Comment l’exercice physique affecte-t-il le cerveau?

Les premiers signes que les muscles affectent le cerveau

Comprendre comment l’exercice crée des molécules qui profitent directement au cerveau vieillissant a commencé il y a 25 ans avec la publication de deux articles par Henriette van Praag, post-doctorante au Salk Institute for Biological Studies en Californie. Ces articles ont examiné les cerveaux de souris adultes qui ont passé du temps sur un tapis roulant par rapport à ceux qui ne l’ont pas fait. Les données l’ont montré pour la première fois chez les mammifères L’exercice induit la naissance de nouveaux neurones, ou neurogenèse, dans le cerveau de souris adultes. Ces changements se sont accompagnés d’améliorations de la mémoire spatiale et de l’apprentissage.

Van Praag, maintenant professeur agrégé au Stiles-Nicholson Brain Institute de la Florida Atlantic University, dit que la découverte était un peu un hasard. Dans une précédente étude, les chercheurs avaient vu des preuves que certains composants d’un environnement enrichi – dans lequel les souris avaient accès à divers stimuli, tels que des cachettes ou des jouets – généraient de nouveaux neurones. Il partit donc à la recherche du facteur critique. “La course à pied était en fait l’un des contrôles dans mon étude”, rit-il.

“Le travail de Van Praag est essentiel pour lier la course à la neurogenèse et à l’amélioration de la fonction cérébrale, et est important non seulement pour la communauté neurobiologique, mais aussi pour ouvrir la voie aux chercheurs sur le mouvement et les muscles pour comprendre l’interaction entre l’exercice, les muscles et le cerveau. », explique Handschin.

En 2002, Bruce Spiegelman, biologiste cellulaire au Dana-Farber Cancer Institute et à la Harvard Medical School, un Protéine appelée PCG1-alpha qui régule le métabolisme du corps en activant et désactivant les gènes. Il a découvert que l’augmentation de la quantité de cette protéine chez les souris rendait leurs muscles plus forts, plus rouges et avait plus de vaisseaux sanguins ; c’était comme si les animaux avaient travaillé dur dans le gymnase sans jamais mettre le pied sur un tapis roulant.

C’est à cette époque que les scientifiques ont commencé à réaliser que les muscles en mouvement produisent des hormones et d’autres molécules (appelées myokines) qui sont libérées dans la circulation sanguine et profitent aux organes distants. Ainsi, la découverte de PGC1-alpha a incité Spiegelman à poser les questions suivantes : Si cette protéine donne l’impression que le muscle a été exercé, alors “peut-être qu’elle stimule également le muscle pour qu’il sécrète des choses qui sont produites pendant l’exercice”.. Il pourrait alors utiliser des protéines pour vous aider à trouver les molécules responsables des précieux changements dans le métabolisme et la fonction immunitaire que l’exercice favorise.

La recherche a culminé en 2012 lorsque Spiegelman et ses collègues ont découvert l’irisine, une myokine libérée par l’entraînement musculaire. Ils ont découvert que l’irisine convertit la graisse blanche en graisse beige. Parce que la graisse beige brûle des calories (contrairement à la graisse blanche, qui les stocke), Spiegelman le pensait Irisin pourrait détenir la clé de la façon dont l’exercice combat l’obésité et le diabète.

D’autres pièces du puzzle se sont réunies l’année suivante lorsque Christiane Wrann, alors postdoctorante à Spiegelman, l’a montré Le muscle “parlait” au cerveau pendant l’exercice. Lorsque les cellules musculaires produisent de l’irisine, cela augmente les niveaux d’une autre protéine appelée facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) dans l’hippocampe, l’une des premières régions du cerveau à changer dans les maladies neurodégénératives. Là, le BDNF soutient la santé et la croissance des synapses et des neurones, les aidant à mûrir et améliorant la plasticité synaptique.

L’année dernière, Wrann, maintenant neuroscientifique au Massachusetts General Hospital et à la Harvard Medical School, a testé le rôle de l’irisine dans le mouvement et la fonction cognitive. Son équipe a comparé des souris génétiquement modifiées dépourvues d’irisine à des souris témoins qui pouvaient encore produire la molécule. Après l’entraînement, les souris témoins ont obtenu de meilleurs résultats sur une tâche basée sur la mémoire spatiale et l’apprentissage. Les souris déficientes en irisine n’ont pas montré la même amélioration, ce qui suggère que Irisin favorise ces capacités cognitives.

Lorsque l’équipe de Wrann a examiné le cerveau des souris, elle a découvert que les deux groupes de souris produisaient des neurones en réponse à l’exercice, mais que les nouveaux neurones des souris déficientes en irisine étaient anormaux et altéraient leur capacité à former des connexions. Lorsque le gène qui produit l’irisine a été réintroduit dans le cerveau de souris dépourvues de la protéine, elles ont pu mieux distinguer deux modèles similaires, une capacité que les gens trouvent utile pour localiser une voiture dans un parking, par exemple.

