Мышей бояться – исследования не проводить
Для определения роли конкретного гена в физической активности человека, сначала необходимо определить гены-претенденты.
Одним из важных этапов определения роли генетики в физической активности является исследование HERITAGE (the HEealth, RIsk factors, exercise TrAining and GEnetics). В этом исследовании в течение двадцати недель 742 здоровых испытуемых без хронических заболеваний получали аэробную нагрузку. Проводя исследование, авторы планировали доказать или отвергнуть несколько гипотез:
1. Физическая нагрузка уменьшает риск развития сахарного диабета второго типа и сердечно-сосудистых заболеваний – для этого определялись уровень холестерина, глюкозы, инсулина и СРБ, измерялись давление, пульс, сердечный выброс;
2. У разных индивидов может быть разный ответ на одну и ту же физическую нагрузку (в качестве ответа фиксировался показатель VO2 max - максимальное количество кислорода, выраженное в миллилитрах, которое человек способен потреблять в течение 1 минуты);
3. Гены играют важную роль в ответе на физическую нагрузку.
Невозможно сформулировать в двух словах результаты исследования HERITAGE, было опубликовано более 120 статей с результатами. Образцы ДНК были взяты у всех участников, были определены гены и участки хромосом, которые достоверно связаны с ответом на физическую нагрузку. Например, была определена роль рецепторов к ангиотензину в ответе на физическую нагрузку, выделены гены, отвечающие за чувствительность к инсулину и многие другие генетические маркеры. Подробнее с результатами исследования HERITAGE можно ознакомиться на официальной страничке исследования.
Другим важным источником информации для определения вклада генетики в физическую активность являются исследования на животных. Наиболее удобной животной моделью являются мыши. Хочется напомнить, что в человеческом геноме около 19 000 генов, в геноме мыши около 20 200 генов. А в геноме мыши и человека около 15 187 гомологов - именно такая схожесть позволяет транслировать результаты исследований на мышах прямо на человеческий геном. Однако количество генов представляет собой достаточно внушительное число, что усложняет нам задачу.
В исследованиях используют линии трансгенных мышей с высокой активностью C57L/J и с низкой активностью C3H/HeJ. Физическую активность мышей оценивают исходя из того, сколько времени грызун проводит на беговом колесе.
Для того чтобы полученные на животных результаты могли экстраполироваться на людей, необходимо получить несколько линий доказательств (три и более), тогда гены-кандидаты/претенденты, можно переводить в разряд генов, которые достоверно влияют на признак у человека.
Рожденные лениться
Наверняка, каждый из нас замечал, что есть люди, которым легко даются частые тренировки, и существуют их полные противоположности, которые с трудом загоняют себя в спортивный зал. На сегодняшний момент известно 14 генов, которые так или иначе связаны с уровнем физической активности. Из них 2 гена отвечают четырем критериям:
1. Эпистатически подтвержденные локусы количественных признаков (то есть участки ДНК, которые содержат гены, сопряженные с определенными признаками/признаком).
2. Подтверждена разница в экспрессии гена, в данном случае разница в экспрессии гена у активных и неактивных животных.
3. Активность изменяется при манипуляции с геном, который предположительно отвечает за активность.
4. Выраженный гаплотип.
Dopamine receptor D1 (ген Drd1) – дофаминергическая система среднего мозга регулирует некоторые поведенческие реакции, отвечает за мотивацию к работе, физическую активность по желанию (для мышей это то время, которое они проводят в беговом колесе, то есть специфический вид активности, не нужный для поиска пищи, выживания, но при этом достаточно энергозатратный).
В исследованиях на мышах было установлено, что у мышей с высоким уровнем активности этот ген не был экспрессирован. Эти данные подтверждают, что добровольная физическая активность зависит от генетических особенностей. При этом до сих пор не установлено, насколько активность дофаминергической системы является независимым фактором.
Nescient helix-loop-helix 2 (Nhlh2) – ген, который транскрипционно регулирует прогормонконвертазы 1 и 2 и другие нейропептиды. Кроме того, в исследованиях было описано, что у генноинженерных мышей с отключенными геном Nhlh2 24-часовая двигательная активность снижается примерно на 56 % по сравнению с мышами с диким генотипом. Пока не совсем ясно, как именно этот ген регулирует двигательную активность. Есть предположение, что ингибирование гена Nhlh2 приводит к ингибированию образования эндорфинов, что в свою очередь снижает позитивные ощущения от физической активности.
Если гены Drd1 и Nhlh2 регулируют физическую активность на центральном уровне, на периферическом уровне в регуляции участвует глюкозный транспортер GLUT-4 (ген, отвечающий за экспрессию, называется Slc2a4), который экспрессируется в скелетной мускулатуре и является критически важными для поддержания глюкозного гомеостаза. На сегодняшний день этот ген является кандидатом, поскольку для него установлено только 2 подтверждения (установлены эпистатически подтвержденные локусы количественных признаков, и ген Slc2a4 входит в этот локус).
У трансгенных мышей с повышенной экспрессией гена Slc2a4 за пятинедельный период была зафиксирована двигательная активность в 4 раза выше, чем в контрольной группе. Предположительно при повышенной экспрессии гена Slc2a4 увеличивается количество глюкозных транспортеров, что приводит к увеличению захвата глюкозы мышцами, а следовательно, меньшей усталости во время физических нагрузок. В другом исследовании одной группе мышей был открыт доступ к беговому колесу, а другим нет, и за пятидневный период количество GLUT-4 увеличилось в 2,5 раза.
Таким образом, уровень физической активности (добровольной) действительно связан с генетическими особенностями, состояние нейрорегуляторных структур напрямую предрасполагает человека к лени или к активности, однако при этом организм адаптируется к физической активности и позволяет переносить нагрузки легче.
Ещё раз стоит подчеркнуть, что некоторые наклонности – это результат взаимодействия окружающей среды и генов. Мотивация и осознанное отношение к своему здоровью помогут регулярно поднимать человека с «генотипом лени» с дивана, а со временем такой полезный стереотип закрепится, и высокий уровень физической активности станет привычным.
