Effects of exercise on brain function: role of free radicals

摘要

Reactive oxygen species (ROS) are continuously generated during aerobic metabolism. Certain levels of ROS, which could be dependent on the type of cell, cell age, history of ROS exposure, etc., could facilitate specific cell functions. Indeed, ROS stimulate a number of stress responses and activate gene expression for a wide range of proteins. It is well known that increased levels of ROS are involved in the aging process and the pathogenesis of a number of neurodegenerative diseases. Because of the enhanced sensitivity of the central nervous system to ROS, it is especially important to maintain the normal redox state in different types of neuro cells. In the last decade it became clear that regular exercise beneficially affects brain function as well, and can play an important preventive and therapeutic role in stroke and in Alzheimer's and Parkinson's diseases. The effects of exercise appear to be very complex and could include neurogenesis via neurotrophic factors, increased capillarization, decreased oxidative damage, and increased proteolytic degradation by proteasome and neprilysin. Data from our and other laboratories indicate that exercise-induced modulation of ROS levels plays a role in the protein content and expression of brain-derived neurotrophic factor, tyrosine recepetor kinase B, and cAMP response element binding protein, resulting in better function and increased neurogenesis. The enhanced activities of proteasome and neprilysin result in decreased accumulation of carbonyls and amyloid beta-proteins, as well as improved memory. It appears that exercise-induced modulation of the redox state is an important means by which exercise benefits brain function, increases the resistance against oxidative stress, and facilitates recovery from oxidative stress.Au cours du métabolisme aérobie, il y a une production continue d'espèces oxygénées radicalaires (ROS). Un certain niveau de ROS, selon la nature et l'âge des cellules, les antécédents d'exposition aux ROS, etc., pourrait favoriser des fonctions cellulaires spécifiques. Effectivement, les ROS stimulent un certain nombre de réponses au stress et activent chez les gènes l'expression d'un large éventail de protéines. Dans le processus du vieillissement et de la pathogenèse de plusieurs maladies dégénératives, on observe la présence de plus hautes concentrations de ROS. Comme le système nerveux central (CNS) affiche une plus grande sensibilité aux ROS, il importe de maintenir l'activité d'oxydo-réduction dans les diverses variétés de cellules nerveuses. Au cours de la dernière décennie, les études ont démontré le rôle positif de l'activité physique sur les fonctions cérébrales ainsi qu'un rôle préventif et thérapeutique chez des patients ayant eu un accident vasculaire cérébral ou souffrant de la maladie d'Alzheimer ou de Parkinson. Les effets de l'activité physique, quoique complexes, pourraient inclure la neurogenèse au moyen de facteurs neurotrophiques, une augmentation de la capillarisation, une diminution des lésions dues aux oxydations et une plus grande dégradation protéolytique par le protéasome et la néprilysine. Des observations faites dans nos laboratoires et ailleurs indiquent que la modulation par l'activité physique des niveaux de ROS joue un rôle dans le contenu protéique et l'expression des facteurs neurotrophiques dérivés du cerveau (BDNF), de la kinase B du récepteur de la tyrosine (TrkB) et de la protéine CREB («cAMP response element binding protein»), ce qui améliore les fonctions et favorise la neurogenèse. L'augmentation de l'activité du protéasome et de la néprilysine minimise l'accumulation de carbonyles et de protéines bêta-amyloïdes et améliore la mémoire. La modulation de l'activité d'oxydo-réduction apportée par l'activité physique constituerait un bon moyen de stimuler les fonctions cérébrales, d'augmenter la résistance au stress oxydatif et de faciliter la récupération consécutive au stress oxydatif.