Association Entre l’aquaporine-1 et les Performances d’Endurance: Une Revue Systématique

Résultat de l’examen

La figure 1 montre un organigramme du processus de sélection des études. La recherche initiale dans la base de données a permis de trouver 172 études pertinentes. Un examen plus approfondi de ces 172 études a conduit à l’exclusion de 118 publications en raison d’une pertinence marginale et à la conservation de 54 documents aux fins de détermination de l’admissibilité. Ce processus a conduit au rejet de huit études en raison de la non-coïncidence des traits biologiques (structurels et fonctionnels) du canal AQP1. Le résultat final a donné lieu à 46 études qui ont été utilisées dans la synthèse de la présente revue systématique.

Fig. 1

Diagramme de flux PRISMA. Détails du présent processus de recherche et de sélection appliqué au cours du processus de revue systématique

AQP1 Cas–témoins et Performance CE

Chez l’homme (voir tableau 1), Martinez et al. ont fourni la première ligne de preuve à l’appui de l’hypothèse d’association entre le gène AQP1 et la performance CE. . Ce rapport était une étude d’observation utilisant un modèle d’épidémiologie génétique dans une conception cas-témoins. Ils ont examiné l’association entre un variant de séquence d’ADN, rs1049305 (C> G), dans le 3′ UTR du gène AQP1 et le niveau de performance CE chez les marathoniens hispaniques masculins et féminins (n = 784). Les cas (coureurs rapides; n = 396; hommes = 225; femmes = 171) ont terminé dans le troisième centile supérieur pour leur âge et leur sexe, tandis que les témoins (coureurs lents; n = 388; hommes = 221; femmes = 167) ont terminé dans le troisième centile le plus bas. Les fréquences de génotype rapportées étaient en HWE (X2, p ≥ 0,05) et n’étaient pas significativement différentes (X2, p ≥ 0,05) entre les sexes. Étant donné qu’il y avait des distributions de fréquence génotypique similaires chez les hommes et les femmes, pour les deux cas (coureurs rapides) et les témoins (coureurs lents), les données pour les deux sexes ont été regroupées. Le test du Chi carré sur les données regroupées a révélé une différence significative (X2 = 6,94, p = 0,03) dans la distribution de la prévalence du génotype entre les cas (coureurs rapides) et les témoins (coureurs lents).

Tableau 1 Résumé des études sur l’association de la variante AQP1gene rs1049305 (C >G) dans la région 3′ non traduite et performance d’endurance chez l’homme

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Les distributions de fréquences alléliques observées dans les cas (coureurs rapides) et les témoins (coureurs lents) n’ont révélé aucune différence entre les sexes (X2, p ≥ 0,05). La distribution des fréquences alléliques en groupes sexuels a révélé des différences significatives (X2 = 7,55, p = 0,005) entre les cas (coureurs rapides) et les témoins (coureurs lents). Chez les deux sexes, dans les cas et les témoins, l’allèle C était le moins fréquemment observé. Le rapport de cotes calculé = 1,35 et son intervalle de confiance (IC) à 95 % (1,08–1,67) suggèrent que l’allèle C est plus probable (p = 0,005) chez les cas (coureurs rapides) que chez les témoins (coureurs lents). Il est à noter que l’AQP1gene rs1049305 (C >G) est dans le 3’UTR. Le 3′ UTR de l’ARN messager a été associé à la régulation de l’expression des gènes. Le 3 ‘UTR contrôle l’exportation nucléaire, le ciblage sous-cellulaire et les taux de traduction et de dégradation de l’ADN. Les gènes contrôlés par la séquence de l’UTR 3’ sont généralement des protéines régulatrices, et leur expression irrégulière peut avoir des effets graves sur l’homme.

Canal AQP1 et performances CE

Xu et al. , utilisant des souris, a fourni des preuves d’une association entre le canal Aqp1 et les performances CE. Ils ont testé l’hypothèse selon laquelle le canal Aqp1 joue un rôle physiologiquement influent dans le transport de l’O2, puisque le canal Aqp1 est présent à des niveaux élevés dans les érythrocytes et l’endothélium capillaire pulmonaire. Ils ont comparé le fonctionnement volontaire de la roue sur une période de 24 h chez des souris Aqp1-null par rapport à des souris de type sauvage dans des conditions d’hypoxie (ambiante = 16%), de normoxie (21%) et d’hyperoxie (40%). L’analyse de régression linéaire de la distance parcourue en fonction du statut Aqp1 et le traitement se référant catégoriquement à 21% d’O2 ont indiqué que le ko Aqp1 réduisait la distance parcourue de 4,7 ± 0.5 km (p< 0,001), en ajustant pour. Par rapport à 21% de O2, la réduction de O2 à 16% a réduit la distance parcourue de 1,6 ± 0,6 km (p = 0,01), tandis que l’augmentation de O2 à 40% a augmenté la distance parcourue de 1,2 ± 0,6 km (p = 0,04), en ajustant le statut Aqp1. Ces résultats ont conduit à la conclusion que les souris Aqp1-nulles ont un effet majeur sur la tolérance à l’exercice volontaire (performance CE), en accord avec l’hypothèse selon laquelle Aqp1 joue un rôle physiologique important dans le transport de l’O2 à travers les membranes plasmiques. Il est bien admis que chez l’homme, l’exécution d’un exercice prolongé (comme la course à distance) dépend fortement de mécanismes moléculaires principalement liés à la gestion de l’O2.

