Effets de l'exercice aérobique combiné à un supplément nutritionnel de spiruline sur l'apprentissage et la mémoire chez les rats diabétiques de type 2 et son mécanisme
Environ 65% des patients atteints de diabète de type 2 présentent un dysfonctionnement cognitif cérébral, qui se manifeste dès les premiers stades et s'aggrave avec la prolongation de l'évolution de la maladie. Les manifestations cliniques du dysfonctionnement cognitif dans le diabète sont principalement les capacités d'apprentissage et de mémoire, en particulier le déclin de la capacité de positionnement spatial, et même la maladie d'Alzheimer, qui est devenue un problème médical et de santé publique à l'échelle mondiale. On sait que le traitement médicamenteux est nécessaire dans le traitement de l'apprentissage et de la mémoire du diabète, mais l'effet du traitement clinique n'est pas idéal et il y a de nombreux effets indésirables. Récemment, de plus en plus d'études estiment que l'utilisation de produits naturels pour prévenir l'apprentissage et la mémoire du diabète peut produire le même effet avec moins d'effets indésirables. La spiruline est un aliment naturel pur, complet et équilibré sur le plan nutritionnel, dont les fonctions biologiques comprennent la lutte contre la fatigue, le vieillissement et la régulation immunitaire. La recherche sur la spiruline et le diabète se concentre principalement sur la réduction de la glycémie, l'inhibition de la voie de signalisation inflammatoire rénale et l'anti-inflammation. La dernière découverte montre que la spiruline a un effet anti-Alzheimer sur les troubles de la mémoire chez les souris. Cependant, peu de recherches ont été menées sur l'effet de la spiruline sur l'apprentissage et la mémoire dans le diabète. L'exercice aérobique est la base de la fonction d'apprentissage et de mémoire pour prévenir et traiter le diabète. Kim et d'autres études ont montré que l'exercice aérobie traditionnel sur tapis roulant peut améliorer la mémoire à court terme et la capacité d'apprentissage spatial des rats diabétiques. Mais jusqu'à présent, l'effet de l'exercice aérobique combiné à une supplémentation en spiruline sur l'apprentissage et la mémoire des diabétiques n'est pas encore clair.

Par conséquent, cette étude vise à utiliser le modèle des rats diabétiques de type 2 pour étudier les effets de l'exercice aérobique et de la spiruline sur l'amélioration de l'apprentissage et de la mémoire chez les rats diabétiques, et sur le signal extracellulaire régulé par la kinase (ERK), les protéines de la voie de signalisation de l'élément de réponse à l'AMPc (CREB) et l'apoptose des cellules hippocampiques, afin de fournir des données expérimentales pour trouver de nouvelles méthodes pour améliorer l'apprentissage et la mémoire dans le diabète et l'application de la spiruline dans la médecine du sport.

L'épreuve d'hyperglycémie provoquée par voie orale (HGPO) est actuellement l'étalon-or pour l'évaluation du métabolisme du glucose, et c'est aussi une méthode couramment utilisée pour l'évaluation clinique de la fonction des cellules bêta du pancréas et de la sensibilité à l'insuline. Cette étude a suivi la méthode de Hou et al. et a effectué un test OGTT sur des rats nourris avec un régime riche en graisses pendant 5 semaines. Il a été constaté que les rats présentaient une hyperglycémie et une hyperinsulinémie à jeun, ce qui indique une altération de la tolérance au glucose et une résistance à l'insuline. Associés à la destruction sélective des cellules bêta du pancréas par l'injection de STZ, les symptômes de consommation excessive d'alcool, de nourriture et d'urine sont devenus de plus en plus évidents au bout d'une semaine chez les rats modèles. Parallèlement, au cours de l'expérience, les rats ont perdu du poids, ont eu des poils clairsemés de couleur jaune et terne, des selles molles et des mouvements lents. Après 8 semaines de cycle expérimental, les principales caractéristiques cliniques de l'hyperglycémie et de l'hyperinsulinémie sont toujours apparues chez les rats modèles de diabète de type 2, ce qui indique que les rats modèles de diabète de type 2 ont été induits avec succès. L'augmentation des taux d'insuline chez les souris modèles au cours de l'expérience peut être liée à la diminution de la teneur en récepteurs d'insuline sur la membrane de la cellule cible, à la réduction de l'efficacité de l'action de l'insuline et à la sécrétion compensatoire excessive d'insuline par l'organisme. Huit semaines d'exercice aérobique peuvent réduire la glycémie et les taux d'insuline des rats, mais n'ont pas d'effet évident sur le poids corporel. La raison peut être liée au fait que l'exercice régulier peut augmenter la sensibilité du muscle squelettique à l'insuline chez les rats diabétiques, favoriser l'absorption directe du glucose par le muscle squelettique et réduire la glycémie ; et cet effet ne dépend pas de la perte de poids.

