Recentemente si è scoperto un nuovo ormone, prodotto e secreto dal nostro apparato muscolare: questo ormone si chiama Irisina, dal nome della dea greca Iris, la dea che aveva il compito di far comunicare gli umani con gli altri dei. L’irisina, proprio come la dea, mette in comunicazione i diversi tessuti del nostro organismo, poiché una volta rilasciata dal muscolo, essa circola nel torrente sanguigno.
Irisina: l’ormone dello sport
Gli studi condotti inizialmente dall’Università di Harvard e successivamente da numerosi laboratori in tutto il mondo, compresa l’Italia, che ne ha dato numerosi contributi, stanno mettendo alla luce importanti ruoli. La scoperta sensazionale è che tale ormone è prodotto durante l’attività fisica, tanto che è definito “l’ormone dello sport”. In particolare, quando si pratica attività fisica di tipo HIIT, la contrazione muscolare determina la produzione e secrezione dell’irisina.
Il rilascio di tale ormone determina:
- il cosiddetto “browning“, ovvero la conversione della cellula adiposa bianca in cellula adiposa bruna. In tal senso, si può affermare che l’irisina è una molecola “brucia grassi”;
- la produzione di nuovo tessuto osseo, importante scoperta che apre nuove frontiere terapeutiche per combattere l’osteoporosi;
- la stimolazione dello sviluppo di nuove cellule nervose e incremento del numero di sinapsi, potenziando memoria, apprendimento e capacità cognitive.
L’irisina da quando è stata identificata nel 2012 ha quindi raggiunto notorietà e scalpore nella biologia medica per la sua potenziale importanza terapeutica nelle malattie metaboliche e di osteoporosi; tuttavia il suo ruolo e le sue funzioni necessitano ancora di ulteriori studi funzionali sia in condizioni normali che patologiche.
L’obiettivo delle ricerche sul legame tra irisina e grassi non è certamente fornire un escamotage per il dimagrimento alle persone pigre, quanto piuttosto una soluzione all’obesità e ai disturbi metabolici che migliorano con l’attività fisica per tutti coloro che, come gli anziani o chi ha problemi fisici, non può muoversi a sufficienza.
Irisina: l’ormone brucia-grassi prodotto dai muscoli
Molti studi hanno messo in evidenza il ruolo dell’esercizio fisico non solo sulla riduzione del peso corporeo ma anche sul corretto funzionamento di diversi organi come il fegato, il cervello, il tessuto adiposo ed il cuore.
Il muscolo scheletrico è un tessuto metabolicamente attivo che è stato identificato come un organo secretorio in quanto produce e rilascia molecole chiamate citochine con azione ormonale 1-2 che potrebbero essere coinvolte negli effetti benefici dell’esercizio fisico sui diversi organi. In uno studio del Prof. Pederson del 1985 si introdusse il nome “Miochina” per inquadrare tutte le molecole secrete dal muscolo scheletrico, che viene da allora quindi paragonato a tutti gli effetti ad un organo endocrino, autocrino e paracrino. L’identificazione delle diverse centinaia di miochine del muscolo scheletrico fornisce la base per la comprensione di come il muscolo possa comunicare con gli altri organi.0
Una delle ultime miochine identificate è l’irisina, la cui scoperta è stata annunciata su Nature nel 2012. La scoperta avvenne sui topi, modello animale spesso utilizzato per la sua somiglianza genetica all’uomo. L’irisina è una proteina rilasciata dal muscolo scheletrico dopo l’esercizio fisico ed è prodotta dal taglio proteolitico di una proteina chiamata FNDC (dall’inglese “fibronectin type III domain containing 5”).
