Attenuating cardiac fibrosis and apoptosis by exercise is associated with modulation of the circSlc8a1/miR-133a axis in D-galactose-treated rats

जैसे-जैसे हम उम्र में बड़े होते हैं, हमारे हृदय में स्वाभाविक रूप से ऐसे परिवर्तन होते हैं जो उन्हें कम कुशल और रोगों के प्रति अधिक संवेदनशील बना सकते हैं। यह प्रक्रिया, जिसे कार्डिएक एजिंग (हृदय का बुढ़ापा) कहा जाता है, हृदय की कोशिकाओं के भीतर क्षति के संचय, हृदय के ऊतकों के सख्त होने और रक्त पंप करने की अंग की क्षमता में क्रमिक गिरावट को शामिल करती है। दशकों से, वैज्ञानिक इस गिरावट को धीमा करने के तरीकों की तलाश कर रहे हैं, केवल दवाओं से परे यह समझने के लिए कि शरीर का अपना जीव विज्ञान जीवनशैली के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करता है। इस जैविक पहेली का एक प्रमुख हिस्सा वे सूक्ष्म अणु हैं जो हमारे जीन के लिए स्विच (स्विच) के रूप में कार्य करते हैं। इनमें से कुछ अणु आनुवंशिक सामग्री के गोलाकार स्ट्रैंड (strands) हैं जो प्रोटीन को कोड नहीं करते हैं, बल्कि अन्य जीनों से जुड़कर उन्हें नियंत्रित करते हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक स्पंज पानी को सोख लेता है। अन्य छोटे आरएनए (RNA) खंड हैं जो कोशिकाओं को बताते हैं कि कब बढ़ना है, कब खुद की मरम्मत करनी है और कब मरना है। जब ये आणविक स्विच खराब हो जाते हैं, तो वे हृदय के ऊतकों में अत्यधिक स्कारिंग (निशान बनना) को ट्रिगर कर सकते हैं या स्वस्थ कोशिकाओं को समय से पहले मरने का कारण बन सकते हैं, जिससे बुढ़ापे की प्रक्रिया तेज हो जाती है। इन स्विचों को रीसेट करने का तरीका समझना उम्र बढ़ने के साथ हृदय की रक्षा करने का एक शक्तिशाली, गैर-दवा तरीका हो सकता है।

हाल ही में, केरमन यूनिवर्सिटी ऑफ मेडिकल साइंसेज के शोधकर्ताओं ने यह पता लगाने के लिए अन्वेषण किया कि क्या शारीरिक व्यायाम उम्र बढ़ते हृदय में इन आणविक स्विचों को रीसेट कर सकता है। उन्होंने एक विशिष्ट इंटरेक्शन (interaction) पर ध्यान केंद्रित किया जो एक सर्कुलर आरएनए अणु, जिसे circSlc8a1 कहा जाता है, और एक छोटे आरएनए खंड, जिसे miR-133a के रूप में जाना जाता है, के बीच होता है। पिछले कार्यों ने सुझाव दिया था कि जब हृदय तनाव में होता है, तो circSlc8a1 के स्तर बढ़ जाते हैं और यह एक स्पंज की तरह कार्य करता है, जो miR-133a को सोख लेता है। चूंकि miR-133a सामान्य रूप से कोशिका मृत्यु और स्कारिंग को रोकने में मदद करता है, इसे सोख लेने से हृदय असुरक्षित हो जाता है। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या दो अलग-अलग प्रकार के व्यायाम—लगातार, मध्यम दौड़ और तीव्र दौड़ के छोटे अंतराल—चूहों में, जिनके हृदय को एक रासायनिक उपचार का उपयोग करके वृद्ध बनाया गया था, इस प्रक्रिया को उलट सकते हैं।

त्वरित बुढ़ापे का मॉडल बनाने के लिए, वैज्ञानिकों ने नर चूहों को आठ सप्ताह तक प्रतिदिन डी-गैलेक्टोज (D-galactose) नामक पदार्थ इंजेक्ट किया। यह रसायन ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस उत्पन्न करने के लिए जाना जाता है और एक उम्र बढ़ते हृदय में देखे जाने वाले जैविक परिवर्तनों की नकल करता है। चूहों को कई समूहों में विभाजित किया गया था: कुछ को केवल उम्र बढ़ाने वाला रसायन मिला, कुछ को मध्यम-तीव्रता वाले सहनशक्ति प्रशिक्षण के साथ भी वह रसायन मिला, और अन्य को उच्च-तीव्रता वाले अंतराल प्रशिक्षण (high-intensity interval training) के साथ रसायन मिला। एक नियंत्रण समूह (control group) को न तो रसायन मिला और न ही व्यायाम। व्यायाम प्रोटोकॉल को सावधानीपूर्वक आठ सप्ताह के लिए डिज़ाइन किया गया था, जिसमें मध्यम समूह एक स्थिर गति से दौड़ा और उच्च-तीव्रता वाले समूह ने तेज़ स्प्रिंट और धीमी रिकवरी अवधि के बीच बारी-बारी से दौड़ लगाई। आठ सप्ताह के बाद, शोधकर्ताओं ने हृदय के ऊतकों की जांच की कि आणविक स्विच और हृदय की कोशिकाओं के स्वास्थ्य में कैसे परिवर्तन हुए।

