Proč je těžké začít cvičit po dlouhé době nečinnosti? Viníkem může být protein Piezo1

Molekulární cvičení

Přestože jsou účinky cvičení na lidské tělo známé, spouštěče příznivého vlivu cvičení na molekulární úrovni pro nás stále zůstávají tak trochu záhadou. Předpokládá se existence systému obsahujícího jeden či více senzorů, jež organismu indikují, jak velká fyzická aktivita v něm probíhá. Předchozí výzkum naznačil, že senzorem může být samotný endotel, který monitoruje průtok krve. Fyzická aktivita zvyšuje průtok krve, předpokládá se tedy, že přínosy cvičení by mohly alespoň částečně vznikat v souvislosti s jeho detekcí. 

Protein Piezo1 

V roce 2021 byla za objev kationtových kanálů pojmenovaných Piezo1 a Piezo2 udělená Nobelova cena za fyziologii a medicínu Davidu Juliovi a Ardemu Patapoutianovi. Tyto receptory pro teplotu a dotek jsou přítomné u všech obratlovců včetně savců a jsou aktivované podněty jako teplo, chemikálie, mechanická síla nebo také proudění tekutiny. Protein Piezo1 přispívá k endotelové odpovědi na průtok tekutiny, což svědčí o jeho roli v řízení kapilární denzity. Předchozí výsledky studií naznačují, že Piezo1 je zodpovědný za zvýšený krevní tlak u spontánně fyzicky aktivních myší (běh v kruhu). 

Experiment sledující změny po deleci Piezo1  

V návaznosti na objev těchto proteinů uskutečnili výzkumníci z Leedské univerzity studii na myších modelech rozdělených do 2 skupin. U dospělých myší byla 2–10 týdnů před samotnou analýzou provedená specifická delece proteinu Piezo1 v endotelových buňkách, poté následoval odběr orgánů, jejich analýza a srovnání s kontrolní skupinou. Zatímco kratší doba nestačila k ovlivnění relevantních procesů, u modelů s delecí provedenou 10 týdnů před odběrem bylo možné pozorovat významnou ztrátu fyzické výkonnosti, čímž se potvrdila důležitost endotelového proteinu Piezo1 ve svalové kapilaritě.

Výsledná zjištění 

Mezi oběma skupinami nebyly pozorované změny ve frekvenci fyzické aktivity, ovšem u myší s delecí Piezo1 byl zaznamenán menší dosažený počet otáček běžeckého kola na jeden cyklus cvičení, spolu se sníženou rychlostí běhu. Kontrolní skupina byla fyzicky aktivnější a strávila celkově více času běháním v kruhu, zároveň také běhala rychleji. Tyto údaje naznačují snížení schopnosti fyzického výkonu bez ovlivnění touhy cvičit u Piezo1 znevýhodněných myší.  

Získaná data rovněž naznačila, že u studovaného souboru myší nedošlo k žádným změnám v dýchání, energetickém metabolismu, srdeční funkci, spotřebě potravy nebo cirkadiánním rytmu. Apoptóza mikrovaskulárních endotelových buněk a snížený výskyt kapilár v odebraných tkáních byly evidentní a dostatečné k vysvětlení efektu na fyzický výkon. 

Molekulární podstata pozorovaných změn

U myší s delecí Piezo1 došlo k selektivní up-regulaci induktoru apoptózy endotelových buněk trombospondinu 2 (TSP2). Autoři studie provedli sérii experimentů, v nichž rozkryli antiapoptickou signální kaskádu − zprostředkovanou oxidem dusnatým − mezi svalovou endotelovou buňkou a svalovým pericytem. Zdá se, že endotelový protein Piezo1 při dostatečném průtoku krve udržuje aktivní signalizaci vedoucí k inhibici apoptózy v pericytech. Tak se zvyšuje stabilita mikrovaskulárního endotelu a dochází k udržení kapilární hustoty, která je klíčová pro kapacitu k fyzickému výkonu. 

Závěr a diskuse

Výsledky studie prokázaly, že protein Piezo1, který je exprimovaný v cévním endotelu, dokáže detekovat zvýšení průtoku krve během fyzického cvičení. Podmíněná delece proteinu Piezo1 v endotelových buňkách dospělých myší vedla ke snížení fyzické výkonnosti zvířat. Protein Piezo1 je dle této studie kritickou molekulou pro udržení kapilární hustoty ve svalech, a tudíž také pro udržení schopnosti fyzické aktivity.  

Delší fyzická nečinnost může vést ke sníženému průtoku krve do svalů, snížené expresi Piezo1 a následně k poklesu fyzické kapacity. V budoucnu bude zajímavé odhalení citlivosti Piezo1 a jeho regulace v různých kontextech včetně stárnutí, jehož součástí jsou mikrovaskulární apoptóza a intolerance fyzické zátěže u běžných nemocí stáří. 

(lexi) 

Zdroje:  
1. Bartoli F., Debant M., Chuntharpursat-Bon E. et al. Endothelial Piezo1 sustains muscle capillary density and contributes to physical activity. J Clin Invest 2022 Mar 1; 132 (5): e141775, doi: 10.1172/JCI141775. 
2. Cheng Y. TRPV1 and Piezo: the 2021 Nobel Prize in physiology or medicine. IUCrJ 2021 Dec 23; 9: 4–5, doi: 10.1107/S2052252521013488.