Associazione tra aquaporin-1 e prestazioni di resistenza: Una revisione sistematica

Risultato del controllo

La figura 1 mostra un diagramma di flusso del processo di selezione degli studi. La ricerca iniziale del database ha trovato 172 studi pertinenti. Un ulteriore esame di questi 172 studi ha portato all’esclusione di 118 pubblicazioni a causa della rilevanza marginale e alla conservazione di 54 documenti per la determinazione dell’ammissibilità. Questo processo ha portato al rifiuto di otto studi a causa della non coincidenza nei tratti biologici (strutturali e funzionali) del canale AQP1. Il risultato finale ha prodotto 46 studi che sono stati utilizzati nella sintesi della presente revisione sistematica.

Fig. 1

Diagramma di flusso PRISMA. Dettagli di l’attuale processo di ricerca e selezione applicati durante il processo di revisione sistematica

AQP1 Caso–Controllo e CE Prestazioni

gli esseri umani (vedi Tabella 1), la prima linea di evidenza a sostegno dell’ipotesi di associazione tra il AQP1 gene e CE la performance è stata fornita da Martinez et al. . Quel rapporto era uno studio di osservazione utilizzando un modello epidemiologico genetico in un progetto di controllo del caso. Hanno esaminato l’associazione tra una variante della sequenza di DNA, rs1049305 (C > G), nel 3′ UTR del gene AQP1 e il livello di prestazioni CE nei maratoneti ispanici maschili e femminili (n = 784). I casi (corridori veloci; n = 396; uomini = 225; donne = 171) sono stati classificati nel terzo percentile superiore per età e sesso, mentre i controlli (corridori lenti; n = 388; uomini = 221; donne = 167) hanno terminato nel terzo percentile più basso. Le frequenze di genotipo riportate erano in HWE (X2, p ≥ 0,05) e non erano significativamente (X2, p ≥ 0,05) diverse tra i sessi. Dato che c’erano distribuzioni di frequenza genotipiche simili negli uomini e nelle donne, per entrambi i casi (corridori veloci) e controlli (corridori lenti), i dati per entrambi i sessi sono stati raggruppati. Il test del chi-quadrato sui dati aggregati ha rivelato una differenza significativa (X2 = 6.94, p = 0.03) nella distribuzione della prevalenza del genotipo tra i casi (corridori veloci) e i controlli (corridori lenti).

Tabella 1 Riepilogo di studi sull’associazione di AQP1gene rs1049305 (C > G) variante nella regione 3′ non tradotte e prestazioni di resistenza nell’uomo

osservata frequenza allelica distribuzioni all’interno di casi (corridori veloci) e controlli (lento runners) ha rivelato differenze di sesso (X2, p ≥ 0.05). La distribuzione della frequenza allelica basata sul sesso ha rivelato differenze significative (X2 = 7,55, p = 0,005) tra casi (corridori veloci) e controlli (corridori lenti). In entrambi i sessi, nei casi e nei controlli, l’allele C è stato il meno frequentemente osservato. L’odds ratio calcolato = 1,35 e il suo intervallo di confidenza del 95% (CI) (1,08–1,67) suggerivano che l’allele C era più probabile (p = 0,005) prevalente nei casi (corridori veloci) che nei controlli (corridori lenti). È interessante notare che l’AQP1gene rs1049305 (C > G) è nel 3′ UTR. Il 3 ‘ UTR dell’RNA messaggero è stato associato alla regolazione dell’espressione genica . Il 3 ‘ UTR controlla l’esportazione nucleare, il targeting sub-cellulare e i tassi di traduzione e degradazione del DNA. I geni controllati dalla sequenza del 3 ‘ UTR sono generalmente proteine regolatrici e la loro espressione irregolare può avere gravi effetti sull’uomo .

