1 – Introduction

1Pierre angulaire des politiques de santé à l’égard des populations de tous âges, la question des effets bénéfiques de l’activité physique sur la santé cérébrale et cognitive mobilise aujourd’hui un grand nombre d’acteurs qui s’accordent à reconnaître son intérêt (Institut national de la santé et de la recherche médicale, 2008). L’exercice physique peut être considéré comme un facteur de santé en diminuant les risques d’occurrence ou en réduisant les effets délétères de certaines pathologies telles que les maladies cardio-vasculaires, l’ostéoporose, la maladie de Parkinson ou la maladie d’Alzheimer.

2À travers le monde, un nouveau cas de démence est détecté toutes les 4 secondes (Nagamatsu et al., 2014). L’estimation mondiale de cas de personnes vivant avec une démence est de 35,6 millions en 2010. Ce nombre serait amené à doubler tous les 20 ans, jusqu’à atteindre 115,4 millions en 2050 (Prince et al., 2013). Le déclin cognitif lié au vieillissement est une des plus urgentes questions de santé du XXI^e siècle. La réflexion sur les effets de l’activité physique dans le maintien de l’autonomie de nos seniors peut devenir un axe de politique publique prioritaire.

3Plusieurs théories rendent compte du déclin plus ou moins rapide de l’efficacité des fonctions cérébrales et cognitives (Charlot & Feyereisen, 2005 ; Foos & Wright, 1992 ; Salthouse, Atkinson, & Berish, 1996). Elles convergent toutes vers l’hypothèse d’un vieillissement qui altère plus particulièrement le cortex préfrontal et les fonctions exécutives qu’il sous-tend, ainsi que le gyrus dentelé de la zone hippocampique associé à la mémoire épisodique. Cependant, le déclin des fonctions cognitives diffère selon les individus, sans doute parce que le vieillissement est également lié à des facteurs génétiques ou environnementaux délétères (Park & Poo, 2014).

4L’enjeu principal de cet article est de mettre en évidence la nécessité, dans la recherche actuelle, de prendre en considération la configuration polymorphe de certains gènes afin de mieux comprendre les mécanismes expliquant l’effet de la pratique de l’exercice sur la cognition de la personne âgée. Après avoir présenté le vieillissement cognitif puis la relation entre la cognition chez la personne âgée et l’activité physique sous l’angle du maintien des fonctions cognitives et des volumes cérébraux, nous illustrerons notre propos à travers l’une des théories explicatives de cette relation : l’hypothèse neurotrophique. Nous ferons le choix de nous centrer sur une protéine, le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (i.e., Brain-Derived Neurotrophic Factor ; BDNF), impliquée dans la plasticité cérébrale et dont la sécrétion est stimulée lors de la pratique physique ponctuelle ou à la suite d’un programme d’activité physique. Nous discuterons ensuite de quelques résultats d’études s’appuyant sur cette théorie et des différences de résultats entre les études. Nous présenterons ensuite une hypothèse explicative de ces différences : la configuration polymorphe du gène du BDNF, qui pourrait moduler l’effet de l’activité physique sur la cognition. Nous montrerons enfin que les recherches interdisciplinaires couplant les neurosciences cognitives et la génétique peuvent apporter un éclairage intéressant sur le mécanisme neurophysiologique impliqué dans la relation entre activité physique et cognition chez la personne âgée.

2 – Vieillissement cognitif et activité physique

5L’exercice physique régulier peut être considéré comme une composante essentielle d’une fin de vie en bonne santé lorsque l’on sait que la réduction de 25 % de la prévalence de l’inactivité pourrait prévenir l’apparition d’un million de cas de démence de type Alzheimer dans le monde (Barnes & Yaffe, 2011). Récemment, une méta-analyse de 14 essais randomisés contrôlés, incluant au total 1 056 individus, a montré que diverses activités physiques (i.e., marche, entraînement aérobie d’intensité variée, étirements, Tai Chi et travail d’équilibre) 2 à 4 fois par semaine pendant 30 à 60 min par session et sur 6 semaines à 12 mois pouvaient améliorer l’état cognitif de personnes âgées atteintes de déclins cognitifs plus ou moins sévères (Hess, Dieberg, McFarlane, & Smart, 2014). Une revue de Kirk-Sanchez et McGough (2014) montre qu’un programme d’activité physique de haute intensité, varié, adapté, individualisé et basé sur la durée est un outil de prévention contre la diminution des performances cognitives. Sous un autre angle, la revue de Gomez-Pinilla et Hillmann (2013) met en évidence que la relation entre cognition et activité physique chez les personnes âgées a été renforcée par les études utilisant des données électrophysiologiques, de neuro-imagerie structurelle et fonctionnelle. Actuellement, il est admis que les effets bénéfiques sur le vieillissement cognitif passent par des programmes sollicitant indépendamment ou de façon associée les filières aérobies (pour des exercices d’intensité modérée à élevée), la coordination et la résistance musculaire (Audiffren, André, & Albinet, 2011 ; Hötting & Röder, 2013). Bien que les études aient montré des résultats concordants en faveur d’une association entre l’activité physique aérobie ou l’état de forme cardio-vasculaire, et les résultats cognitifs, des différences existent et demandent d’approfondir les recherches (Berryman et al., 2014 ; Snowden et al., 2011). Berryman et al. (2014) ont montré que, à raison de 3 fois par semaine sur 8 semaines, des programmes basés sur des activités motrices générales (e.g., cirque, équilibre) permettaient d’améliorer les fonctions exécutives telles que la mémoire de travail et l’inhibition. Carvalho, Rea, Parimon et Cusack (2014) suggèrent dans leur revue de questions qu’il est nécessaire de mettre en place des essais randomisés contrôlés qui permettront de clarifier la relation entre l’activité physique et la cognition chez la personne âgée.

