Liikunta vaimentaa lihottavat geenit

Teksti: LT, tutkijatohtori Linda Mustelin

Lihavuuden taustalla on usein geneettinen alttius yhdistyneenä lihomista jouduttavaan elinympäristöön. Geeneihimme emme voi vaikuttaa, mutta niiden toimintaan voimme.

Huonot elintavat heikentävät insuliiniherkkyyttä ja haittaavat energia-aineenvaihdunnan geenien toimintaa. Liikunnan harrastaminen voi vaimentaa lihavuudelle altistavien geenien vaikutusta.

Ylipainoinen tyypin 2 diabetesta sairastava potilas on jokaisen diabeetikoita hoitavan lääkärin vastaanotolla tuttuakin tutumpi kävijä. Lihavuus ja sen seuraamukset ovat viime vuosikymmeninä räjähdysmäisesti kasvaneita kansanterveysongelmia. Lihavuus aiheuttaa monen muun taudin ohella laajaa aineenvaihdunnan häiriötä, metabolista oireyhtymää, ja tyypin 2 diabetesta, jonka kasvavien hoitokustannusten kanssa länsimaissa kamppaillaan.

Liikunnan puute on tunnettu lihavuuden riskitekijä (1). Liikunnan puute on myös itsenäinen terveysriski. Maailman terveysjärjestö WHO on listannut liikkumattomuuden neljänneksi suurimmaksi ennenaikaisen kuoleman riskitekijäksi maailmanlaajuisesti (2). Säännöllinen liikunta sen sijaan ehkäisee metabolisen oireyhtymän ja tyypin 2 diabeteksen puhkeamista, vaikkei paino edes laskisi (3).

Geenit vaikuttavat lihavuuden syntyyn

Tiedetään, että geneettiset tekijät vaikuttavat merkittävästi lihavuuden ja sen seurannaissairauksien syntyyn. Jopa 80 % lihavuuseroista väestössä johtuu geneettisistä tekijöistä (4,5). Tämä voi tuntua lohduttomalta – mitä järkeä on yrittää ehkäistä ja hoitaa lihavuutta, jos syypäitä ovat kivikaudelle jämähtäneet geenimme?

On kuitenkin muistettava, että lihavuusepidemia on syntynyt muutamassa vuosikymmenessä, vaikkei geeniperimämme ole juuri muuttunut. Lihavuuden lisääntyminen länsimaissa on ajallisesti yhteydessä teollistumiseen ja talouskasvuun (6). Ympäristömme ja elintapojemme muutoksilla täytyy olla tärkeä rooli lihavuusepidemian synnyssä.

Geenit ja ympäristö toimivat yhdessä

Geenit ja ympäristö eivät toimi toisistaan erillään, vaan yhdessä. Puhutaan geenien ja ympäristön vuorovaikutuksesta, interaktiosta, kun sairauden tai ominaisuuden geneettinen riski kasvaa määrätynlaisessa ympäristössä. Toiset ovat siis geneettisesti herkempiä ympäristön vaikutuksille kuin toiset (7).

Me elämme ympäristössä, jossa ruokaa on yllin kyllin ja liikunta on vapaaehtoista. Tällaisessa ympäristössä lihovat erityisen herkästi ne, joilla on siihen geneettinen alttius.

Ympäristön ja perimän vaikutuksia on vaikea erottaa toisistaan ja tutkia erikseen. Geenien ja ympäristön vuorovaikutusta on hankalaa tutkia, jos ei tiedetä, mitkä geenit vaikuttavat geneettisen riskin takana. Tämä koskee usein monitekijäisiä tiloja, kuten lihavuutta.

Kaksostutkimus tarjoaa tähän ratkaisun. Kaksospari jakaa saman kasvuympäristön, mutta samamunaisten kaksosten perimä on identtinen, heillä on samat geenit, kun taas erimunaiset kaksoset vastaavat geneettisesti tavallisia sisaruksia. Jos samamunaiset kaksosparit ovat jonkin ominaisuuden suhteen järjestään enemmän keskenään samanlaisia kuin erimunaiset parit, niin ominaisuus määräytyy ainakin osittain geneettisesti. Matemaattisten mallinnusmenetelmien avulla voidaan kaksosaineistoa käyttäen arvioida, missä määrin ominaisuudet ja sairaudet johtuvat geneettisistä ja missä määrin ympäristötekijöistä (8).

