Каждую неделю появляется новая история о пользе бега для здоровья. Это здорово, но что делать, если ты не можешь бежать? Для пожилых людей, страдающих ожирением или иными ограниченными физическими возможностями, преимущества аэробных упражнений долгое время были недосягаемы.

Ученые Института Солка, основываясь на более ранней работе, которая идентифицировала генный путь, запускаемый бегом, обнаружили, как полностью активировать этот путь у малоподвижных мышей с помощью химического соединения, имитирующего положительные эффекты физических упражнений, включая усиление сжигания жира и выносливости. Исследование, опубликованное 2 мая 2017 года в журнале Cell Metabolism, не только углубляет наше понимание аэробной выносливости, но также предлагает людям с сердечными заболеваниями, легочными заболеваниями, диабетом 2 типа или другими ограничениями здоровья надежду на получение этих преимуществ фармакологически.

"Хорошо известно, что люди могут улучшить свою аэробную выносливость с помощью тренировок," говорит старший автор Рональд Эванс, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и заведующий кафедрой Молекулярной биологии и биологии развития Солка. "У нас был вопрос: как работает выносливость?? И если мы действительно понимаем науку, можем ли мы заменить тренировки лекарством??"

Развитие выносливости означает способность поддерживать аэробную активность в течение более длительных периодов времени. По мере того, как люди становятся более спортивными, их мышцы переходят от сжигания углеводов (глюкозы) к сжиганию жира. Таким образом, исследователи предположили, что выносливость является функцией возрастающей способности организма сжигать жир, хотя детали этого процесса были неясными. Предыдущая работа лаборатории Эванса по гену, называемому дельта PPAR (PPARD), дала интригующие подсказки: мыши, генетически модифицированные для постоянной активации PPARD, стали бегунами на длинные дистанции, устойчивыми к увеличению веса и очень чувствительными к инсулину – все качества, связанные с физической подготовкой. Команда обнаружила, что химическое соединение под названием GW1516 (GW) аналогичным образом активировало PPARD, воспроизводя контроль веса и чувствительность к инсулину у нормальных мышей, которые наблюдались у искусственно созданных мышей. Тем не менее, GW не влиял на выносливость (как долго мыши могли бегать), кроме как в сочетании с ежедневными упражнениями, что противоречило цели его использования вместо упражнений.

В текущем исследовании команда Солка давала нормальным мышам более высокую дозу GW в течение более длительного периода времени (8 недель вместо 4). И мыши, получившие соединение, и мыши, которые не принимали, обычно вели малоподвижный образ жизни, но все были подвергнуты тестам на беговой дорожке, чтобы узнать, как долго они смогут бегать, пока не истощатся.

Мыши в контрольной группе могли бегать примерно за 160 минут до истощения. Однако мыши, принимавшие препарат, могли бегать около 270 минут – примерно на 70 процентов дольше. В обеих группах истощение наступало, когда уровень сахара (глюкозы) в крови упал примерно до 70 мг / дл, что свидетельствует о том, что низкий уровень глюкозы (гипогликемия) является причиной утомляемости.

Чтобы понять, что происходит на молекулярном уровне, команда сравнила экспрессию генов в основной мышце мышей. Они обнаружили 975 генов, экспрессия которых изменилась в ответ на препарат, подавившись или увеличившись. Гены, экспрессия которых увеличилась, регулируют расщепление и сжигание жира. Удивительно, но подавленные гены были связаны с расщеплением углеводов для получения энергии. Это означает, что путь PPARD предотвращает превращение сахара в источник энергии в мышцах во время упражнений, возможно, чтобы сохранить сахар для мозга. Активация сжигания жира занимает больше времени, чем сжигание сахара, поэтому организм обычно использует глюкозу, если у него нет веских причин не делать этого, например, поддержание функции мозга в периоды высоких энергозатрат. Хотя мышцы могут сжигать сахар или жир, мозг предпочитает сахар, что объясняет, почему бегуны, которые "ударить стену" испытывают физическую и умственную усталость, когда исчерпывают запас глюкозы.

"Это исследование предполагает, что сжигание жира является не столько движущей силой выносливости, сколько компенсаторным механизмом для сохранения глюкозы," говорит Майкл Даунс, старший научный сотрудник Солка и соавтор статьи. "PPARD подавляет все точки, которые участвуют в метаболизме сахара в мышцах, поэтому глюкоза может быть перенаправлена ​​в мозг, тем самым сохраняя функцию мозга."

Интересно, что в мышцах мышей, принимавших препарат для упражнений, не наблюдались физиологические изменения, которые обычно сопровождают аэробную подготовку: дополнительные митохондрии, больше кровеносных сосудов и сдвиг в сторону того типа мышечных волокон, которые сжигают жир, а не сахар. Это показывает, что эти изменения влияют не только на аэробную выносливость; это также может быть достигнуто путем химической активации генетического пути. Помимо повышенной выносливости, мыши, которым вводили препарат, также были устойчивы к увеличению веса и более восприимчивы к инсулину, чем мыши, которые не принимали препарат.

"Упражнения активируют PPARD, но мы показываем, что вы можете делать то же самое без механических тренировок. Это означает, что вы можете повысить выносливость до того же уровня, что и кто-то на тренировке, без каких-либо физических усилий," говорит Вэйвэй Фань, научный сотрудник Солка и первый автор статьи.

Хотя лабораторные исследования проводились на мышах, фармацевтические компании заинтересованы в использовании результатов исследований для разработки клинических испытаний на людях. Команда может представить себе ряд терапевтических применений рецептурного препарата на основе GW, от увеличения сжигания жира у людей, страдающих ожирением или диабетом 2 типа, до улучшения физической формы пациентов до и после операции.