Ruoli Fisiologici dell’Irisina
Il primo ruolo fisiologico dell’irisina, identificato dal suo stesso scopritore il Prof. Bruce Spiegelman, dell’Università di Harvard, è relativo al ruolo della irisina come attivatrice del tessuto adiposo bruno (BAT). Il BAT ha il ruolo di consumare energia ed è implicato nella termogenesi, a differenza del tessuto adiposo bianco (WAT) che ha invece la funzione di immagazzinare trigliceridi. Studi recenti hanno dimostrato che il BAT non solo è presente negli infanti, ma anche negli adulti. Questa scoperta ha aperto nuovi orizzonti terapeutici nei riguardi di malattie metaboliche come l’obesità ed il diabete di tipo 2. In particolare la conversione da WAT a BAT è mediata dall’irisina10,11; ovvero l’irisina ha il ruolo di convertire in cellule adipose definite “brite o beige”, in grado di svolgere un’elevata e attiva termogenesi. Questo studio è stato portato avanti dalla collaborazione del gruppo di Harvard con l’Università Politecnica delle Marche, in particolare con il gruppo del Prof. Cinti.
Dopo la pubblicazione di questi promettenti risultati, numerosi laboratori hanno iniziato ad occuparsene, ma sulle reali funzioni di questo ormone non c’è stata unanimità tra gli scienziati.
Un recente lavoro pubblicato ad ottobre del 2015, dallo stesso Prof. Spiegelman BM, sulla prestigiosa rivista Cell Metabolism10, ha dimostrato che il livello di irisina è aumentato nei pazienti sottoposti a interval training aerobico, rispetto a individui sedentari. Questi dati dimostrano quindi in modo inequivocabile che l’irisina è regolata dall’esercizio fisico.
Altri importanti ruoli fisiologici dell’irisina sono stati identificati in questi anni, aprendo nuove frontiere sull’uso dell’irisina come marcatore in diverse condizioni fisiologiche e patologiche, come:
- marcatore del diabete mellito di tipo 2 nelle fasi precoci di angiopatie del diabete mellito di tipo 2;
- marcatore della funzionalità renale;
- molecola implicata nella regolazione dell’osso “corticale”, la parte esterna, liscia e dura responsabile dell’integrità dell’osso, in termini di un aumento di massa ossea e di un miglioramento della struttura, della resistenza e della forza.
Infine una funzione molto importante l’irisina la giocherebbe nella neurogenesi dell’ippocampo. È noto che la produzione e la sopravvivenza dei neuroni di nuova formazione nella regione dell’ippocampo è necessario rispondere all’ambiente esterno negli esseri umani ed in altri vertebrati.
L’esercizio fisico, gli antidepressivi e lo stress regolano la neurogenesi dell’ippocampo. È noto che l’esercizio fisico aumenta la generazione di neuroni tuttavia, circa la metà dei neuroni generati subisce una morte cellulare programmata entro uno/due settimane. D’altro canto, è stato dimostrato che i neuroni dell’ippocampo possono essere salvati dalla morte cellulare programmata, aumentando la formazione di competenze (“mental training”) in combinazione con l’allenamento fisico.
Infine, per concludere il cerchio, è stato recentemente dimostrato che il cervello umano esprime l’irisina54 e vi sono dati sperimentali che evidenziano un ruolo dell’irisina nello sviluppo delle abilità cognitive.
Conclusioni
Riassumendo, l’irisina ha ottenuto un notevole importanza nella biologia medica per la sua potenziale importanza terapeutica in malattie metaboliche; tuttavia il suo ruolo e le sue funzioni necessitano di ulteriori studi.
L’obiettivo delle ricerche sul legame tra irisina e grassi non è certamente fornire una scorciatoia per il dimagrimento alle persone pigre, quanto piuttosto una soluzione all’obesità e ai disturbi metabolici che migliorano con l’attività fisica per tutti coloro che, come gli anziani o chi ha problemi fisici, non può muoversi a sufficienza.
Analogamente, la nuova scoperta sull’importanza dell’irisina per la produzione di nuovo tessuto osseo può indicare la strada per la produzione di un farmaco che simuli l’attività fisica per il trattamento dell’osteoporosi.
Questo è l’approfondimento integrale sull’Irisina che ho scritto per il mio libro “Impacto Training, 20minuti al giorno, risultati in 8 settimane” di cui è stata pubblicata solo la prima parte
Bibliografia:
1. PEDERSEN BK, FEBBRAIO MA. Muscles, exercise and obesity: skeletal muscle as a secretory organ. Nat Rev Endocrinol 2012; 8: 457-465.