Des études ont confirmé que les rats diabétiques induits par un régime riche en graisses et par la STZ présentaient des troubles de l'apprentissage et de la mémoire. Le test du labyrinthe aquatique de Morris a également montré que les rats diabétiques de type 2 hyperglycémiques induits par cette étude présentaient un déclin significatif des capacités d'apprentissage spatial et de mémoire, ce qui est cohérent avec les études précédentes. Des études animales ont confirmé que l'hyperglycémie peut provoquer l'apoptose des cellules. Cette étude a révélé que, par rapport au groupe témoin, le taux d'apoptose des cellules hippocampiques chez les rats hyperglycémiques augmentait de manière significative, ce qui indique que l'hyperglycémie provoquée par le diabète entraîne une augmentation plus importante de l'apoptose des cellules hippocampiques, ce qui concorde avec des études antérieures. Dans le même temps, la latence de fuite des rats a été significativement prolongée et le nombre de fois où ils ont traversé la plate-forme a été significativement réduit, ce qui indique que le déclin des capacités d'apprentissage et de mémoire dans le diabète est étroitement lié à l'apoptose des neurones de l'hippocampe. L'exercice aérobique a un effet antiapoptotique sur les cellules de l'hippocampe. Après huit semaines d'exercice sur tapis roulant, le taux d'apoptose des cellules hippocampiques des souris modèles a été considérablement réduit, et la fonction d'apprentissage et de mémoire s'est améliorée. Cela indique que l'exercice aérobique à long terme a un effet antiapoptotique sur les cellules hippocampiques et améliore l'apprentissage et la mémoire du diabète, ce qui peut être lié à son effet hypoglycémiant.

Ces dernières années, l'étude de la relation entre les changements dans les voies de transduction du signal dans le système nerveux et l'apprentissage et la mémoire est devenue un nouveau point chaud de la recherche. ERK est largement répandue dans le système nerveux central, avec une expression significative dans des zones telles que l'hippocampe, le striatum et le cortex préfrontal, et est étroitement liée à l'apprentissage et à la mémoire. CREB est une protéine nucléaire qui a pour fonction de réguler la transcription des gènes. La CREB est l'une des principales molécules de signalisation en aval de l'ERK. L'activation de l'ERK régule la plasticité synaptique et améliore les capacités d'apprentissage et de mémorisation du cerveau en activant l'expression de la CREB en aval. La voie de signalisation intracellulaire ERK/CREB joue un rôle de "commutateur" dans la régulation des capacités d'apprentissage et de mémorisation du cerveau ainsi que de la plasticité synaptique. La phosphorylation des molécules de signalisation est un moyen d'activer les voies de signalisation. Les résultats de cette étude ont montré que, par rapport au groupe témoin, les niveaux de p-ERK/ERK et de p-CREB/CREB chez les rats modèles étaient significativement réduits, ce qui suggère que l'hyperglycémie dans le diabète pourrait entraîner une régulation à la baisse des signaux ERK/CREB. Après un exercice aérobique sur tapis roulant, les niveaux de p-ERK/ERK et de p-CREB/CREB chez les rats modèles ont augmenté de manière significative, ce qui indique qu'un exercice modéré peut affecter l'expression des protéines de signalisation ERK/CREB, réparer les dommages causés aux neurones de l'hippocampe et améliorer l'apprentissage et la mémoire. L'exercice aérobique est une méthode non pharmacologique qui affecte directement l'hippocampe et les synapses neuronales. L'exercice aérobique à long terme peut favoriser l'expression des protéines liées à la mémoire de l'hippocampe, telles que ERK et CREB, ce qui a pour effet de réparer les lésions des cellules neuronales de l'hippocampe et d'améliorer l'apprentissage et la mémoire. La recherche a également montré que l'inhibition de l'expression de CREB peut favoriser l'apoptose des neurones corticaux soumis à une privation d'oxygène et de glucose ou à une réoxygénation. La régulation des protéines des voies de signalisation ERK et CREB a des effets antiapoptotiques, ce qui permet d'obtenir des effets neuroprotecteurs par le biais de cette voie. La voie de signalisation ERK pourrait être un mécanisme commun d'induction de la plasticité synaptique dans l'hippocampe multiple. La protéase-3 spécifique au cystinyl aspartate (caspase-3) est un moteur et une molécule exécutive clé de l'apoptose cellulaire, et son activation est une étape importante du clivage des protéines cellulaires au cours de la mort cellulaire programmée. Cette étude montre que l'exercice aérobie augmente la signalisation ERK/CREB, réduit l'expression de la caspase-3 activée et inhibe l'apoptose cellulaire. On suppose que l'exercice aérobique dans ces conditions expérimentales peut réduire la glycémie, stimuler la voie de signalisation ERK/CREB, réduire l'expression de la caspase-3 clivée, améliorer la capacité de l'hippocampe à résister à l'apoptose, promouvoir la réparation des neurones hippocampiques et ainsi prévenir le déclin de l'apprentissage spatial et de la mémoire lié au diabète. À l'heure actuelle, peu de recherches ont été menées sur le signal ERK/CREB et l'exercice aérobique contre l'apprentissage et la mémoire liés au diabète. L'effet antiapoptose du signal ERK/CREB sur les cellules de l'hippocampe pourrait être l'un des mécanismes neuroprotecteurs de l'exercice qui améliore l'apprentissage et la mémoire dans le diabète.

