Une carte moléculaire de l'ensemble du corps explique pourquoi l'exercice physique est si bon pour la santé

L'exercice physique ne se limite pas à développer la force musculaire, à améliorer la santé cardiaque et à réduire la glycémie; il est également associé à de nombreux autres bienfaits pour la santé. Mais comment une course régulière sur tapis roulant, une descente en vélo raide ou une marche rapide à l'heure du déjeuner peuvent-elles offrir un éventail aussi impressionnant de bienfaits pour la santé?

Nous sommes plus près de répondre à cette question grâce à une nouvelle étude de grande envergure menée par la faculté de médecine de Stanford. Les chercheurs ont effectué près de 10 000 mesures sur près de 20 types de tissus afin d'observer les effets de huit semaines d'exercices d'endurance sur des rats de laboratoire entraînés à courir sur des tapis roulants de la taille d'un rongeur.

Leurs résultats soulignent les effets remarquables de l'exercice sur le système immunitaire, la réponse au stress, la production d'énergie et le métabolisme. Ils ont établi des liens significatifs entre l'exercice et des molécules et gènes déjà connus pour leur rôle dans diverses maladies humaines et la réparation tissulaire.

L’étude fait partie d’une série d’articles publiés le 1er mai par les membres d’une équipe de recherche multidisciplinaire conçue pour jeter les bases de la compréhension – au niveau du corps entier et moléculaire – de la façon dont nos tissus et nos cellules réagissent à l’exercice.

« Nous savons tous que l'exercice physique est bénéfique pour la santé », explique le professeur de pathologie Stephen Montgomery, titulaire d'un doctorat. « Mais nous en savons peu sur les signaux moléculaires qui se produisent dans tout le corps lors de l'exercice, ni sur la manière dont ils peuvent être modifiés par l'entraînement. Notre étude est la première à examiner les changements moléculaires à l'échelle du corps entier, des protéines aux gènes, en passant par les métabolites, les lipides et la production d'énergie. Il s'agit du profil le plus complet des effets de l'exercice physique à ce jour, et il dresse un tableau important de ses effets sur l'organisme. »

Montgomery, qui est également professeur de génétique et de science des données biomédicales, est l'auteur principal de l'article publié dans la revue Nature.

Une vision coordonnée des exercices

Les chercheurs impliqués dans l'étude et d'autres publications concomitantes font partie d'un groupe national appelé Consortium des transducteurs moléculaires de l'activité physique (MoTrPAC), organisé par les National Institutes of Health. Lancé en 2015, ce projet vise à étudier en détail comment l'exercice physique améliore la santé et prévient les maladies.

L'équipe de médecine de Stanford a fait une grande partie du travail, en étudiant les effets de huit semaines d'entraînement d'endurance sur l'expression des gènes (transcriptome), des protéines (protéome), des graisses (lipidome), des métabolites (métabolome), le modèle des étiquettes chimiques placées sur l'ADN (épigénome), le système immunitaire, et plus encore.

Ils ont effectué 9 466 tests sur différents tissus chez des rats entraînés à courir sur des distances croissantes, et ont comparé les résultats à ceux de rats se reposant dans leurs cages. Ils se sont concentrés sur les muscles des pattes, le cœur, le foie, les reins et le tissu adipeux blanc (le type de graisse qui s'accumule avec la prise de poids); les autres tissus comprenaient les poumons, le cerveau et le tissu adipeux brun (un type de graisse métaboliquement plus actif qui aide à brûler des calories).

La combinaison de multiples analyses et de types de tissus a permis d'obtenir des résultats se chiffrant en centaines de milliers pour des modifications non épigénétiques et plus de deux millions de modifications distinctes de l'épigénome. Ces résultats occuperont les scientifiques pendant des années.

Bien que cette étude ait principalement servi à créer une base de données pour des analyses ultérieures, des résultats intéressants ont déjà été obtenus. Tout d'abord, ils ont constaté que l'expression de 22 gènes changeait avec l'exercice dans les six tissus étudiés.

De nombreux gènes étaient impliqués dans les voies dites de choc thermique, qui stabilisent la structure des protéines lorsque les cellules sont exposées à un stress, notamment des changements de température, une infection ou un remodelage tissulaire. D'autres gènes étaient impliqués dans des voies qui abaissent la tension artérielle et augmentent la sensibilité de l'organisme à l'insuline, ce qui diminue la glycémie.

Les chercheurs ont également noté que l’expression de plusieurs gènes liés au diabète de type 2, aux maladies cardiaques, à l’obésité et aux maladies rénales était réduite chez les rats faisant de l’exercice par rapport à leurs pairs sédentaires, indiquant clairement un lien entre leurs recherches et la santé humaine.

Différences entre les sexes

Enfin, ils ont constaté des différences entre les sexes dans la réaction des tissus à l'exercice chez les rats mâles et femelles. Les rats mâles ont perdu environ 5 % de leur masse grasse après huit semaines d'exercice, tandis que les femelles n'ont pas perdu beaucoup de masse grasse. (Ils ont toutefois conservé leur pourcentage de masse grasse initial, tandis que les femelles sédentaires ont gagné 4 % de masse grasse supplémentaire au cours de l'étude.)

Mais la différence la plus importante résidait dans l'expression génétique des glandes surrénales des rats. Après une semaine, les gènes liés à la production d'hormones stéroïdes comme l'adrénaline et à la production d'énergie ont augmenté chez les rats mâles, mais ont diminué chez les rats femelles.

Malgré ces premières associations prometteuses, les chercheurs préviennent que la science de l'exercice est loin d'être achevée. En fait, elle n'en est qu'à ses débuts. Mais l'avenir s'annonce prometteur.

« À long terme, il est peu probable que nous trouvions une intervention miracle reproduisant tous les bienfaits de l'exercice physique », a déclaré Montgomery. « Mais nous pouvons nous rapprocher de l'idée d'exercices de précision: des recommandations personnalisées en fonction de la génétique, du sexe, de l'âge ou d'autres problèmes de santé d'une personne pour obtenir des réponses bénéfiques pour l'ensemble de l'organisme. »