Canale AQP1 e prestazioni CE

Xu et al. , usando i topi, ha fornito prove per un’associazione tra il canale Aqp1 e le prestazioni CE. Hanno testato l’ipotesi che il canale Aqp1 svolga un ruolo fisiologicamente influente nel trasporto di O2, poiché il canale Aqp1 è presente ad alti livelli negli eritrociti e nell’endotelio capillare polmonare. Hanno confrontato la ruota volontaria che corre su un periodo di 24 ore in Aqp1-null rispetto ai topi wild-type in condizioni di ipossia (ambiente = 16%), normossia (21%) e iperossia (40%). L’analisi di regressione lineare della distanza percorsa in funzione dello stato Aqp1 e il trattamento categoricamente riferito al 21% di O2 hanno indicato che il knockout Aqp1 ha ridotto la distanza percorsa di 4,7 ± 0.5 km (p < 0.001), regolazione per . Rispetto al 21% O2, riducendo O2 al 16% ha ridotto la distanza percorsa di 1,6 ± 0,6 km (p = 0,01), mentre aumentando O2 al 40% ha aumentato la distanza percorsa di 1,2 ± 0,6 km (p = 0,04), regolando per lo stato Aqp1. Questi risultati hanno portato alla conclusione che i topi Aqp1-null hanno un effetto importante nella tolleranza volontaria all’esercizio (prestazioni CE), coerente con l’ipotesi che Aqp1 svolga un importante ruolo fisiologico nel trasporto di O2 attraverso le membrane plasmatiche. È ben accettato che nell’uomo l’esecuzione di esercizi prolungati (come la corsa a distanza) dipenda fortemente da meccanismi molecolari per lo più legati alla gestione di O2.

AQP1 Channel and CE Performance Correlates

Il presente studio osservazionale del canale AQP1 getta ulteriore luce sul possibile ruolo di un meccanismo molecolare, come quello relativo alla presenza o assenza del canale AQP1 e alla risposta acuta all’esercizio e alla gestione dell’O2. Nell’uomo, la capacità di esercizio prolungata come quella richiesta dalla corsa a lunga distanza è altamente influenzata da VO2max, economia metabolica, soglia di lattato, regolazione della temperatura e resistenza alla fatica. Informazioni abbondanti indicano la genetica mediare la grandezza di questi meccanismi . Di questi cinque fattori, il determinante primario delle prestazioni dell’esercizio di resistenza è il VO2max . Uno degli argomenti più forti per tale contesa è che le prestazioni di resistenza e VO2max sono fortemente e positivamente associati. Nuovi risultati derivanti da una revisione sistematica di 15 studi e meta-analisi hanno indicato che le medie ponderate per l’ereditabilità dei valori assoluti di VO2max e quelle corrette per il peso corporeo e per la massa priva di grassi erano rispettivamente 0,68 (95% IC 0,59-0,77), 0,56 (95% IC 0,47–0,65) e 0,44 (95% IC 0,13–0,75). L’analisi di meta-regressione ha rivelato che il sesso potrebbe parzialmente spiegare l’eterogeneità nelle stime di ereditabilità VO2max aggiustate per peso corporeo. Le stime di ereditabilità riportate tra gli studi erano statisticamente significative. Infine, per la resistenza submassimale, i fenotipi e le ereditarietà delle prestazioni di resistenza sono stati 0,49 (95% IC 0,33-0,65) e 0,53 (95% IC 0,27–0,78), rispettivamente.

AQP1 C-Allele Carrier Status and CE Performance

Nell’uomo, la seconda linea di supporto per l’ipotesi di un’associazione tra il gene AQP1 e le prestazioni CE è stata dimostrata da Rivera et al. (cfr. Tabella 1). Per la seconda volta, uno studio osservazionale utilizzando un modello epidemiologico genetico ha valutato l’associazione tra la variante della sequenza di DNA, rs1049305 (C > G), nel 3′ UTR del gene AQP1 e il fenotipo correlato alle prestazioni CE. In questa occasione, il tempo di esecuzione trascorso in un evento di 10 km è stato confrontato con lo stato del vettore C-allele AQP1, ad esempio, portatori (omozigoti per l’allele C (CC) ed eterozigoti per l’allele C (CG); n = 50) e non portatori (omozigoti per l’allele G (GG); n = 41). I risultati principali hanno indicato che AQP1 C-allele trasporta ran una media di 13.4% più veloce (p< 0,05) rispetto ai non vettori durante la gara di 10 km, che è di circa 16,12 km/h per i vettori e 13,9 km/h per i non vettori. Non c’era differenza nello stato di addestramento tra i due gruppi (vettori vs non portatori dell’allele C AQP1). Questi risultati forniscono un ulteriore supporto alla nozione che la variabilità interindividuale nelle prestazioni CE potrebbe essere in parte spiegata da meccanismi molecolari, come le variazioni della sequenza del DNA. I risultati di Rivera et al. fornire ulteriore supporto a quelli di Martinez et al. , suggerendo la partecipazione di AQP1 rs1049305 CC e genotipo di CG nella promozione del livello di prestazione corrente di resistenza.