2. BORTOLUZZI S, SCANNAPIECO P, CESTARO A, DANIELI GA, SCHIAFFINO S. Computational reconstruction of the human skeletal muscle secretome. Proteins 2006; 62: 776-792.
3. PEDERSEN BK. Muscles and their myokines. J Exp Biol 2011; 214: 337-346.
4. BOSTROM P, WU J, JEDRYCHOWSKI MP, KORDE A, YE L, LO JC, RASBACH KA, BOSTROM EA, CHOI JH, LONG JZ, KAJIMURA S, ZINGARETTI MC, VIND BF, TU H, CINTI S, HOJLUND K, GYGI SP, SPIEGELMAN BM. A PGC1-alpha-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature 2012; 481: 463-468.
5. HUH JY, PANAGIOTOU G, MOUGIOS V, BRINKOETTER M, VAMVINI MT, SCHNEIDER BE, MANTZOROS CS. FNDC5 and irisin in humans: I. Predictors of circulating concentrations in serum and plasma and II. mR- NA expression and circulating concentrations in response to weight loss and exercise. Metabolism 2012; 61: 1725-1738.
6. SHARMA N, CASTORENA CM, CARTEE GD. Greater insulin sensitivity in calorie restricted rats occurs with unaltered circulating levels of several important myokines and cytokines. Nutr Metab (Lond) 2012; 9: 90.
7. LIU JJ, WONG MD, TOY WC, TAN CS, LIU S, NG XW, TAVINTHARAN S, SUM CF, LIM SC. Lower circulating irisin is associated with type 2 diabetes mellitus. J Diabetes Complications 2013; 27: 365-369.
8. JEDRYCHOWSKI MP, WRANN CD , PAOLO JA, GERBER KK , SZPYT J, ROBINSON MM , NAIR KS, GYGI SP, SPIEGELMAN BM. Detection and Quantitation of Circulating Human Irisin by Tandem Mass Spectrometry.Cell. Metab 2015 6 ottobre; 22 (4): 734-40.
9. VIRTANEN KA, LIDELL ME, ORAVA J, HEGLIND M, WESTERGREN R, NIEMI T, TAITTONEN M, LAINE J, SAVISTO NJ, ENERBACK S, NUUTILA P. Functional brown adipose tissue in healthy adults. N Engl J Med 2009; 360: 1518-1525.
10. SHAN T, LIANG X, BI P, KUANG S. Myostatin knockout drives browning of white adipose tissue through activating the AMPK-PGC1alpha-Fndc5 pathway in muscle. FASEB J 2013; 27: 1981-1989.
11. ZHANG Y, LI R, MENG Y, LI S, DONELAN W, ZHAO Y, QI L, ZHANG M, WANG X, CUI T, YANG LJ, TANG D. Irisin stimulates browning of white adipocytes through mitogen-activated protein kinase p38 MAP kinase and ERK MAP kinase signaling. Diabetes 2014; 63: 514-525.
12. AYDIN S, KULOGLU T, EREN MN, CELIK A, YILMAZ M, KALAYCI M, SAHIN I, GUNGOR O, GUREL A, OGETURK M, DABAK O. Cardiac, skeletal muscle and serum irisin responses to with or without water exercise in young and old male rats: cardiac muscle produces more irisin than skeletal muscle. Peptides 2014; 52: 68-73.
13. KOMOLKA K, ALBRECHT E, SCHERING L, BRENMOEHL J, HOEFLICH A, MAAK S. Locus characterization and gene expression of bovine FNDC5: is the myokine irisin relevant in cattle? PLoS One 2014; 9: e88060.
14. FAIN JN, COMPANY JM, BOOTH FW, LAUGHLIN MH, PADILLA J, JENKINS NT, BAHOUTH SW, SACKS HS. Exercise training does not increase muscle FNDC5 protein or mRNA expression in pigs. Metabolism 2013; 62: 1503-1511.
15. STENGEL A, HOFMANN T, GOEBEL-STENGEL M, ELBELT U, KOBELT P, KLAPP BF. Circulating levels of irisin in patients with anorexia nervosa and different stages of obesity–correlation with body mass index. Peptides 2013; 39: 125-130.