La spiruline a de nombreuses fonctions, telles que l'hypoglycémie, l'antioxydation, etc. Elle est considérée comme la source de protéines humaines au 21e siècle. À l'heure actuelle, de nombreux pays font de la spiruline un aliment de santé nutritionnel, utilisé pour compléter les besoins nutritionnels de l'homme et pour prévenir et traiter diverses maladies (telles que le diabète, l'hypertension, etc.). Des études récentes ont montré que la spiruline a des effets neuroprotecteurs sur l'amélioration de la mémoire et la résistance aux lésions de la mémoire. Son mécanisme est lié à l'augmentation de l'expression de la nNOS, à l'inhibition de l'expression de la protéine GSK-3 β et à l'amélioration du dysfonctionnement cognitif chez les rats causé par le dépôt de la protéine A β 1-42. Toutefois, aucun rapport ne fait état de l'amélioration de l'apprentissage et de la mémoire chez les diabétiques grâce à la spiruline. On ne sait toujours pas si la spiruline peut améliorer ou renforcer l'apprentissage et la mémoire des rats diabétiques en réduisant la glycémie et en affectant la voie de signalisation ERK/CREB.

Cette étude montre qu'après une supplémentation en spiruline, l'apprentissage et la mémoire des rats diabétiques sont considérablement améliorés, tandis que la glycémie et la teneur en insuline diminuent, que le signal ERK/CREB dans l'hippocampe augmente considérablement et que la caspase-3 clivée et le taux d'apoptose diminuent de manière significative. Cela suggère que la spiruline peut améliorer l'apprentissage et la mémoire en réduisant la glycémie et en réparant la fonction des cellules endommagées des îlots pancréatiques. Son mécanisme peut être réalisé en renforçant le signal ERK/CREB dans l'hippocampe et en inhibant l'apoptose des cellules hippocampiques. Des études antérieures ont montré que la spiruline augmente la signalisation du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) dans l'hippocampe et améliore les lésions de l'hippocampe chez les rats du modèle de fatigue due à l'exercice. Le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) se lie à son récepteur tyrosine kinase B (TrkB) et peut induire l'activation du CREB en activant l'ERK, ce qui entraîne une signalisation soutenue du CREB ; l'amélioration de la signalisation ERK/CREB du BDNF/TrkB est bénéfique pour améliorer l'apprentissage et la mémoire de l'hippocampe. L'étude des souris app/ps1 a révélé qu'une augmentation des niveaux de protéine β-amyloïde régulait à la baisse la phosphorylation du CREB, entraînant une diminution de l'autophosphorylation du TrkB induite par le BDNF dans l'hippocampe et une diminution de l'expression du CREB activée par ERK, ce qui peut entraîner un déclin des capacités d'apprentissage et de mémorisation. La spiruline peut augmenter de manière significative l'ERK, le CREB et d'autres molécules de signalisation clés dans l'apprentissage et la mémoire des neurones de l'hippocampe, et inhiber l'apoptose cellulaire dans une certaine mesure, ce qui pourrait être l'un de ses nouveaux mécanismes de protection du cerveau contre les lésions de l'apprentissage et de la mémoire dans le cadre du diabète.