Tässä artikkelissa esiteltävässä, Suomen diabetestutkijoiden ja diabetologien yhdistyksen vuonna 2013 palkitsemassa väitöstutkimuksessa haluttiin selvittää ympäristön ja geenien yhteisvaikutuksia lihavuuden ja sen seurannaissairauksien synnyssä. Tutkimme näitä kysymyksiä suomalaisilla nuorilla aikuisilla kaksosilla, jotka ovat osallistuneet kahteen maanlaajuiseen kaksosten seurantatutkimukseen (9).

Samat geenit, eri paino

Kaksostutkimuksen tunnetuin ja yksinkertaisin menetelmä on verrata keskenään samamunaisia pareja, jotka eroavat ilmiasultaan toisistaan. Geenien ollessa samat erojen täytyy johtua ympäristöstä ja elintavoista.

Yhdessä väitöskirjan osatyössä (10) tutkittiin samamunaisia kaksosia, joilla oli keskenään merkittävä painoero. Kaksosparin toinen osapuoli oli lihava ja toinen ei. He olivat muutoin täysin terveitä nuoria aikuisia. Pystyimme tutkimaan, miten lihavuus vaikuttaa aineenvaihduntaan ja geenien ilmentymiseen vertaamalla lihavia geneettisesti identtisiin, mutta normaalipainoisiin kaksossisaruksiin.

Ero oli selvä: lihavilla kaksosilla oli lihasmassaan suhteutettuna huonompi kestävyyskunto ja heikompi insuliiniherkkyys kuin heidän normaalipainoisilla sisaruksillaan. He myös harrastivat vähemmän liikuntaa. Lisäksi havaittiin, että lihavilla solujen voimalaitosten eli mitokondrioiden energiantuottoon liittyvien geenien ilmentyminen oli alentunutta. Aiemmin on esitetty, että mitokondrioiden viallinen toiminta voisi olla insuliiniresistenssin kehittymisen taustalla (11).

Tämä tutkimus osoitti, että mitokondrioiden toiminnan heikkeneminen voi olla seurausta lihavuudesta ja liikkumattomuudesta. Samoja kaksosia tutkittaessa on löydetty useita muitakin poikkeamia geenien ilmentymisessä lihavan ja normaalipainoisen kaksosen välillä, mikä viittaa laajaan aineenvaihdunnan häiriötilaan lihavilla kaksosilla (12).

Toisin sanoen, vaikka geneettinen tausta vakioidaan, huonot elintavat aiheuttavat insuliiniresistenssiä ja energia-aineenvaihdunnan geenien toiminnan häiriintymistä terveillä nuorilla aikuisilla.

Liikunta vaikuttaa lihavuusalttiuteen

Kuten aiemmissakin tutkimuksissa, myös tämän väitöskirjatyön kaksosaineistossa yksilöiden väliset lihavuuserot selittyivät suureksi osaksi geneettisillä tekijöillä (13,14). Tämä kansanterveyden näkökulmasta katsottuna pessimistinen löydös on kuitenkin vain osa totuutta.

Pitkään on tiedetty, että säännöllinen liikunta ehkäisee lihavuutta, mutta tämän väitöskirjatutkimuksen alkuvaiheessa ei tiedetty varmasti, vaikuttaako liikunta lihomisalttiuteen geneettisten mekanismien kautta. Kuten samamunaisten kaksosten vertailussa nähtiin, elintavat voivat muuttaa geenien toimintaa.

Aiemmin onkin osoitettu, että liikunta vaimentaa tiettyjen tyypin 2 diabeteksen (15) ja verenpainetaudin (16) riskigeenien vaikutusta. Tutkimme suuren suomalaisen kaksosaineiston avulla (FinnTwin16, mukana noin 5 000 kaksosta), miten liikunta vaikuttaa geneettiseen alttiuteen lihoa.