परिणामों ने व्यायाम और हृदय के आणविक स्वास्थ्य के बीच एक स्पष्ट संबंध दिखाया। जिन चूहों को उम्र बढ़ाने वाला रसायन मिला लेकिन कोई व्यायाम नहीं मिला, उनमें सर्कुलर आरएनए, circSlc8a1 का स्तर काफी अधिक था। जबकि नियंत्रण समूह की तुलना में इस समूह में miR-133a के स्तर में मामूली, गैर-महत्वपूर्ण गिरावट देखी गई, लेकिन व्यायाम के साथ कहानी नाटकीय रूप से बदल गई। व्यायाम करने वाले चूहों में, चाहे उन्होंने मध्यम या उच्च-तीव्रता वाला प्रशिक्षण किया हो, हानिकारक सर्कुलर आरएनए में कमी आई, और सुरक्षात्मक miR-13a के स्तर में उल्लेखनीय वृद्धि हुई। आणविक संतुलन में यह बदलाव केवल एक मामूली परिवर्तन नहीं था; यह miR-133a की अभिव्यक्ति (expression) की एक महत्वपूर्ण बहाली का प्रतिनिधित्व था, जिसने उम्र बढ़ाने वाले रसायन के प्रभावों का मुकाबला किया।

इस आणविक बदलाव के भौतिक परिणाम भी समान रूप से महत्वपूर्ण थे। शोधकर्ताओं ने फाइब्रोसिस (fibrosis), जो हृदय के ऊतकों का सख्त होना और निशान बनना है, और एपोप्टोसिस (apoptosis), जो कोशिकाओं की प्रोग्राम्ड मृत्यु है, से जुड़े विशिष्ट प्रोटीनों को मापा। व्यायाम न करने वाले वृद्ध चूहों में, ये हानिकारक प्रोटीन प्रचुर मात्रा में थे। इसके विपरीत, व्यायाम करने वाले चूहों में इन हानिकारक मार्करों का स्तर बहुत कम था। व्यायाम ने हृदय के ऊतकों को अत्यधिक सख्त होने से रोकने और स्वस्थ हृदय कोशिकाओं को बड़ी संख्या में मरने से बचाने का काम किया। अध्ययन बताता है कि व्यायाम ने न केवल हृदय के कार्य में सीधे सुधार किया, बल्कि ऐसा उस अंतर्निहित आनुवंशिक विनियमन को ठीक करके किया जो उम्र बढ़ने के कारण बिगड़ गया था।

हालांकि यह अध्ययन इस बात के पुख्ता प्रमाण प्रदान करता है कि व्यायाम इन विशिष्ट आणविक मार्गों को कैसे प्रभावित करता है, शोधकर्ता सावधानी बरतते हुए यह नोट करते हैं कि ये निष्कर्ष उनके पशु मॉडल के लिए विशिष्ट हैं। चूहों में बुढ़ापे की प्रक्रिया मनुष्यों के समान नहीं है, और पुष्टि करने के लिए कि क्या समान आणविक तंत्र लोगों पर लागू होते हैं, अधिक शोध की आवश्यकता है। फिर भी, ये निष्कर्ष व्यायाम के जीव विज्ञान की एक सम्मोहक झलक पेश करते हैं। वे सुझाव देते हैं कि शरीर को हिलाने-डुलाने का सरल कार्य भी उन आणविक घटनाओं की एक श्रृंखला को ट्रिगर कर सकता है जो बुढ़ापे के घिसावट और टूट-फूट का मुकाबला करती है, जिससे स्कारिंग और कोशिका मृत्यु के संकेतों को बंद किया जा सके और सुरक्षा एवं मरम्मत के संकेतों को चालू किया जा सके। यह कार्य इस विचार का समर्थन करता है कि व्यायाम हृदय स्वास्थ्य बनाए रखने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, जो अंग की संरचना और कार्य को संरक्षित करने के लिए कोशिका के भीतर गहराई तक कार्य करता है।