Nell’uomo (vedere Tabella 1), una terza linea di prove ha fornito un ulteriore supporto per il possibile ruolo del genotipo AQP1 nelle prestazioni CE. Questa volta, l’associazione tra le prestazioni CE e la variante rs1049305 (C > G) all’interno della regione 3′ UTR del gene AQP1 è stata valutata in uomini caucasici sudafricani (n = 504) nei triathlon Ironman sudafricani del 2000 (n = 112), 2001 (n = 222) e 2006 (n = 170). I loro risultati hanno replicato quelli di Martinez et al. e Rivera et al. segnalando che la variante C AQP1 rs1049305 è stata associata alla durata del segmento di maratona in tre eventi Ironman. I triatleti che portavano l’allele C hanno completato la fase di corsa di 42,2 km più velocemente (media 286, s = 49 min) rispetto ai triatleti con il genotipo GG (media 296, s = 47 min; P = 0,032). Tale studio ha anche sostenuto che i loro risultati e quelli di Martinez et al. e Rivera et al. non sono predittori delle prestazioni di resistenza, ma sono la prova che la variante C AQP1 rs1049305 contribuisce a uno stato fisiologico ricettivo all’allenamento e benefico alle prestazioni di corsa di resistenza (lunga distanza). Alcuni sostengono inoltre che la debolezza di osservare un effetto genotipo simile sulle prestazioni nelle fasi di nuoto e bicicletta probabilmente riflette le diverse esigenze fisiologiche di queste attività .

Espressione, In vitro, e allele AQP1 G

Un rapporto ha rivelato, che in vitro (vedi Tabella 2), una ridotta espressione AQP1 è stato associato con la presenza del rs1049305 G-allele. È stato postulato che tale riduzione dell’espressione di AQP1 potrebbe essere attribuita ad un aumento dell’affinità di legame di un precursore microRNA-129 al suo sito di legame a due coppie di basi (bp) dalla rs1049305 . Lo stesso studio ha indicato che con i pazienti affetti da fibrosi epatica, il genotipo AQP1 rs1049305 CC era associato a una minore concentrazione di sodio nel siero e ad una minore osmolalità nel siero rispetto ai pazienti con genotipo CG o GG. Saunders et al. ipotizzato che le riduzioni nell’espressione di AQP1 in presenza dell’allele G potrebbero causare una risposta più lenta ai cambiamenti nel gradiente osmotico durante l’esercizio. Questa nozione confermata dal Tam e dall’osservazione di Noakes che l’osmolalità del siero è fisiologicamente difesa durante l’esercizio.

Tabella 2 Riepilogo di studio che ha valutato l’influenza del rs1049305 (C > G) AQP1 espressione genica, in vitro

Prevalenza di AQP1 Allele C

Keniani ed Etiopi corridori hanno dominato Olimpico di media e lunga distanza in esecuzione di eventi dal 1968 giochi di Città del Messico . La distribuzione della popolazione dell’allele C del gene AQP1 potrebbe parzialmente spiegare questo fenomeno. Un rapporto del National Center for Biotechnology Information ha rilevato piccole variazioni nella frequenza ( % ) dell’allele C AQP1 tra europei (0.30 % ), asiatici (0.38%) e caucasici (0.42%), ma una sorprendente prevalenza dell’allele C AQP1 negli afroamericani (0.86 %) e sub-sahariani (0.98 %). Altri hanno riferito che negli ispanici la prevalenza dell’allele C era dello 0,36% nei corridori veloci (casi) e dello 0,30% nei corridori lenti (controlli).

Attività del canale AQP1 Sotto esercizio ipossico

Huang e Wang hanno utilizzato un approccio diverso allo studio del gene AQP1 e dell’esercizio di resistenza. Hanno esaminato gli effetti dell’interval training aerobico (AIT) e dell’allenamento continuo moderato (MCT) sulla funzione reologica osmotica mediata dallo stress e sull’attività del canale AQP1 degli eritrociti umani sotto stress da esercizio ipossico (HE) negli esseri umani. Trenta maschi sedentari sani sono stati assegnati in modo casuale al gruppo AIT che ha eseguito intervalli di 3 minuti al 40% e 80% VO2max, n = 15, o al gruppo MCT richiesto per eseguire esercizi sostenuti al 60% VO2max, n = 15, per 30 min/giorno, 5 giorni/settimana per 6 settimane. Le risposte reologiche degli eritrociti a HE (100 W sotto il 12% O2 per 30 min) sono state determinate prima e dopo vari regimi. I risultati hanno rivelato che acuto ha aumentato la fragilità osmotica e diminuita deformabilità degli eritrociti, e depresso l’attività eritrocitaria AQP1 come indicato da un aumento del cloruro di magnesio (HgCl2 -) indotta instabilità della membrana eritrocitaria in condizioni ipotoniche. Dopo le 6 settimane di intervento di esercizio, il gruppo AIT ha mostrato una maggiore potenza massima e VO2max rispetto al gruppo MCT. Sia AIT che MCT hanno diminuito l’estensione della fragilità osmotica migliorata, della deformabilità ridotta e dell’attività AQP1 degli eritrociti causati da HE. Hanno concluso che AIT era superiore a MCT per migliorare la capacità aerobica. AIT o MCT hanno efficacemente alleviato le menomazioni delle caratteristiche reologiche degli eritrociti e della funzione AQP1 evocata da HE.

