Pilulka místo cvičení: Dokáže genetika nahradit sport?

Sport člověku svědčí na těle i na duchu. Dlouho však nebyl jasný mechanismus, který stojí v pozadí pozitivního účinku tělesné námahy na lidské zdraví. To se od základu změnilo objevem hormonu irisinu. Jméno dostal podle bohyně Iris, jež plnila ve starořecké mytologii úlohu posla. Podobně jako Iris roznášela Diovy zprávy ostatním bohům, nosí irisin poselství intenzivně pracujících svalů sportujícího člověka k dalším tkáním lidského těla a přispívá k jejich správnému fungování. Ke zvýšení produkce tohoto prospěšného svalového hormonu však nevede lehká cesta. Do krve se vylučuje jen po opakované, vydatné a dlouhodobější zátěži svalů. Krátkodobé, byť i velmi intenzivní cvičení nestačí.

Myší sportovci

Když v roce 2012 publikoval tým Bruce Spiegelmana z bostonského Dana-Farber Cancer Institute objev irisinu v předním vědeckém časopise Nature, vyvolal velké pozdvižení. Člen výzkumného týmu Pontus Bostrom to komentoval slovy: „Je vzrušující objevit látku, která má jasnou souvislost s cvičením, a má proto obrovský léčebný potenciál.“

Spiegelman a spol. prokázali existenci svalového hormonu irisinu u laboratorních myší. U zvířat, která donutili k intenzivní tělesné námaze, se v krvi objevil do té doby neznámý protein. K velkému překvapení vědců putoval cévami jako posel do bílé tukové tkáně a proměňoval ji na tzv. hnědý tuk. Zatímco bílý tuk slouží živočichům jako energetická rezerva na horší časy, hnědý tuk se v organismu spaluje na tělesné teplo. Spotřebovává se přitom víc energie, než kolik jí živočich vydal při předchozím cvičení.

Není to tak dávno, co se i v respektovaných lékařských monografiích tvrdilo, že hnědý tuk lze nalézt výhradně v těle malých dětí a že ho dospělí lidé postrádají. Nakonec se ale ukázalo, že určité množství hnědého tuku se nachází v lidském těle bez ohledu na věk. Tento objev odstartoval snahy posílit v těle dospělých lidí hnědou tukovou tkáň na úkor bílého tuku, a dosáhnout tak celkového ozdravení organismu. Proces, který by měnil bílý tuk na hnědý, slibuje léčbu cukrovky druhého typu, aterosklerózy a mnoha dalších civilizačních chorob spojených s nadváhou a obezitou. Irisin se zdál pro tyto účely ideálním prostředkem.

Studená sprcha

Nadšení nad irisinem výrazně pohaslo, když tým vedený Haroldem Ericksonem z americké Duke University zveřejnil ve vědeckém časopise Scientific Reports rozsáhlou kritiku Spiegelmanovy studie. Nešetřil ani četné Spiegelmanovy následovníky, kteří se s vervou pustili do výzkumu irisinu a jeho účinků. K měření koncentrací irisinu používali tito vědci soupravy, jejichž základní komponentou je protilátka reagující specificky s irisinem. Pokud se irisin v analyzovaném vzorku vyskytuje, protilátka se na jeho molekuly naváže, a následně je možné komplex protilátky s hormonem detekovat. Čím víc irisinu vzorek obsahuje, tím silnější je detekovaný signál.

Erickson použil stejnou protilátku k detekci irisinu jiným postupem. Po hormonu však nenašel ani stopu nejen v lidské krvi, ale třeba ani v krvi koní, kteří byli podrobeni velmi tvrdému tréninku a měli by vytvářet velké množství irisinu. Ve spolupráci s odborníky z několika zemí proto prověřil protilátku z používané detekční soupravy a zjistil, že se váže na dosud neznámou svalovou bílkovinu, která nemá s irisinem nic společného.

Závěr studie Ericksonova týmu byl zdrcující. Nic takového, jako je irisin, neexistuje a Spiegelman a spol. se honí za pouhým přízrakem. Erickson navíc upozornil, že gen, podle kterého se má produkovat irisin, má u člověka na samotném začátku pozměněné jedno písmeno genetického kódu. To, co může na první pohled vypadat jako banální změna, je ale podle Ericksona závažný defekt, který brání celému genu ve funkci. Zjednodušeně řečeno, u člověka se nemá irisin podle čeho vytvářet.