Exercice et maladies neurodégénératives

C’est aussi ce que l’équipe de Wrann a découvert L’irisine semble jouer un rôle dans la protection contre la neurodégénérescence. Les chercheurs ont élevé des souris dépourvues d’irisine et présentant des symptômes similaires à ceux de la maladie d’Alzheimer. Ces souris à double atteinte ont montré des symptômes plus rapidement que les souris atteintes de la maladie d’Alzheimer seule et ont montré des améliorations cognitives lorsque la production d’irisine a été restaurée.

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Wrann a deviné que l’un des moyens L’irisine aide car elle atténue l’inflammation causée par un dysfonctionnement du système immunitaire du cerveau. Ce système est composé principalement de cellules appelées microglie et astrocytes, qui sont normalement responsables de la réduction des infections cérébrales et de l’élimination des débris après une blessure. Cependant, à mesure que les mammifères vieillissent, ces cellules peuvent rester actives après le passage de la menace aiguë, altérant la fonction neuronale en perturbant d’abord les connexions entre les neurones, puis en tuant les cellules elles-mêmes.

Cette activité provoque une inflammation chronique du cerveau, associée à de nombreuses maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson. Mais les souris de laboratoire traitées avec Irisin avaient moins d’inflammation dans leur hippocampe et leur microglie et leurs astrocytes étaient réduits, suggérant que cela L’irisine a aidé à freiner la réponse immunitaire déraillée.

Ces résultats sont-ils transférables à l’homme ? Peut-être basé sur des travaux préliminaires effectués dans le laboratoire de Wrann et par d’autres équipes. L’irisine a une structure moléculaire identique chez les souris et les humains, dit-il, suggérant qu’elle remplit des fonctions similaires chez les deux espèces.

Les résultats ont des implications intéressantes pour les avantages neurologiques de l’exercice, tels que : Des études montrent des niveaux accrus d’irisine dans le sang des personnes après l’exercice. D’autre part, les analyses post-mortem du cerveau des patients atteints de la maladie d’Alzheimer montrent une réduction de 70 % de la molécule précurseur de l’irisine par rapport aux témoins appariés selon l’âge, ce qui suggère que l’irisine peut être neuroprotectrice.

D’un point de vue thérapeutique, “l’irisine est certainement prometteuse”, dit Handschin, “en particulier compte tenu des données sur ses effets sur le cerveau.” Mais il prévient que l’irisine n’a pas encore réussi les tests utilisés pour le développement de médicaments. “Si cela fonctionne chez les patients humains, cela reste à voir.”

Dépression, anxiété et troubles de l’humeur

Handschin s’intéresse aux interactions entre les muscles, le mouvement, l’humeur et la motivation. Dans un travail non publié, son groupe a étudié l’influence de certaines molécules produites par des muscles exercés sur la volonté des souris de courir sur un tapis roulant. Les animaux dépourvus de ces facteurs peuvent courir mais choisissent de ne pas le faire, comportement atypique pour les souris, qui courent généralement près de 10 kilomètres par jour.

“Il doit y avoir quelque chose dans le muscle qui envoie des signaux au cerveau et réduit d’une manière ou d’une autre cette envie de courir avant de courir”, conclut Handschin.

La promesse de ce domaine pour le traitement des troubles de l’humeur (en particulier la dépression majeure) intéresse également Spiegelman, qui le décrit comme l’un des grands besoins non satisfaits de la médecine. “La dépression majeure est la principale cause de suicide et est particulièrement fréquente chez les jeunes”, dit-il. Lui et ses collègues étudient actuellement les effets de l’irisine sur la dépression induite par l’anxiété dans des modèles expérimentaux de souris.

Oui Le divertissement cérébral pendant l’exercice ne se limite pas aux muscles. Son interaction avec des molécules (principalement des protéines) sécrétées par le foie, les graisses et les os remodèle le cerveau pour aiguiser notre réflexion, éviter la dépression, etc.

Avec des candidats-médicaments viables comme Irisin et d’autres à l’horizon, Rodriguez de l’Université de l’Alabama pense que “nous sommes à l’aube d’une grande ère de découverte qui fera enfin son chemin vers la clinique”.

Mais l’explosion de la recherche sur la diaphonie muscle-cerveau offre à la fois des récompenses et des défis, déclare Karina Alviña, professeure agrégée de neurosciences à la faculté de médecine de l’Université de Floride. Les molécules les plus importantes affectent plusieurs systèmes de diverses manières, ce qui signifie que leur portée potentielle est vaste, mais démêler leurs diverses dépendances peut être un casse-tête. Développer un médicament qui n’a pas de conséquences imprévues sera un défi majeur, dit-il.

Pourtant, Alviña trouve un certain espoir dans la recherche qu’elle et d’autres mènent, car elle suggère que “l’environnement et nos modes de vie peuvent avoir un impact important sur la façon dont nous vieillissons”, explique Alviña. Cela signifie que c’est à nous de vieillir en meilleure santé et de maintenir une meilleure qualité de vie plus longtemps.

“Donc, si je devais dire une chose, ce serait : restez actif, même si ce n’est que quelques minutes de marche par jour. Si tu peux le faire.”