Les biomarqueurs systémiques montrent les effets bénéfiques de l'exercice aérobie sur la fonction cérébrale chez les personnes âgées

De plus en plus de preuves montrent que l'activité physique et l'entraînement physique peuvent retarder ou prévenir l'apparition de la maladie d'Alzheimer (MA). Chez l'homme vieillissant, l'entraînement aérobie augmente le volume de matière grise et blanche, améliore la circulation sanguine, et améliore la fonction de mémoire. La capacité de mesurer les effets de l'exercice sur les biomarqueurs systémiques associés au risque de MA et de les relier à des altérations métabolomiques clés peut favoriser la prévention, surveillance, et les efforts de traitement. Cependant, les biomarqueurs systémiques qui peuvent mesurer les effets de l'exercice sur la fonction cérébrale et qui sont liés à des réponses métaboliques pertinentes font défaut.

Pour résoudre ce problème, Henriette van Praag, Doctorat., du Schmidt College of Medicine and Brain Institute de la Florida Atlantic University et Ozioma Okonkwo, Doctorat., Centre de recherche sur la maladie d'Alzheimer du Wisconsin et département de médecine de l'Université du Wisconsin-Madison et leurs collaborateurs, testé les hypothèses selon lesquelles trois biomarqueurs spécifiques, qui sont impliqués dans l'apprentissage et la mémoire, augmenterait chez les personnes âgées après un entraînement physique et serait en corrélation avec les marqueurs cognitifs et métabolomiques de la santé cérébrale. Ils ont examiné la myokine Cathepsine B (CTSB), facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF), et klotho, ainsi que la métabolomique, qui sont de plus en plus utilisées pour comprendre les voies biochimiques pouvant être affectées par la MA.

Les chercheurs ont effectué une analyse métabolomique dans des échantillons de sang de 23 adultes asymptomatiques d'âge moyen tardif, à risque familial et génétique de MA (âge moyen 65 ans, 50 % de femmes) qui ont participé à l'« étude pilote sur l'exercice aeRobic et la santé cognitive (REACH) » (NCT02384993) à l'Université du Wisconsin. Les participants ont été divisés en deux groupes :activité physique habituelle (UPA) et activité physique améliorée (EPA). Le groupe EPA a suivi 26 semaines d'entraînement supervisé sur tapis roulant. Des échantillons de sang pour les deux groupes ont été prélevés au départ et après 26 semaines.

Résultats de l'étude, publié dans la revue Frontières en endocrinologie , ont montré que les taux plasmatiques de CTSB étaient augmentés à la suite de cet entraînement structuré d'exercices aérobiques de 26 semaines chez les personnes âgées à risque de MA. L'apprentissage verbal et la mémoire étaient corrélés positivement avec le changement du CTSB mais n'étaient pas liés au BDNF ou au klotho. La corrélation actuelle entre le CTSB et l'apprentissage verbal et la mémoire suggère que le CTSB peut être utile comme marqueur des changements cognitifs liés à la fonction hippocampique après l'exercice dans une population à risque de démence.

Les taux plasmatiques de BDNF ont diminué en conjonction avec des changements métabolomiques, y compris les réductions de céramides, sphingo- et phospholipides, ainsi que des changements dans les métabolites du microbiome intestinal et l'homéostasie redox. En effet, plusieurs métabolites lipidiques pertinents à la MA ont été modifiés par l'exercice d'une manière qui peut être neuroprotectrice. Le sérum klotho était inchangé mais était associé à la capacité cardiorespiratoire.

Nos conclusions positionnent le CTSB, BDNF, et klotho en tant que biomarqueurs de l'exercice pour évaluer l'effet des interventions liées au mode de vie sur la fonction cérébrale. Les études humaines utilisent souvent des analyses d'imagerie cérébrale coûteuses et à faible débit qui ne sont pas pratiques pour les grandes études à l'échelle de la population. Des biomarqueurs systémiques qui peuvent mesurer l'effet des interventions d'exercice sur les résultats liés à la maladie d'Alzheimer rapidement et à faible coût pourraient être utilisés pour informer la progression de la maladie et développer de nouvelles cibles thérapeutiques. »

Henriette van Praag, Doctorat., auteur correspondant, professeur agrégé de sciences biomédicales, Collège de médecine Schmidt de la FAU, et membre du FAU Brain Institute et du FAU Institute for Human Health &Disease Intervention (I-HEALTH)

CTSB, une enzyme lysosomale, est sécrétée du muscle dans la circulation après l'exercice et est associée à la fonction de mémoire et à la neurogenèse hippocampique adulte. Les personnes âgées atteintes de troubles cognitifs ont des taux sériques et cérébraux inférieurs de CTSB. Le BDNF est une protéine qui est régulée à la hausse dans l'hippocampe et le cortex des rongeurs par la course et est importante pour la neurogenèse adulte, Plasticité synaptique, et fonction mémoire. Klotho est une protéine circulante qui peut améliorer la cognition et la fonction synaptique et est associée à la résilience aux maladies neurodégénératives, éventuellement en soutenant les structures cérébrales responsables de la mémoire et de l'apprentissage.

"L'association positive entre le CTSB et la cognition, et la modulation substantielle des métabolites lipidiques impliqués dans la démence, soutenir les effets bénéfiques de l'entraînement physique sur la fonction cérébrale et la santé du cerveau chez les personnes asymptomatiques à risque de maladie d'Alzheimer, " a déclaré van Praag.

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