Rehabilitovaný hormon

Bruce Spiegelman zvedl hozenou rukavici a pustil se do ověřovacích studií, které měly ukázat, jak to s irisinem vlastně je. Pro detekci hormonu použil ještě přesnější a spolehlivější metody, než jaké nasadil Erickson. Se svým týmem pomocí hmotnostní spektrografie prokázal, že se irisin vyskytuje jak v organismu myší, tak i v lidském těle. Jeho hladiny se mění s fyzickou námahou tak, jak to prokázaly předchozí studie detekující hormon prostřednictvím protilátky.

Změna písmene genetického kódu v genu pro irisin na tom nic nemění. Gen pro irisin se tak připojil k hrstce dalších lidských genů, které jsou funkční navzdory tomuto typu „překlepu“ v dědičné informaci. Rehabilitaci irisinu studií publikovanou ve vědeckém časopise Cell Metabolism vědecká veřejnost bez problémů akceptovala.

„Spiegelman a jeho spolupracovníci jednoznačně a nezpochybnitelně prokázali, že „mytický“ irisin produkují svaly v důsledku cvičení. Těmito daty je kontroverze kolem existence a nárůstu irisinu v krvi po cvičení vyřešena,“ konstatoval John Yates z amerického Scripps Research Institute, který studii posuzoval jako nezávislý expert.

Zpět ve hře

V následujících letech věnovalo irisinu velkou pozornost mnoho vědeckých týmů. Jejich experimenty prokázaly, že účinky hormonu sahají daleko za tukovou tkáň. Zajímavá studie týmu vedeného Jakem Chenem z americké Tufts University například odhalila pozitivní účinky irisinu na kosti. Hormon se váže na buňky kostí a ovlivňuje tam fungování bílkoviny sklerostinu. Tato molekula tlumí tvorbu kostní tkáně. Pokud je gen pro sklerostin poškozený, vede to k nadměrnému růstu kostí. Irisin sice zvyšuje produkci sklerotinu v kostech, ale v konečném důsledku vede jeho podávání myším poněkud paradoxně k posílení kostí.

Podle vědců je pozitivní efekt vyvolán dočasným zvýšením míry, s jakou se kost odbourává. Když tento „rozkladný“ proces skončí, vystřídá jej razantní tvorba nové kostní hmoty. Ta zajistí mnohem víc než jen doplnění předchozí ztráty kostní hmoty. Konečný stav kostí je díky tomu lepší než před podáváním irisinu. Autoři studie poukazují na fakt, že podobné efekty dočasné destrukce kostí nejsou vědě neznámé. Podobně reagují kosti na podávání paratyroidního hormonu, který rovněž v první fázi zvyšuje rozklad kostní hmoty, ale následná kompenzace dovoluje jeho využití k léčbě chorobného řídnutí kostí neboli osteoporózy.

U myší vedlo podávání malých dávek irisinu nejen k růstu kostí, ale také k výraznému zvýšení jejich pevnosti. Výsledky experimentu jsou do budoucna příslibem pro léčbu osteoporózy a dalších poruch tvorby kostí. Osteoporóza postihuje především seniory, zvláště náchylné jsou k ní starší ženy. Se stárnutím populace představuje řídnutí kostí stále větší problém. Odhaduje se, že každoročně stojí na celém světě za devíti miliony zlomenin.

Naděje pro nemocné

Fyzická aktivita má pozitivní dopad na paměť a snižuje riziko propuknutí Alzheimerovy choroby. Také v pozadí tohoto efektu cvičení se může skrývat pozitivní účinek irisinu. Prokázala to například studie týmu vedeného Ottaviem Aranciem z newyorské Columbia University. Vědci odhalili přítomnost irisinu v lidském mozku v části zvané hipokampus, která sehrává klíčovou roli při ukládání informací do dlouhodobé paměti. V mozcích lidí, kteří zemřeli s rozvinutou Alzheimerovou chorobou, jsou ale hladiny irisinu v hipokampu výrazně snížené.

