Een moleculaire kaart van het hele lichaam verklaart waarom lichaamsbeweging zo goed voor je is

Sporten draait niet alleen om het vergroten van spierkracht, het verbeteren van de hartgezondheid en het verlagen van de bloedsuikerspiegel; het is ook gekoppeld aan een scala aan andere gezondheidsvoordelen. Maar hoe kan een regelmatig rondje hardlopen op de loopband, een steile fietstocht of een stevige wandeling tijdens de lunchpauze zo'n duizelingwekkende reeks gezondheidsvoordelen opleveren?

We zijn dichter bij het antwoord op die vraag, dankzij een omvangrijk nieuw onderzoek van de Stanford School of Medicine. De onderzoekers voerden bijna 10.000 metingen uit in bijna 20 soorten weefsel om de effecten te zien van acht weken duurtraining bij laboratoriumratten die getraind waren om te rennen op loopbanden ter grootte van een knaagdier.

Hun bevindingen benadrukken de opvallende effecten van lichaamsbeweging op het immuunsysteem, de stressreactie, de energieproductie en de stofwisseling. Ze ontdekten significante verbanden tussen lichaamsbeweging en moleculen en genen waarvan al bekend is dat ze een rol spelen bij diverse menselijke ziekten en weefselherstel.

Het onderzoek maakt deel uit van een reeks artikelen die op 1 mei zijn gepubliceerd door leden van een multidisciplinair onderzoeksteam. Het team is bedoeld om de basis te leggen voor het begrijpen – op het niveau van het hele lichaam en op moleculair niveau – hoe onze weefsels en cellen reageren op lichaamsbeweging.

"We weten allemaal dat bewegen goed voor ons is", zegt pathologieprofessor Stephen Montgomery, PhD. "Maar we weten weinig over de moleculaire signalen die in het lichaam ontstaan wanneer mensen bewegen, of hoe deze door training kunnen worden beïnvloed. Onze studie is de eerste die moleculaire veranderingen op een schaal van het hele lichaam bekijkt, van eiwitten tot genen, metabolieten, vetten en energieproductie. Het is de breedste profilering van de effecten van bewegen tot nu toe en het creëert een belangrijke kaart van hoe het het lichaam verandert."

Montgomery, die tevens hoogleraar genetica en biomedische datawetenschap is, is de hoofdauteur van het artikel dat is gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Een gecoördineerde kijk op oefeningen

De onderzoekers die betrokken zijn bij het onderzoek en andere gelijktijdig gepubliceerde publicaties maken deel uit van een nationale groep genaamd het Molecular Transducers of Physical Activity Consortium, ofwel MoTrPAC, georganiseerd door de National Institutes of Health. Dit initiatief werd in 2015 gelanceerd om gedetailleerd te bestuderen hoe beweging de gezondheid verbetert en ziekten voorkomt.

Het team van Stanford Medicine heeft het zware werk gedaan door onderzoek te doen naar de effecten van acht weken duurtraining op de expressie van genen (transcriptoom), eiwitten (proteoom), vetten (lipidoom), metabolieten (metaboloom), het patroon van chemische tags op DNA (epigenoom), het immuunsysteem en meer.

Ze voerden 9466 tests uit op verschillende weefsels bij ratten die getraind waren om steeds grotere afstanden te rennen, en vergeleken de resultaten met die van ratten die in hun kooien rondhingen. Ze concentreerden zich op beenspieren, hart, lever, nieren en wit vetweefsel (het type vet dat zich ophoopt als je aankomt); andere weefsels waren longen, hersenen en bruin vetweefsel (een metabolisch actievere soort vet die helpt bij het verbranden van calorieën).

De combinatie van meerdere analyses en weefseltypen leverde honderdduizenden resultaten op voor niet-epigenetische veranderingen en meer dan 2 miljoen afzonderlijke veranderingen in het epigenoom. Deze resultaten zullen wetenschappers de komende jaren bezighouden.

Hoewel deze studie voornamelijk diende om een database voor toekomstige analyses te creëren, zijn er al enkele interessante resultaten naar voren gekomen. Ten eerste merkten ze op dat de expressie van 22 genen veranderde door inspanning in alle zes de weefsels waarop ze zich richtten.

Veel van de genen waren betrokken bij zogenaamde hitteschokroutes, die de eiwitstructuur stabiliseren wanneer cellen worden blootgesteld aan stress, zoals temperatuurveranderingen, infectie of weefselremodellering. Andere genen waren betrokken bij routes die de bloeddruk verlagen en de insulinegevoeligheid van het lichaam verhogen, wat de bloedsuikerspiegel verlaagt.

De onderzoekers merkten ook op dat de expressie van verschillende genen die verband houden met diabetes type 2, hartziekten, obesitas en nierziekten, bij de sportende ratten lager was dan bij hun inactieve soortgenoten. Dit wijst duidelijk op een verband tussen hun onderzoek en de gezondheid van de mens.

Geslachtsverschillen

Ten slotte vonden ze sekseverschillen in hoe verschillende weefsels bij mannelijke en vrouwelijke ratten reageerden op lichaamsbeweging. Mannelijke ratten verloren ongeveer 5 procent van hun lichaamsvet na acht weken lichaamsbeweging, terwijl vrouwtjes niet veel vet verloren. (Ze behielden echter wel hun oorspronkelijke vetpercentage, terwijl inactieve vrouwtjes gedurende het onderzoek nog eens 4 procent vet aanmaakten.)

Maar het grootste verschil zat in de genexpressie in de bijnieren van de ratten. Na een week namen de genen die verband houden met de productie van steroïde hormonen zoals adrenaline en energieproductie toe bij mannelijke ratten, maar namen ze af bij vrouwelijke ratten.

Ondanks deze vroege, veelbelovende associaties waarschuwen onderzoekers dat de bewegingswetenschap nog lang niet af is. Sterker nog, we staan nog maar aan het begin. Maar de toekomst ziet er veelbelovend uit.

"Op de lange termijn is het onwaarschijnlijk dat we één magische interventie vinden die alles wat lichaamsbeweging voor een mens kan doen, nabootst", aldus Montgomery. "Maar we kunnen wel dichter bij het idee van precisietraining komen: aanbevelingen op maat, gebaseerd op iemands genetica, geslacht, leeftijd of andere medische aandoeningen, om gunstige reacties voor het hele lichaam te bereiken."