L’impact différentiel du temps d’exercice sur la croissance osseuse chez les souris

Introduction

La croissance osseuse est cruciale pour la taille et la santé des os chez les adultes. Des études ont montré que l’exercice physique peut efficacement augmenter la densité osseuse, mais le meilleur moment pour s’entraîner reste incertain. Cette étude compare les effets de l’exercice à différents moments sur la croissance osseuse chez les souris, afin d’explorer le meilleur moment pour s’entraîner.

Cette étude a été réalisée conjointement par la Faculté de médecine dentaire de l’Université des sciences et technologies de Huazhong et plusieurs autres instituts de recherche, et publiée dans Nature Metabolism.

Contexte et objectifs

Des études existantes confirment que l’exercice physique peut augmenter la masse et la résistance osseuses, mais les effets différentiels de l’exercice à différents moments sur la croissance osseuse ne sont pas encore clairs. Cette étude vise à explorer les impacts de l’exercice à différents moments de la journée sur la croissance osseuse chez les souris, et à élucider les mécanismes moléculaires sous-jacents.

Méthodes

Sujets et groupes expérimentaux

Les sujets sont des souris C57BL/6J mâles (890) et femelles (98) âgées de 3 semaines, fournies par le centre animalier de la Faculté de médecine de Tongji. L’expérience est divisée en 6 groupes : ZT1 (repos précoce), ZT13 (activité précoce), ZT17, ZT21 et un groupe témoin. Les souris s’entraînent pendant 30 minutes par jour, 5 jours par semaine pendant 5 semaines sur un tapis roulant.

Procédures expérimentales

1. Programme d’entraînement

   • Jours 1 à 5 : acclimatation progressive des souris au tapis roulant, de 6 m/min à 16 m/min.
   • 4 semaines suivantes : entraînement de 30 minutes par jour à 16 m/min, 5 jours par semaine.

2. Séquençage d’ARN

   • Extraction d’ARN total des tissus osseux des souris au repos et entraînées, puis séquençage d’ARN.
   • Analyse de l’expression circadienne des gènes dans les tissus osseux avec JTK_CYCLE.

3. Micro-tomographie (Micro-CT)

   • Mesure de la longueur totale du fémur, du rapport volume osseux/volume tissulaire (BV/TV), de l’épaisseur des travées (Tb.Th), etc. chez les souris entraînées et au repos.

4. Analyses métabolomiques et protéomiques

   • Étude des impacts de l’exercice à différents moments sur les voies métaboliques osseuses, y compris le cycle TCA et l’oxydation phosphorylante (OXPHOS).

Résultats principaux

Effets sur la croissance osseuse

Les expériences ont montré que les souris entraînées durant la période d’activité précoce (ZT13) ont eu une augmentation de 5% de la longueur du fémur, de 26% du BV/TV et de 54% du Tb.Th. Comparé aux autres moments d’exercice, l’entraînement à ZT13 a eu un effet promoteur plus significatif sur la croissance osseuse.

Analyse de l’expression génique

L’exercice à ZT13 a considérablement augmenté l’expression des gènes liés à la croissance osseuse, notamment ceux impliqués dans la croissance osseuse, la synthèse de la matrice et le métabolisme énergétique. Le groupe ZT13 a montré une augmentation de 10,1% des gènes exprimés et une diminution de 10,3%, nettement supérieures aux pourcentages de variation des autres moments.

Analyse des voies métaboliques

Les gènes liés au cycle TCA et à l’OXPHOS ont été considérablement surexprimés dans le groupe ZT13, tandis que le groupe ZT1 présentait principalement une surexpression des gènes de la glycolyse. L’exercice à ZT13 a favorisé la prolifération et la différenciation des cellules osseuses en augmentant la production d’ATP et le ratio NAD+/NADH.

Activation de l’OXPHOS et croissance osseuse

L’observation en temps réel du métabolisme osseux par micro-tomographie par émission de positons a montré que l’exercice à ZT13 a considérablement augmenté l’activité de l’oxydation phosphorylante dans les tissus osseux, avec une légère accumulation de produits intermédiaires du métabolisme énergétique.

L’utilisation d’un activateur de l’oxydation phosphorylante, l’AICAR, a confirmé que l’effet promoteur significatif de l’exercice en période d’activité précoce sur la croissance osseuse est principalement dû à l’augmentation de l’activité OXPHOS dans les tissus osseux.

Conclusion

Cette étude montre que le meilleur moment pour l’exercice est la période d’activité précoce (ZT13), car c’est à ce moment que l’exercice favorise le plus la croissance osseuse. Cela est réalisé par une augmentation significative de l’expression des gènes liés à la croissance osseuse et des voies du métabolisme énergétique.

Signification de l’étude

Les résultats indiquent qu’une stratégie d’exercice adaptée peut considérablement améliorer la santé osseuse, en particulier chez les enfants et les adolescents, en aidant à maximiser leur potentiel de croissance osseuse. En identifiant le meilleur moment pour l’exercice, il est possible de concevoir des programmes d’entraînement plus scientifiques pour prévenir les maladies osseuses.

Cette étude non seulement propose théoriquement le concept de “meilleur moment pour l’exercice” en ce qui concerne la croissance osseuse, mais fournit également une nouvelle perspective et méthodologie pour l’intervention non médicamenteuse sur la croissance osseuse.

Points forts de l’étude

• Cette étude révèle en profondeur les impacts significatifs du temps d’exercice sur la croissance osseuse et ses mécanismes moléculaires.
• Grâce à des analyses transcriptomiques et métabolomiques à haut débit, elle est la première à confirmer les effets de l’exercice à différents moments sur la régulation des voies du métabolisme énergétique dans les tissus osseux.
• Elle met en évidence l’importance potentielle de l’exercice pendant la période d’activité précoce pour la santé osseuse, fournissant une base théorique pour la conception de programmes d’intervention optimisés pour la santé osseuse.