Corrélation entre le canal AQP1 et les performances de l’EC

La présente étude observationnelle du canal AQP1 éclaire davantage le rôle possible d’un mécanisme moléculaire, comme celui lié à la présence ou à l’absence du canal AQP1 et à la réponse aiguë à l’exercice et à la gestion de l’O2. Chez l’homme, la capacité d’exercice prolongée comme celle requise par la course sur de longues distances est fortement influencée par la VO2max, l’économie métabolique, le seuil de lactate, la régulation de la température et la résistance à la fatigue. Des informations abondantes indiquent que la génétique médie l’ampleur de ces mécanismes. Parmi ces cinq facteurs, le principal déterminant de la performance des exercices d’endurance est le VO2max. L’un des arguments les plus forts en faveur d’une telle affirmation est que les performances d’endurance et le VO2max sont fortement et positivement associés. De nouveaux résultats découlant d’une revue systématique de 15 études et d’une méta-analyse ont indiqué que les moyennes pondérées de l’héritabilité des valeurs absolues de VO2max et celles ajustées pour le poids corporel et la masse sans graisse étaient de 0,68 (IC à 95% de 0,59 à 0,77), 0,56 (IC à 95% de 0,47 à 0,65) et 0,44 (IC à 95% de 0,13 à 0,75), respectivement. L’analyse de méta-régression a révélé que le sexe pourrait expliquer en partie l’hétérogénéité des estimations de l’héritabilité VO2max ajustées en fonction du poids corporel. Les estimations de l’héritabilité rapportées parmi les études étaient statistiquement significatives. Enfin, pour l’endurance sous-maximale, les phénotypes et les héritabilités de performance en endurance étaient respectivement de 0,49 (IC à 95% de 0,33 à 0,65) et de 0,53 (IC à 95% de 0,27 à 0,78).

Statut du porteur de l’allèle-C AQP1 et Performance CE

Chez l’homme, Rivera et al. ont montré la deuxième ligne de soutien à l’hypothèse d’une association entre le gène AQP1 et la performance CE. (voir Tableau 1). Pour une deuxième fois, une étude observationnelle utilisant un modèle d’épidémiologie génétique a évalué l’association entre le variant de séquence d’ADN, rs1049305 (C> G), dans le 3′ UTR du gène AQP1 et le phénotype lié à la performance CE. À cette occasion, le temps de course écoulé dans un événement de 10 km a été comparé par le statut de porteur de l’allèle C AQP1, par exemple, les porteurs (homozygotes pour l’allèle C (CC) et hétérozygotes pour l’allèle C (CG); n = 50) et les non-porteurs (homozygotes pour l’allèle G (GG); n = 41). Les principales conclusions ont indiqué que l’allèle C-AQP1 porte en moyenne 13.4% plus rapide (p< 0,05) que les non-porteurs lors de la course de 10 km, soit environ 16,12 km / h pour les porteurs et 13,9 km /h pour les non-porteurs. Il n’y avait aucune différence dans le statut de formation entre les deux groupes (porteurs vs non porteurs de l’allèle C-AQP1). Ces résultats appuient davantage l’idée que la variabilité interindividuelle de la performance de l’EC pourrait s’expliquer en partie par des mécanismes moléculaires, tels que les variations de séquence d’ADN. Les conclusions de Rivera et al. fournir un soutien supplémentaire à ceux de Martinez et coll. , suggérant la participation du génotype AQP1 rs1049305 CC et CG à la promotion du niveau de performance de course d’endurance.