Tulos oli mielenkiintoinen: liikuntaa harrastamattomilla geneettiset tekijät määräsivät lähes täysin painoindeksin (BMI) ja vyötärönmitan, mutta mitä enemmän liikuntaa tutkimushenkilö harrasti, sen pienempi oli geenien merkitys. Paljon liikuntaa harrastavilla geenien vaikutus painoindeksiin ja erityisesti vyötärönympärykseen oli hyvin pieni. Kaikkein selvimmin tämä näkyi miesten vyötärönympäryksessä (14).

Tämä tarkoittaa sitä, että liikunnalla voidaan vähentää lihavuudelle altistavien geenien vaikutusta. Voisi sanoa, että eniten liikunnasta hyötyvät ne ihmiset, joilla on suurin perinnöllinen alttius lihoa. Aktiivinen liikkuminen näyttää muuttavan lihavuudelle altistavien geenien toimintaa siten, että niiden ”lihottava” vaikutus heikkenee. Tässä on kysymys geenien ja ympäristön välisestä vuorovaikutuksesta, geeni-ympäristöinteraktiosta.

Tutkimuksemme oli ensimmäinen, jossa määritettiin, miten lihavuuden geneettiset tekijät ja liikunta vaikuttavat toisiinsa. Pian sen jälkeen julkaistiin vastaava tulos yhdysvaltalaisessa aineistossa, jossa oli mukana 1930–1950-luvuilla syntyneitä kaksosia (17), ja tuloksemme on toistettu myös tanskalaisessa kaksosaineistossa (18).

Sittemmin tulos on vahvistettu myös suurissa molekyyligeneettisissä meta-analyyseissa, joissa on yhdistetty useiden tutkimusten tulokset. Tunnetuimman lihavuusgeenin, FTO:n (fat mass and obesity gene), vaikutus heikkenee liikuntaa harrastavilla merkittävästi (19), ja liikunta suojaa lihomiselta niitä, joilla on suuri perinnöllinen riski lihoa (20).

Palkittu väitöstutkimus vahvistaa, että liikunta on tärkeässä osassa lihavuuden ja sen seurannaissairauksien, kuten tyypin 2 diabeteksen, ehkäisyssä. Lihavuus ja liikkumattomuus haittaavat jo varhain nuorten terveiden aikuisten aineenvaihduntaa ja häiritsevät mitokondrioiden energia-aineenvaihduntaa.

Säännöllinen liikunta ehkäisee lihavuutta, ei pelkästään koska se lisää energiankulutusta, vaan myös koska se vaimentaa lihavuudelle altistavien geenien toimintaa. Näin ollen ne, joilla on suurin geneettinen riski lihoa, hyötyvät eniten liikunnasta.

Liikunnan terveysvaikutuksia korostavaa tutkimusnäyttöä kertyy lisää koko ajan, ja siksi on syytä vahvistaa liikunnan asemaa lihavuuden ja sen aineenvaihduntaan liittyvien lisäsairauksien ehkäisyssä ja hoidossa.

Muokattu Diabetes ja lääkäri -lehdessä 2/2014 julkaistusta artikkelista, joka perustuu Linda Mustelinin väitöskirjaan: Obesity, physical activity and cardiorespiratory fitness in young adulthood – Studies in Finnish twins. Unigrafia Helsinki 2012. http://ethesis.helsinki.fi

