L’influenza dell'attività fisica non riguarda solo chi la pratica, ma attraverso le implicazioni epigenetiche ha un impatto importante anche sulle future generazioni, quindi sui figli di genitori attivi[1].
Un’ampia revisione[2] sul tema, lascia emergere che la pratica di esercizio fisico può comportare modifiche nei modelli di metilazione del DNA, nei livelli di mRNA e nei risultati funzionali nella progenie di individui che si allenano. Sono stati osservati cambiamenti sia nella metilazione globale del DNA che nella metilazione di regioni promotori di geni specifici. Inoltre l'esercizio è stato in grado di attenuare o invertire alcune delle modifiche nella metilazione associate a diete ad alto contenuto di grassi.
È stato dimostrato che l'esercizio fisico materno durante la gravidanza può ridurre le alterazioni metaboliche nei figli causate da una eventuale dieta ad alto contenuto di grassi assunta dalla madre. Il processo avviene per aumento dell'attività dell'AMPK[3] che potenzia la biogenesi mitocondriale e la funzione respiratoria mitocondriale mediata dalla demetilazione del DNA in siti specifici[4]. Inoltre l'esercizio fisico materno potenzia la capacità ossidativa dei muscoli della prole influenzando i tipi di fibre muscolari da glicolitiche a ossidative[5] senza alterare la massa muscolare, elemento che potrebbe essere associato a un aumento della biogenesi mitocondriale[6].
Le modifiche epigenetiche nella progenie di individui che si allenano coinvolgono soprattutto geni con funzioni metaboliche rilevanti, come la regolazione del metabolismo ossidativo e del trasporto del glucosio, ma i benefici non sono solo di ordine muscolare e metabolico.
Diversi studi hanno dimostrato come madri impegnate in attività aerobiche influenzino i processi cognitivi, e in particolare la capacità di memorizzazione e apprendimento dei figli, in parte influenzando il rilascio di BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor) e la neurogenesi nell'ippocampo. Questo avviene garantendo un adeguato equilibrio tra ipermetilazione e demetilazione del DNA nell'ippocampo, l'ipermetilazione del DNA è generalmente associata alla soppressione dei geni importanti per l'omeostasi cellulare. Al contrario la demetilazione del DNA è associata all'aumento dell'espressione di geni che promuovono la plasticità neuronale[7]. Figli di madri attive prima della gravidanza mostrano una diminuzione della metilazione globale del DNA nell'ippocampo da adulti[8], ma anche figli di madri attive nell’uso di sovraccarichi durante la gravidanza hanno ottenuto risultati leggermente migliori in termini di compiti di memorizzazione e apprendimento[9].
Le ricadute epigenetiche sui figli non sono connesse solo con il ruolo della madre, è infatti possibile individuare significative influenze anche per quanto riguarda i padri. L'esercizio può infatti agire alterando la metilazione del DNA nello sperma, apportando cambiamenti epigenetici trasmessi alla progenie che influenzano sia aspetti metabolici che cognitivi. Studi hanno rilevato alterazioni nella metilazione del DNA, nel contenuto di microRNA e nei frammenti di tRNA nello sperma in risposta a una dieta ad alto contenuto di grassi, mitigato proprio dall’attività fisica[10].
Padri fisicamente attivi possono contribuire a ridurre l'espressione dei geni legati all'infiammazione come IL-1β (interleuchina 1 beta) e TNF-α (fattore di necrosi tumorale α) nella placenta, con ricadute positive sull'infiammazione placentare, sul peso dei tessuti fetali e, di conseguenza, sul peso corporeo dei figli[11]. Dopo appena 12 settimane di lavoro ad alta intensità sono stati verificati cambiamenti nella metilazione del DNA negli spermatozoi maturi di giovani uomini sani in geni implicati in una serie di malattie croniche[12].
L'esercizio aerobico svolto dai padri è stato correlato a un potenziamento della plasticità neuronale nei figli, con impatti significativi su apprendimento e memorizzazione, anche in questo caso il tutto è mediato dal rilascio del fattore neurotrofico derivato dal cervello (BDNF)[13]. Inoltre si determina una significativa riduzione della metilazione globale del DNA nell'ippocampo e una conseguente maggiore espressione di geni legati al ciclo cellulare e ai processi mitocondriali, con impatto positivo a livello cognitivo.