Chez l’homme (voir tableau 1), une troisième ligne de données a fourni un appui supplémentaire au rôle possible du génotype AQP1 dans la performance de l’EC. Cette fois, l’association entre la performance CE et la variante rs1049305 (C>G) dans la région 3’UTR du gène AQP1 a été évaluée chez des hommes caucasiens sud-africains (n= 504) ayant terminé les Triathlons Ironman sud-africains de 2000 (n=112), 2001 (n=222) et 2006 (n=170). Leurs résultats reproduisaient ceux de Martinez et al. et Rivera et coll. en signalant que la variante C AQP1 rs1049305 était associée à la durée du segment de course de marathon dans trois événements Ironman. Les triathlètes porteurs de l’allèle C ont terminé l’étape de course de 42,2 km plus rapidement (moyenne 286, s = 49 min) que les triathlètes avec le génotype GG (moyenne 296, s = 47 min; P = 0,032). Cette étude a également soutenu que leurs conclusions et celles de Martinez et coll. et Rivera et coll. ne sont pas des prédicteurs de performances d’endurance, mais sont la preuve que la variante C AQP1 rs1049305 contribue à un état physiologique réceptif à l’entraînement et bénéfique pour les performances de course d’endurance (longue distance). Certains soutiennent en outre que la faiblesse de l’observation d’un effet génotype similaire sur les performances lors des étapes de natation et de vélo reflète probablement les exigences physiologiques différentes de ces activités.

Expression In vitro et allèle AQP1 G

Un rapport a révélé qu’in vitro (voir tableau 2), une expression réduite d’AQP1 était associée à la présence de l’allèle rs1049305 G. On a postulé qu’une telle réduction de l’expression d’AQP1 pourrait être attribuée à une augmentation de l’affinité de liaison d’un précurseur de microARN-129 à son site de liaison à deux paires de bases (bp) du rs1049305. La même étude a indiqué que chez les patients atteints de fibrose hépatique, le génotype AQP1 rs1049305 CC était associé à une concentration sérique de sodium plus faible et à une osmolalité sérique plus faible par rapport aux patients présentant un génotype CG ou GG. Saunders et coll. on a émis l’hypothèse que des réductions de l’expression de l’AQP1 en présence de l’allèle G pourraient provoquer une réponse plus lente aux changements du gradient osmotique pendant l’exercice. Cette notion corroborée par l’observation de Tam et Noakes selon laquelle l’osmolalité sérique est physiologiquement défendue pendant l’exercice.

Tableau 2 Résumé de l’étude évaluant l’influence du rs1049305 (C >G) dans l’expression du gène AQP1, in vitro

Prévalence de l’allèle AQP1 C

Les coureurs kenyans et éthiopiens dominent les épreuves olympiques de course de moyenne et longue distance depuis les Jeux de Mexico en 1968. La distribution en population de l’allèle C du gène AQP1 pourrait expliquer en partie ce phénomène. Un rapport du Centre National d’Information sur la biotechnologie a trouvé de petites variations dans la fréquence (%) de l’allèle AQP1 C entre les Européens (0,30%), les Asiatiques (0,38%) et les Caucasiens (0,42%), mais une prévalence frappante de l’allèle AQP1 C chez les Afro-Américains (0,86%) et les Subsahariens (0,98%). D’autres ont rapporté que chez les Hispaniques, la prévalence de l’allèle C était de 0,36% chez les coureurs rapides (cas) et de 0,30% chez les coureurs lents (contrôles).

Activité du canal AQP1 Sous un exercice hypoxique

Huang et Wang ont utilisé une approche différente pour l’étude du gène AQP1 et de l’exercice d’endurance. Ils ont examiné les effets de l’entraînement par intervalles aérobie (AIT) et de l’entraînement continu modéré (MCT) sur la fonction rhéologique médiée par le stress osmotique et l’activité du canal AQP1 des érythrocytes humains soumis à un stress d’exercice hypoxique (HE) chez l’homme. Trente mâles sédentaires en bonne santé ont été assignés au hasard au groupe AIT qui effectuait des intervalles de 3 minutes à 40% et 80% de VO2max, n = 15, ou au groupe MCT requis pour effectuer un exercice soutenu à 60% de VO2max, n = 15, pendant 30 min / jour, 5 jours / semaine pendant 6 semaines. Les réponses rhéologiques des érythrocytes à l’HE (100 W sous 12% d’O2 pendant 30 min) ont été déterminées avant et après divers régimes. Les résultats ont révélé qu’une HE aiguë augmentait la fragilité osmotique et diminuait la déformabilité des érythrocytes, et réduisait l’activité AQP1 des érythrocytes, comme l’indique l’augmentation de l’instabilité induite par le chlorure de magnésium (HgCl2-) de la membrane érythrocytaire dans des conditions hypotoniques. Après les 6 semaines d’intervention à l’exercice, le groupe AIT présentait une puissance maximale et une VO2max plus élevées que le groupe MCT. L’ACI et le TCM ont tous deux diminué l’étendue de la fragilité osmotique accrue, de la déformabilité réduite et de l’activité AQP1 des érythrocytes causées par l’HE. Ils ont conclu que l’ACI était supérieur au TCM pour améliorer la capacité aérobie. L’AIT ou le MCT ont efficacement atténué les altérations des caractéristiques rhéologiques des érythrocytes et de la fonction AQP1 évoquées par HE.