Lähdekirjallisuus

1. K, Kaprio J, Kujala UM. Associations between long-term physical activity, waist circumference and weight gain: a 30-year longitudinal twin study. Int J Obes (Lond) 2008 Feb;32(2):353-361.
2. World Health Organization. Global health risks: mortality and burden of disease attributable to selected major risks. 2009.
3. Church T. Exercise in obesity, metabolic syndrome, and diabetes. Prog Cardiovasc Dis 2011 May-Jun;53(6):412-418.
4. Schousboe K, Willemsen G, Kyvik KO, Mortensen J, Boomsma DI, Cornes BK, et al. Sex differences in heritability of BMI: a comparative study of results from twin studies in eight countries. Twin Res 2003 Oct;6(5):409-421.
5. Schousboe K, Visscher PM, Erbas B, Kyvik KO, Hopper JL, Henriksen JE, et al. Twin study of genetic and environmental influences on adult body size, shape, and composition. Int J Obes Relat Metab Disord 2004 Jan;28(1):39-48.
6. Caballero B. The global epidemic of obesity: an overview. Epidemiol Rev 2007;29:1-5.
7. Campbell H. Gene environment interaction. J Epidemiol Community Health 1996 Aug;50(4):397-400.
8. Neale MC, Cardon LR. Methodology for Genetic Studies of Twins and Families. Dordrecht, The Netherlands: Kluver Academic Publisher; 2003.
9. Kaprio J. Twin studies in Finland 2006. Twin Res Hum Genet 2006 Dec;9(6):772-777.
10. Mustelin L, Pietiläinen KH, Rissanen A, Sovijärvi AR, Piirilä P, Naukkarinen J, et al. Acquired obesity and poor physical fitness impair expression of genes of mitochondrial oxidative phosphorylation in monozygotic twins discordant for obesity. Am J Physiol Endocrinol Metab 2008 May 6.
11. Lowell BB, Shulman GI. Mitochondrial dysfunction and type 2 diabetes. Science 2005 Jan 21;307(5708):384-387.
12. Pietiläinen KH, Naukkarinen J, Rissanen A, Saharinen J, Ellonen P, Keränen H, et al. Global transcript profiles of fat in monozygotic twins discordant for BMI: pathways behind acquired obesity. PLoS Med 2008 Mar 11;5(3):e51.
13. Mustelin L, Latvala A, Pietiläinen KH, Piirilä P, Sovijärvi AR, Kujala UM, et al. Associations between sports participation, cardiorespiratory fitness, and adiposity in young adult twins. J Appl Physiol 2011 Mar;110(3):681-686.
14. Mustelin L, Silventoinen K, Pietiläinen K, Rissanen A, Kaprio J. Physical activity reduces the influence of genetic effects on BMI and waist circumference: a study in young adult twins. Int J Obes (Lond) 2009 Jan;33(1):29-36.
15. Kilpeläinen TO, Lakka TA, Laaksonen DE, Laukkanen O, Lindström J, Eriksson JG, et al. Physical activity modifies the effect of SNPs in the SLC2A2 (GLUT2) and ABCC8 (SUR1) genes on the risk of developing type 2 diabetes. Physiol Genomics 2007 Oct 22;31(2):264-272.
16. Rankinen T, Church T, Rice T, Markward N, Leon AS, Rao DC, et al. Effect of endothelin 1 genotype on blood pressure is dependent on physical activity or fitness levels. Hypertension 2007 Dec;50(6):1120-1125.
17. McCaffery JM, Papandonatos GD, Bond DS, Lyons MJ, Wing RR. Gene X environment interaction of vigorous exercise and body mass index among male Vietnam-era twins. Am J Clin Nutr 2009 Apr;89(4):1011-1018.
18. Silventoinen K, Hasselbalch AL, Lallukka T, Bogl L, Pietiläinen KH, Heitmann BL, et al. Modification effects of physical activity and protein intake on heritability of body size and composition. Am J Clin Nutr 2009 Oct;90(4):1096-1103.
19. Kilpeläinen TO, Qi L, Brage S, Sharp SJ, Sonestedt E, Demerath E, et al. Physical activity attenuates the influence of FTO variants on obesity risk: a meta-analysis of 218,166 adults and 19,268 children. PLoS Med 2011 Nov;8(11):e1001116.
20. Li S, Zhao JH, Luan J, Ekelund U, Luben RN, Khaw KT, et al. Physical activity attenuates the genetic predisposition to obesity in 20,000 men and women from EPIC-Norfolk prospective population study. PLoS Med 2010 Aug 31;7(8):e1000332.