V pokusech na myších pak vědci pod vedením Ottavia Arancia zjišťovali, jak irisin v mozku působí. Pro účely experimentu vyblokovali zvířatům v buňkách hipokampu tvorbu molekul, na které se váže irisin, a zabránili tak účinku hormonu na tuto část mozku. V hipokampu vyvolal tento zásah oslabení spojů – synapsí – mezi neurony. Tyto spoje jsou důležité pro udržení informací v paměti. Vědce proto nepřekvapilo, že když myši nedokázaly v hipokampu zpracovávat irisin, trpěly oslabením paměti a potýkaly se s podobnými problémy jako pacienti s Alzheimerovou chorobou.

Vědci potom vyvolali u myší obdobu Alzheimerovy choroby tím, že jim do mozku vnesli tzv. amyloid beta, jehož hromadění v mozku je u lidí s tímto onemocněním typické. U pokusných zvířat to vyvolalo výrazný propad schopností zapamatovat si nové informace. Myši, které byly denně nuceny intenzivně plavat, však měly v těle zvýšené hladiny irisinu a nástupu Alzheimerovy choroby vzdorovaly. Pokud vědci zablokovali v mozku myší účinky irisinu, ochranná úloha plavání se neprojevila. 

Zatím je ještě brzy na jednoznačné závěry. V budoucnu by ale mohl irisin najít uplatnění jak při prevenci, tak i při léčbě Alzheimerovy choroby a dalších podobných neurodegenerativních onemocnění. „Než se tak stane, chtěl bych každému doporučit, aby cvičil a zlepšoval si jak fungování mozku, tak i celkové zdraví,“ doporučuje Ottavio Arancio. Pro mnohé lidi je ale cvičení nedostupné. To se zdaleka netýká jen lidí s rozsáhlým ochrnutím, ale třeba i seniorů s těžkými chorobami srdce nebo s artritidou. Těmto lidem by mohly od zdravotních komplikací vyvolaných omezenou tělesnou aktivitou výrazně pomoct léky na bázi irisinu.

Covid i rakovina

Zdá se, že vědci zatím nepoznali plnou šíři pozitivních efektů irisinu. Některé studie dokazují, že hormon příznivě působí na oběhový systém a chrání před kardiovaskulárními chorobami. Hormon také figuroval mezi látkami, které se na počátku covidové pandemie testovaly proti koronaviru SARS-CoV-2. Už zkraje bylo jasné, že obézní lidé čelí podstatně vyššímu riziku těžkého průběhu onemocnění než lidé s normální tělesnou hmotností. Redukce bílé tukové tkáně a normalizace hladiny glukózy v krvi pacientů s cukrovkou druhého typu pomocí irisinu se proto nabízely jako zásah, který mohl zvýšit odolnost rizikových pacientů vůči koronaviru SARS-CoV-2. Irisin sice není schválen pro žádnou léčbu, ale v případě covidu se vědci chytali každé možnosti jako příslovečného stébla. Naděje vkládané do hormonu ale rychle pohasly a vědci nakonec našli účinnější prostředky pro boj s pandemií, ať už jsou to nové vakcíny, nebo nová antivirotika.

I když je irisin vnímán jako zdraví prospěšná látka, některým nemocným lidem by mohlo ulevit potlačení funkcí tohoto hormonu. Tým Frabrizzia Pina z Indiana University vyblokoval laboratorním myším gen pro produkci irisinu. Následně vědci těmto myším vnesli do těla buňky zhoubného nádoru. Prudký rozvoj nádorového bujení vede ke stavu označovanému jako kachexie, pro který je typické těžké vyčerpání organismu, atrofie svalů a celková slabost. Myši neschopné produkovat irisin však byly vůči kachexii zvýšeně odolné. Na rozdíl od myší s nádorem, které měly gen pro irisin zachovaný, byly rakovinou deptané myšky bez irisinu schopné normálního pohybu.

TIP: Jak se dostat do formy? Vědci vyvinuli koncentrované cvičení v pilulce

Irisin a další molekuly, jež si lidské tělo vytváří při fyzické námaze, budou jednou zcela jistě pomáhat pacientům se širokým spektrem onemocnění. Než se tak stane, zůstává nejpřirozenějším a nejspolehlivějším zdrojem těchto látek pravidelné cvičení. Na tom se ještě dlouho nic nezmění.