AQP1 et Perte de Liquide Corporel Pendant l’exercice

Dans ces lignes, Rivera et al. et Saunders et coll. association de perte de liquide corporel (changements de poids) examinée avec la variante AQP1 rs1049305 (C> G) pendant les courses d’endurance. Rivera et coll. a rapporté que lors d’une course sur route de 10 km, les porteurs de l’allèle C AQP1 rs1049305 avaient une perte de liquide corporel ajustée plus importante (3,7 ± 0,9 kg) que les non porteurs (1,5 ± 1,1 kg) (P < 0,05). Saunders et coll. n’a rapporté aucun effet génotype sur les changements absolus de poids corporel en réponse au segment de course de 42 km des Triathlons Ironman. Cette dernière étude soutenait que les résultats opposés observés étaient attribués à des problèmes méthodologiques. Dans l’étude de Triathlon Ironman de Saunders et al. , avant et après les valeurs absolues du poids corporel ont été utilisées comme indicateurs de perte de liquide corporel. Inversement, Rivera et al. perte de liquide corporel déterminée à partir de la différence entre le poids corporel nu (poids avant 10 km − poids après 10 km) avec des ajustements pour l’apport hydrique, la perte d’eau respiratoire et l’excrétion urinaire. Tam et Noakes ont examiné la littérature relative à la controverse sur le moment et la raison pour laquelle le poids corporel absolu devrait être ajusté, compte tenu des efforts pratiques et scientifiques. Il est au-delà de la présente revue d’aller plus loin dans une telle controverse.

Les différences de perte de liquide corporel induite par l’exercice, par génotype AQP1, observées par Rivera et al. peut également expliquer indirectement l’association AQP1 avec les performances en cours d’exécution. L’observation selon laquelle une perte de liquide corporelle élevée est associée à des performances de course plus rapides dans les épreuves d’endurance n’est pas un événement isolé. Comme l’ont constaté Saunders et coll. , les triathlètes du Triathlon Ironman sud-africain 2000, 2001 et 206 qui ont perdu le plus de poids corporel pendant toute la course ont eu de meilleurs temps de finition (plus rapides) que les triathlètes qui ont perdu moins de poids corporel. De plus, d’autres avaient signalé des corrélations inverses significatives entre les changements de poids corporel en raison de la participation à un ultramarathon de 100 km (n = 50; r = – 0,31; p = 0,023). Les coureurs plus rapides ont perdu plus de masse corporelle que les coureurs plus lents tout en buvant plus.

Une conclusion pertinente de cette revue systématique est que pendant le stress osmotique, tel qu’un exercice intense, l’AQP1 facilite le transfert de l’eau du sang vers les muscles via un transport transépithélial rapide, aide à l’équilibre des fluides corporels dans divers systèmes, fournit une protection osmotique et sert de conduit pour la réabsorption de l’eau et le contrôle thermique. Le canal AQP1, de par ses fonctions biologiques connues, pourrait favoriser l’homéostasie cellulaire lors d’un exercice intense par action sur le transport de l’oxyde nitrique et du CO2, deux facteurs liés aux performances d’endurance et à l’exercice prolongé. Wakayama a émis l’hypothèse que l’AQP1 pourrait accélérer la régénération des muscles squelettiques en raison de son rôle dans l’amélioration de la fonction endothéliale intramusculaire. Les athlètes avec l’allèle C-gène AQP1 plus actif peuvent s’entraîner plus fort et récupérer plus rapidement. Des canaux AQP1 plus actifs dans le muscle squelettique et les glandes sudoripares pourraient offrir plusieurs avantages aux athlètes d’endurance. Ils pourraient favoriser le refroidissement par transfert de chaleur par convection et taux de transpiration accrus. Sugie et coll. a constaté que les AQP1 dans les érythrocytes étaient critiques pour la gestion de l’eau corporelle dans tout le corps.

Individus nuls AQP1

Chez les humains, les individus nuls AQP1 menaient une vie normale et ignoraient totalement toute limitation physique. Cependant, ils ne pouvaient pas maintenir l’homéostasie des fluides lorsqu’ils étaient exposés à une surcharge hydrique subaiguë ou chronique.

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