεριλαμβανομένων των καρδιακών παθήσεων, του καρκίνου, της νόσου του Αλτσχάιμερ, ακόμη και μολυσματικών ασθενειών όπως ο Covid-19.
«Η παχυσαρκία, μαζί με τη γήρανση, είναι ένας παγκόσμιος παράγοντας που συμβάλλει σε κάθε πτυχή της ανθρώπινης υγείας», λέει ο Kellis. Πριν από αρκετά χρόνια, το εργαστήριό του πραγματοποίησε μια μελέτη για το γονίδιο FTO που έχει συνδεθεί έντονα με τον κίνδυνο παχυσαρκίας. Σε αυτή τη μελέτη του 2015 διαπιστώθηκε ότι τα γονίδια στην περιοχή του γονιδίου FTO ελέγχουν μια οδό που ωθεί τα ανώριμα λιποκύτταρα που ονομάζονται προγονικά λιποκύτταρα είτε να γίνουν κύτταρα που καίνε λίπος είτε κύτταρα που αποθηκεύουν λίπος.
Αυτό το εύρημα, το οποίο απέδειξε ένα σαφές γενετικό στοιχείο στην παχυσαρκία, παρακίνησε τον Kellis να αρχίσει να εξετάζει πώς η άσκηση μπορεί να αποτρέψει την παχυσαρκία, επιδρώντας στα προγονικά λιποκύτταρα. Για να διερευνήσουν αυτό το ερώτημα, ο Kellis και οι συνεργάτες του αποφάσισαν να πραγματοποιήσουν αλληλουχία μονοκυττάρου RNA τριών τύπων ιστού -σκελετικού μυός, σπλαχνικού λευκού λιπώδους ιστού (που βρίσκεται συσσωρευμένος γύρω από τα εσωτερικά όργανα, όπου αποθηκεύει λίπος) και υποδόριου λευκού λιπώδους ιστού (που βρίσκεται κάτω από το δέρμα και καίει πρωτίστως λίπος).
Αυτοί οι ιστοί προήλθαν από ποντίκια από τέσσερις διαφορετικές πειραματικές ομάδες. Για τρεις εβδομάδες, δύο ομάδες ποντικών τράφηκαν είτε με κανονική διατροφή είτε με διατροφή πλούσια σε λιπαρά. Για τις επόμενες τρεις εβδομάδες, καθεμία από αυτές τις δύο ομάδες χωρίστηκε περαιτέρω σε μια καθιστική ομάδα και μια ομάδα άσκησης που είχε συνεχή πρόσβαση σε ένα διάδρομο τρεξίματος. Αναλύοντας τους ιστούς από αυτά τα ποντίκια, οι ερευνητές μπόρεσαν να καταγράψουν τα γονίδια που ενεργοποιήθηκαν ή καταστέλλονταν από την άσκηση σε 53 διαφορετικούς τύπους κυττάρων.
Διαπίστωσαν ότι και στους τρεις τύπους ιστών, τα μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα (MSC) φάνηκε να ελέγχουν πολλά από τα αποτελέσματα της διατροφής και της άσκησης που παρατήρησαν. Τα MSC είναι βλαστοκύτταρα που μπορούν να διαφοροποιηθούν σε άλλους τύπους κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των λιποκυττάρων και των ινοβλαστών. Στον λιπώδη ιστό, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μια δίαιτα υψηλής περιεκτικότητα σε λιπαρά ρυθμίζει την ικανότητα των μεσεγχυματικών βλαστοκυττάρων να διαφοροποιούνται σε κύτταρα που αποθηκεύουν λίπος, ενώ η άσκηση ανέτρεψε αυτό το αποτέλεσμα.
Εκτός από την προώθηση της αποθήκευσης λίπους, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μια δίαιτα υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά διεγείρει επίσης τα μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρανα εκκρίνουν παράγοντες που αναδιαμορφώνουν την εξωκυτταρική μήτρα (ECM) -ένα δίκτυο πρωτεϊνών και άλλων μορίων που περιβάλλουν και υποστηρίζουν κύτταρα και ιστούς στο σώμα. Αυτή η αναδιαμόρφωση της εξωκυτταρικής μήτρας βοηθά στην παροχή μιας δομής για διευρυμένα κύτταρα που αποθηκεύουν λίπος και δημιουργεί επίσης ένα πιο φλεγμονώδες περιβάλλον.