L'étude a également révélé qu'après 8 semaines d'exercices combinés à la spiruline, l'effet d'amélioration de l'apprentissage et de la mémoire des rats diabétiques était également meilleur que celui du seul groupe d'exercices aérobiques et du groupe de spiruline, ce qui indique que les exercices combinés à la spiruline ont un effet synergique. La thérapie par l'exercice, en tant que complément de la thérapie médicamenteuse, a de bonnes perspectives d'application. L'effet d'amélioration de l'exercice aérobique combiné à la spiruline est cohérent avec l'effet neuroprotecteur de l'exercice aérobique combiné au resvératrol dans le modèle du diabète de type 2. L'étude des mécanismes a montré que les niveaux de p-ERK/ERK et de p-CREB/CREB dans le groupe combiné exercice et spiruline étaient significativement plus élevés que dans le groupe exercice aérobique et spiruline, que l'expression de la caspase-3 clivée était significativement réduite et que le taux d'apoptose était significativement réduit, suggérant que l'exercice combiné à la supplémentation en spiruline peut activer davantage la voie de signalisation ERK/CREB, promouvoir l'activation des protéines clés ERK et CREB dans la mémoire de l'hippocampe, inhiber efficacement l'apoptose des cellules de l'hippocampe, jouant ainsi un rôle neuroprotecteur dans la réduction de la glycémie et l'amélioration de l'apprentissage et de la mémoire chez les rats diabétiques. C'est peut-être une raison importante pour laquelle l'exercice combiné à la spiruline peut améliorer l'apprentissage et la mémoire chez les diabétiques. L'exercice combiné à un supplément nutritionnel pourrait devenir un nouveau moyen d'améliorer l'apprentissage et la mémoire dans les maladies neurodégénératives liées au diabète.

Il convient de noter que le taux d'insuline du groupe DES de cette étude a pratiquement retrouvé son niveau normal à la fin de la période d'intervention (8e semaine), et bien que la concentration de glucose dans le sang se soit considérablement améliorée, elle est toujours nettement supérieure au niveau normal, ce qui suggère que le diabète est une maladie progressive continue, que l'exercice et la spiruline ne peuvent pas rétablir le taux de glucose dans le sang à un niveau normal en un temps limité, mais peuvent réparer la fonction endommagée des cellules des îlots de Langerhans, de sorte que la sécrétion d'insuline tende à être normale. Il est suggéré que les patients atteints de diabète de type 2 adhèrent à un exercice aérobique régulier pendant une longue période et qu'ils fassent attention au supplément approprié de spiruline dans le régime alimentaire.

On peut constater que dans les conditions de cette expérience, l'exercice aérobique et la spiruline peuvent réduire efficacement la glycémie, améliorer l'apprentissage et la mémoire des rats atteints de diabète de type 2, et que l'exercice combiné à la spiruline a un effet d'application plus évident, qui est supérieur à l'exercice aérobique simple et à la spiruline. Son mécanisme est lié à la régulation à la hausse du signal ERK/CREB dans l'hippocampe, à la réduction de l'expression de la caspase-3 clivée, à l'inhibition de l'apoptose cellulaire dans une certaine mesure, et joue un rôle protecteur dans les neurones de l'hippocampe. La voie de signalisation ERK/CREB pourrait devenir une cible potentielle pour l'exercice aérobique et la spiruline afin d'améliorer l'apprentissage et la mémoire de l'hippocampe chez les diabétiques.