16. KURDIOVA T, BALAZ M, MAYER A, MADEROVA D, BELAN V, WOLFRUM C, UKROPEC J, UKROPCOVA B. Exercise- mimicking treatment fails to increase Fndc5 mR- NA & irisin secretion in primary human myotubes. Peptides 2014; 56: 1-7.
17. RASCHKE S, ELSEN M, GASSENHUBER H, SOMMERFELD M, SCHWAHN U, BROCKMANN B, JUNG R, WISLOFF U, TJON- NA AE, RAASTAD T, HALLEN J, NORHEIM F, DREVON CA, ROMACHO T, ECKARDT K, ECKEL J. Evidence against a beneficial effect of iri
18.NORHEIM F, LANGLEITE TM, HJORTH M, HOLEN T, KIELLAND A, STADHEIM HK, GULSETH HL, BIRKELAND KI, JENSEN J, DREVON CA. The effects of acute and chronic exercise on PGC-1alpha, irisin and browning of subcutaneous adipose tissue in humans. FEBS J 2014; 281: 739-749.
19. IVANOV IP, FIRTH AE, MICHEL AM, ATKINS JF, BARANOV PV. Identification of evolutionarily conserved non- AUG-initiated N-terminal extensions in human coding sequences. Nucleic Acids Res 2011; 39: 4220-4234.
20. VAN GREEVENBROEK MM, SCHALKWIJK CG, STEHOUWER CD. Obesity-associated low-grade inflammation in type 2 diabetes mellitus: causes and consequences. Neth J Med 2013; 71: 174-187.
21. IIJIMA K, IIMURO S, SHINOZAKI T, OHASHI Y, SAKURAI T, UMEGAKI H, ARAKI A, OUCHI Y, ITO H. Lower physical activity is a strong predictor of cardiovascular events in elderly patients with type 2 diabetes mellitus beyond traditional risk factors: the Japanese Elderly Diabetes Intervention Trial. Geriatr Gerontol Int 2012; 12: 77-87.
22. HANDSCHIN C, SPIEGELMAN BM. The role of exercise and PGC1alpha in inflammation and chronic dis- ease. Nature 2008; 454: 463-469.
23. KIM JA, MONTAGNANI M, KOH KK, QUON MJ. Reciprocal relationships between insulin resistance and endothelial dysfunction: molecular and patho- physiological mechanisms. Circulation 2006; 113: 1888-1904.
24. EBERT T, FOCKE D, PETROFF D, WURST U, RICHTER J, BACHMANN A, LOSSNER U, KRALISCH S, KRATZSCH J, BEIGE J, BAST I, ANDERS M, BLUHER M, STUMVOLL M, FASSHAUER M. Serum levels of the myokine irisin in relation to metabolic and renal function. Eur J Endocrinol 2014; 170: 501-506.
25. COLAIANNI G, CUSCITO C, MONGELLI T, PIGNATARO P, BUCCOLIERO C, LIU P, LU P, SARTINI L, DI COMITE M, MORI G, DI BENEDETTO A, BRUNETTI G, YUEN T, SUN L, RESELAND JE, COLUCCI S, NEW MI, ZAIDI M, CINTI S, GRANO M. The myokine irisin increases cortical bone mass. Proc Natl Acad Sci U S A 2015; 112: 12157-12162.
26. CLARK PJ, BRZEZINSKA WJ, THOMAS MW, RYZHENKO NA, TOSHKOV SA, RHODES JS. Intact neurogenesis is required for benefits of exercise on spatial memory but not motor performance or contextual fear conditioning in C57BL/6J mice. Neurosci 2008; 155: 1048-1058.
27. CURLIK DM, 2ND, SHORS TJ. Training your brain: do mental and physical (MAP) training enhance cognition through the process of neurogenesis in the hippocampus? Neuropharmacology 2013; 64: 506-514.
28. MOON HS, DINCER F, MANTZOROS CS. Pharmacological concentrations of irisin increase cell proliferation without influencing markers of neurite out-growth and synaptogenesis in mouse H19-7 hippocampal cell lines. Metabolism 2013; 62: 1131- 1136.
