Работающие мышцы синтезируют вещество, побуждающее продолжить движение

Регулярная физическая активность формирует у человека внутреннюю мотивацию к тренировкам, но механизм этого взаимодействия не до конца понятен. Исследования последних лет доказали, что скелетные мышцы — это полноценный эндокринный орган, вырабатывающий миокины (белковые гормоны, малые молекулы, липиды и др.). Дефицит физической активности приводит к нарушению выработки миокинов и повышает риск развития метаболических заболеваний, включая диабет 2 типа, неалкогольную жировую болезнь печени, сердечно-сосудистые патологии и онкологические болезни.

Одним из ключевых путей, активируемых в скелетных мышцах в результате физической активности, является сигнальный путь p38 (относится к MAPK). Этот каскад реакций задействован в основных клеточных процессах, в том числе в реакциях на цитокины и стресс. В семейство p38 входят четыре белка: p38α (MAPK14), p38β (MAPK11), p38γ (MAPK12/ERK6) и p38δ (MAPK13/SAPK4), каждый из которых связан с определенными реакциями в скелетных мышцах.

Ученые из Национального центра сердечно-сосудистых исследований и коллабораторы проанализировали связь между активацией киназы p38γ, вызванной физической активностью, и тягой человека к физическим упражнениям.

Эксперименты с участием добровольцев показали, что физические упражнения активируют в мышцах человека киназу p38α. При этом мыши с нокаутом p38α имели меньшую массу тела (даже при получении корма с высоким содержанием жиров), пониженный уровень глюкозы и более высокую толерантность к ней. У таких мышей была лучше развита мелкая моторика и чувство равновесия, чем у обычных животных. Ученые пришли к выводу, что дефицит вырабатываемого в мышцах p38α приводит к увеличению спонтанной двигательной активности и играет роль в регуляции энергетического баланса.

Дальнейшие исследования показали, что дефицит p38α у мышей приводит к активации киназы p38γ. Оказалось, что именно мышечная киназа p38γ обеспечивает толерантность к глюкозе и защиту от диабета и ожирения на фоне дефицита p38α. При сверхэкспрессии p38γ повышалась произвольная двигательная активность в целом. И если отсутствие p38α незначительно улучшало результаты мышей на беговой дорожке (скорость и расстояние), то экспрессия p38γ значительно повышала спортивные показатели животных.

Транскриптомный анализ показал, что у мышей с дефицитом p38α наблюдается повышенная экспрессия интерлейкина 15 (IL-15) — миокина, связанного с регуляцией двигательной активности. Оказалось, что на фоне дефицита p38α развивается сверхэкспрессии p38γ в мышцах, и это приводит к высвобождению IL-15 и стимулирует спонтанную двигательную активность. Действительно, при внутривенном введении IL-15 у животных также возрастает расход энергии.

IL-15 является сигнальной молекулой в первичной и вторичной моторной коре головного мозга. Снижение экспрессии IL-15 в моторной коре уменьшило двигательную активность и снизило толерантность к глюкозе; у животных также развивалось состояние, похожее на депрессию. Ученые пришли к выводу, что увеличение концентрации IL-15 в плазме в результате физических нагрузок активирует моторные зоны в коре головного мозга. В результате активируется произвольная двигательная активность и снижается риск развития депрессивно-подобных состояний.

Авторы показали, что интенсивные упражнения мышей дикого типа в течение 30 минут приводят к активации p38γ в мышцах и росту уровня IL-15 в плазме крови. Киназы p38α и p38γ активируются под влиянием физических нагрузок, но играют противоположные роли: киназа p38γ способствует выработке IL-15, что усиливает произвольную физическую активность, а p38α, по-видимому, подавляет ее. Это обеспечивает сбалансированную реакцию на нагрузки и защищает организм от перенапряжения.

Однако оценка уровня обеих киназ на протяжении пяти недель аэробных тренировок показала, что экспрессия и уровень активации p38γ со временем растет, а p38α — нет. То есть в процессе регулярных тренировок происходит смещение баланса между этими киназами, и повышенная активация p38γ способствует росту толерантности к физическим нагрузкам. Авторы получали биопсию мышечной ткани у людей, подвергнутых предельным физическим нагрузкам. Оказалось, что у людей во время тренировки происходят те же процессы: активация киназы p38γ и экспрессия IL-15. То есть в долгосрочной перспективе регулярные тренировки стимулируют желание больше двигаться. Исключение — люди с ожирением, у них уровень IL-15 в плазме крови был понижен.

По мнению исследователей, выявленную связь между активацией p38γ, повышением уровня интерлейкина IL-15 и стимуляцией двигательной активности может использовать при лечении ожирения и других метаболических заболеваний. Они планируют также выяснить, можно ли считать IL-15 биомаркером тяги к спорту. Для этого надо проверить, как разные виды спорта влияют на ось p38γ/IL-15. Возможно также удастся создать препарат, который позволит вызывать эту тягу, например, у людей с ожирением.

Упражнения «омолаживают» микроглию в гиппокампе мыши