AQP1 e perdita di liquidi corporei durante l’esercizio

Lungo queste linee, Rivera et al. e Saunders et al. esaminata la perdita di liquidi corporei (variazioni di peso) associazione con la variante AQP1 rs1049305 (C > G) durante le corse di resistenza. Rivera et al. ha riferito che durante una gara su strada di 10 km, i portatori dell’allele C AQP1 rs1049305 avevano una perdita di fluido corporeo maggiore (3,7 ± 0,9 kg) rispetto ai non portatori (1,5 ± 1,1 kg) (P < 0,05). Saunders et al. non è stato riportato alcun effetto genotipo sulle variazioni assolute del peso corporeo in risposta al segmento di corsa di 42 km dei Triathlon Ironman. Quest’ultimo studio ha sostenuto che i risultati opposti osservati sono stati attribuiti a problemi metodologici . Nello studio Ironman Triathlon di Saunders et al. , prima e dopo i valori assoluti del peso corporeo sono stati utilizzati come indicatori della perdita di liquidi corporei. Al contrario, Rivera et al. determinata perdita di liquidi corporei dalla differenza tra il peso corporeo nudo (peso prima di 10 km − peso dopo 10 km) con aggiustamenti per l’assunzione di liquidi, la perdita di acqua respiratoria e l’escrezione di urina. Tam e Noakes hanno esaminato la letteratura relativa alla controversia su quando e perché il peso corporeo assoluto dovrebbe essere regolato, dato sforzi pratici e scientifici. E ‘ al di là della presente revisione di andare oltre in tale controversia.

Le differenze di perdita di liquidi corporei indotte dall’esercizio, dal genotipo AQP1, osservate da Rivera et al. può anche spiegare indirettamente l’associazione AQP1 con le prestazioni in esecuzione. L’osservazione che un’elevata perdita di liquidi corporei è associata a prestazioni di corsa più veloci negli eventi di resistenza non è un evento isolato. Come trovato da Saunders et al. , triatleti finishers del 2000, 2001, e 206 South African Ironman Triathlon che ha perso il maggior peso corporeo durante l’intera gara aveva tempi di finitura migliori (più veloce) di triatleti che hanno perso meno peso corporeo. Inoltre, altri avevano riportato significative correlazioni inverse tra le variazioni di peso corporeo a causa della partecipazione a un’ultramaratona di 100 km (n = 50; r = -0,31; p = 0,023). I corridori più veloci hanno perso più massa corporea rispetto ai corridori più lenti mentre bevevano di più .

Un risultato rilevante di questa revisione sistematica è che durante lo stress osmotico, come l’esercizio intenso , AQP1 facilita il trasferimento di acqua dal sangue al muscolo attraverso un rapido trasporto transepiteliale , aiuta nell’equilibrio dei fluidi corporei in vari sistemi, fornisce protezione osmotica e funge da condotto per il riassorbimento dell’acqua e il controllo termico . Il canale AQP1, grazie alle sue note funzioni biologiche , potrebbe promuovere l’omeostasi cellulare durante l’esercizio intenso agendo sull’ossido nitrico e sul trasporto di CO2, due fattori legati alle prestazioni di resistenza e all’esercizio prolungato . Wakayama ha ipotizzato che AQP1 potrebbe accelerare la rigenerazione muscolare scheletrica a causa del suo ruolo nel migliorare la funzione endoteliale intramuscolare. Gli atleti con il gene C-allele AQP1 più attivo potrebbero allenarsi più duramente e recuperare più velocemente . I canali AQP1 più attivi nel muscolo scheletrico e nelle ghiandole sudoripare potrebbero fornire diversi vantaggi negli atleti di resistenza. Potrebbero promuovere il raffreddamento tramite un aumento del trasferimento di calore convettivo e del tasso di sudore . Sugie et al. trovato che AQP1s in erythrocytes erano critici per gestione dell’acqua del corpo in tutto il corpo.

Individui AQP1 Null

Negli esseri umani, gli individui AQP1 null conducevano una vita normale ed erano del tutto inconsapevoli di eventuali limitazioni fisiche . Tuttavia, non potevano mantenere l’omeostasi fluida una volta esposti a sovraccarico fluido subacuto o cronico.

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