«Καθώς τα λιποκύτταρα υπερφορτώνονται με λιπίδια, υπάρχει ένα υπερβολικό στρες και αυτό προκαλεί φλεγμονή χαμηλού βαθμού, η οποία είναι συστηματική για μεγάλο χρονικό διάστημα», λέει ο Kellis. «Αυτός είναι ένας από τους παράγοντες που συμβάλλουν σε πολλές από τις αρνητικές επιπτώσεις της παχυσαρκίας».
Κιρκαδικές επιδράσεις
Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι οι δίαιτες υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά και η άσκηση είχαν αντίθετα αποτελέσματα στις κυτταρικές οδούς που ελέγχουν τους κιρκάδιους ρυθμούς -τους 24ωρους κύκλους που διέπουν πολλές λειτουργίες, από τον ύπνο έως τη θερμοκρασία του σώματος, την απελευθέρωση ορμονών και την πέψη. Η μελέτη αποκάλυψε ότι η άσκηση ενισχύει την έκφραση των γονιδίων που ρυθμίζουν αυτούς τους ρυθμούς, ενώ μια διατροφή πλούσια σε λιπαρά τους καταστέλλει.
«Υπήρξαν πολλές μελέτες που έδειξαν ότι το πότε τρώτε κατά τη διάρκεια της ημέρας είναι εξαιρετικά σημαντικό για το πώς απορροφάτε τις θερμίδες», λέει ο Kellis. «Η σύνδεση του κιρκάδιου ρυθμού είναι πολύ σημαντική και δείχνει πώς η παχυσαρκία και η άσκηση στην πραγματικότητα επηρεάζουν άμεσα αυτόν τον κιρκάδιο ρυθμό στα περιφερειακά όργανα, τα οποία θα μπορούσαν να δράσουν συστηματικά στα περιφερικά ρολόγια και να ρυθμίσουν τις λειτουργίες και την ανοσία των βλαστοκυττάρων».
Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνέκριναν τα αποτελέσματά τους με μια βάση δεδομένων ανθρώπινων γονιδίων που έχουν συνδεθεί με μεταβολικά χαρακτηριστικά. Βρήκαν ότι δύο από τα γονίδια του κιρκάδιου ρυθμού που προσδιόρισαν σε αυτή τη μελέτη, γνωστά ως DBP και CDKN1A, έχουν γενετικές παραλλαγές που έχουν συσχετιστεί με υψηλότερο κίνδυνο παχυσαρκίας στους ανθρώπους. «Αυτά τα αποτελέσματα μας βοηθούν να δούμε τις μεταφραστικές τιμές αυτών των στόχων και πώς θα μπορούσαμε να στοχεύσουμε δυνητικά συγκεκριμένες βιολογικές διεργασίες σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων».
Οι ερευνητές αναλύουν τώρα δείγματα ιστού λεπτού εντέρου, ήπατος και εγκεφάλου από ποντίκια σε αυτή τη μελέτη, για να διερευνήσουν τις επιπτώσεις της άσκησης και της δίαιτας υψηλής περιεκτικότητας σε λιπαρά σε αυτούς τους ιστούς. Πραγματοποιούν επίσης εργασία με ανθρώπους για τη δειγματοληψία αίματος και βιοψιών και τη μελέτη ομοιοτήτων και διαφορών μεταξύ της φυσιολογίας του ανθρώπου και του ποντικού. Ελπίζουν ότι τα ευρήματά τους θα βοηθήσουν τους υπεύθυνους ανάπτυξης φαρμάκων στο σχεδιασμό φαρμάκων που θα μπορούσαν να μιμηθούν ορισμένα από τα ευεργετικά αποτελέσματα της άσκησης.
«Το μήνυμα για όλους θα πρέπει να είναι, να τρώτε μια υγιεινή διατροφή και να ασκείστε», λέει ο Kellis. «Με τη μελέτη μας τώρα έχουμε καλύτερη αντιμετώπιση των οδών, των συγκεκριμένων γονιδίων και των συγκεκριμένων μοριακών και κυτταρικών διεργασιών που πρέπει να χειριζόμαστε θεραπευτικά».
Η μέλέτη χρηματοδοτήθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας και το Ερευνητικό Κέντρο Novo Nordisk στο Σιάτλ.