Non mancano le ricadute di ordine metabolico sui figli di padri attivi, in particolare con ripercussioni nel profilo metabolico epatico che si traduce con una regolazione della lipogenesi e la riduzione dell'accumulo di grasso nel fegato. Alcuni studi lasciano supporre possano esserci anche ricadute in termini di modulazione insulinica (utile nella prevenzione del diabete di tipo 2) e nella presenza di marker dell’infiammazione.
[1] Boron A, Epigenetic impact of the parents' physical activity on the health of their children, Baltic Journal of Health and Physical Activity, 2021, vol 13, issue 3.
[2] Axsom J E, Libonati J R, Impact of parental exercise on epigenetic modifications inherited by offspring: A systematic review. Physiol Rep. 2019 Nov;7(22):e14287.
[3] L’AMPK (o proteina chinasi attivata dall'AMP), è una proteina chinasi coinvolta nella regolazione del metabolismo energetico delle cellule. Questa proteina è considerata un sensore cellulare dell'energia disponibile, poiché risponde ai livelli di adenosina monofosfato ciclico (AMPc) e adenosina trifosfato (ATP) nelle cellule. Svolge un ruolo chiave nella regolazione del metabolismo dei carboidrati e dei grassi, contribuendo al controllo della glicemia e della produzione di glucosio nel fegato, nonché alla promozione dell'ossidazione dei grassi per generare energia.
[4] Laker RC, Altıntaş A, Lillard TS, et al., Exercise during pregnancy mitigates negative effects of parental obesity on metabolic function in adult mouse offspring. J Appl Physiol (1985). 2021 Mar 1;130(3):605-616.
[5] Le fibre muscolari ossidative e le fibre muscolari glicolitiche sono due tipi di cellule muscolari che differiscono principalmente nella loro capacità di produrre energia. In breve: le fibre muscolari di tipo ossidativo sono sono altamente specializzate nell'utilizzo dell'ossigeno per produrre energia, sono caratterizzate da una ricca presenza di mitocondri, “centrali energetiche delle cellule”, e ricavano energia attraverso il processo di ossidazione degli acidi grassi e dei carboidrati. Sono adatte per attività di lunga durata e di resistenza. Le fibre muscolari di tipo glicolitico ricavano energia dal glucosio anche in assenza di ossigeno. Sono meno ricche di mitocondri rispetto alle fibre ossidative e sono attive in lavori di breve durata e alta intensità, come l'allenamento con i pesi o gli sprint.
[6] Chen X, Luo X, Chen D, Yu B, He J, Huang Z. Arginine promotes porcine type I muscle fibres formation through improvement of mitochondria biogenesis. Br J Nutr. 2020;123:499–507.
[7] Dayi A, Agilkaya S. Ozbal S, et al., Maternal aerobic exercise during pregnancy can increase spatial learning by affecting leptin expression on offspring’s early and late period in life depending on gender, Sci World J. 2012.
[8] Segabinazi E, Spindler C, de Meireles ALF, et al., Effects of maternal physical exercise on global DNA methylation and hippocampal plasticity of rat male offspring. Neuroscience. 2019;418:218–230.
[9] Meireles A L F, Segabinazi E, Spindler C, et al., Maternal resistance exercise promotes changes in neuroplastic and epigenetic marks of offspring's hippocampus during adult life. Physiol Behav. 2021 Mar 1;230:113306.
[10] Stanford K I, et al., (2018). Paternal exercise improves glucose metabolism in adult offspring. Diabetes, 67(12), 2530–2540.
[11] Claycombe-Larson K G, Bundy A N, Roemmich J N, Paternal high-fat diet and exercise regulate sperm miRNA and histone methylation to modify placental inflammation, nutrient transporter mRNA expression and fetal weight in a sex-dependent manner. J Nutr Biochem. 2020;81:108373.
[12] Denham J, O’Brien B J, Harvey J T, and Charchar F J, (2015a). Genome-wide sperm DNA methylation changes after 3 months of exercise training in humans. Epigenomics 7, 717–731.
[13] Mega F. , et al., (2018). Paternal physical exercise demethylates the hippocampal DNA of male pups without modifying the cognitive and physical development. Behavioural Brain Research, 348, 1–8. 10.1016