6Au-delà de l’évaluation des effets de l’activité physique sur les fonctions cognitives, l’identification des mécanismes propres à l’activité physique, permettant de réduire ou renverser la détérioration des fonctions cognitives, est devenue un objectif de recherche pour les propédeutiques de santé. Les données d’imagerie cérébrale fonctionnelles ou volumétriques ont pu montrer qu’une activité physique d’intensité modérée (e.g., natation, danse, cyclisme) à vigoureuse (e.g., course, natation intensive ou squash) d’une durée de 30 minutes (Lamont, Mortby, Anstey, Sachdev, & Cherbuin, 2014) à 1 heure (Benedict et al., 2013), chez les sujets âgés, était corrélée à une réduction de la perte de matière cérébrale. Une étude sur des sujets ayant porté un accéléromètre pendant 3 mois a permis de montrer que la marche d’intensité modérée amenait à une diminution de l’activation du cortex préfrontal, signe d’une moins grande dispersion des sollicitations du réseau neuronal associé aux fonctions exécutives (Kimura, Yasunaga, & Wang, 2013). Boyle et al. (2014), lors d’une étude longitudinale de 10 ans, ont montré que la distance de marche (i.e., exprimée en blocs de marche) parcourue sur la semaine était corrélée avec le volume du cortex orbitofrontal, le gyrus cingulaire postérieur et l’hippocampe postérieur. Selon Tseng et al. (2013), chez des seniors de 70 ans d’âge moyen qui, durant les 15 dernières années, pratiquaient la course en endurance dans des compétitions de niveau régional ou national, les images cérébrales ont montré des bénéfices dans certains aspects des fonctions exécutives et une diminution de la perte de tissus cérébraux dans les régions impliquées dans le contrôle moteur, les fonctions visuo-spatiales et la mémoire de travail. Chez les rongeurs, le ralentissement du processus de vieillissement semble associé à une diminution de perte de volume de matière grise, voire à une neurogenèse en ayant recours à l’activité physique aérobie volontaire et disponible 24 h sur 24 h dans une roue pour souris ou sur un tapis d’exercice (Cotman & Berchtold, 2002 ; van Praag, Kempermann, & Gage, 1999). Les hypothèses explicatives des ces effets seraient multiples. Nous pouvons citer par exemple l’hypothèse d’une meilleure oxygénation cérébrale sous l’effet de l’amélioration de la santé cardiovasculaire (Albinet, Mandrick, Bernard, Perrey, & Blain, 2014 ; Hillman, Erickson, & Kramer, 2008), celle de la modification du métabolisme cérébral (Dustman et al., 1984), ou encore celle de la régulation inflammatoire cérébrale (Crispim Nascimento et al., 2014). Ces hypothèses ont déjà fait l’œuvre de nombreuses revues (e.g., Archer, 2011 ; Audiffren et al., 2011 ; Gligoroska & Manchevska, 2012 ; Lista & Sorrentino, 2010 ; Marmeleira, 2013 ; McAuley, Mullen, & Hillman, 2013 ; Prakash, Voss, Erickson, & Kramer, 2015). Pour notre part, nous nous focaliserons sur l’hypothèse neurotrophique de l’activité physique (Lewin & Barde, 1996 ; Uda, Ishido, Kami, & Masuhara, 2006). La priorité des recherches est de déterminer le type ou la combinaison d’exercices qui permet le plus grand bénéfice sur la cognition selon deux axes : (1) définir le programme le plus adapté à la personne en tenant compte de ses caractéristiques individuelles telles que l’âge, le sexe, les habitudes de vie, etc. ; (2) comprendre les mécanismes qui sous-tendent ces effets positifs et qui peuvent expliquer les différences interindividuelles (Nagamatsu et al., 2014). Nous nous attacherons à poursuivre notre réflexion selon l’axe 2 mais montrerons en conclusion que les 2 axes sont reliés.

3 – Hypothèse neurotrophique et activité physique

7L’hypothèse neurotrophique considère que, sous l’effet répété d’un exercice physique, l’organisme fabrique et libère des protéines qui vont s’accumuler dans certaines zones du cerveau et agir directement sur la plasticité cérébrale. Certaines de ces protéines sont fabriquées au niveau périphérique, transportées jusqu’au cerveau par voie sanguine où elles passent la barrière hémato-encéphalique pour jouer leur rôle protecteur des tissus vasculaires et neuronaux. C’est le cas notamment du facteur 1 de croissance de l’insuline (IGF-1) et du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) (Cotman & Berchtold, 2007). D’autres protéines peuvent être directement fabriquées par les cellules cérébrales elles-mêmes, tel le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF). Ces différentes protéines une fois dans le cerveau vont entraîner une cascade de phénomènes qui participent à la croissance et à la survie des neurones en développement ainsi qu’à l’entretien des neurones matures (Park & Poo, 2013). Ces phénomènes comprennent : (1) l’apparition de nouveaux capillaires cérébraux (angiogenèse) et l’entretien des capillaires existants, (2) l’apparition de nouvelles connexions synaptiques (synaptogenèse) et le renforcement des synapses existantes, (3) l’apparition de nouveaux neurones et leur intégration dans des réseaux fonctionnels (neurogenèse) et (4) l’entretien des neurones existants. Dans cet article, nous nous attacherons surtout à discuter des mécanismes d’action du BDNF, l’un des plus connus et des plus importants facteurs neurotrophiques impliqués dans l’effet de l’activité physique sur la cognition.

8Historiquement, à partir de la fin des années 1980 et durant les deux décennies suivantes, l’équipe d’Elisabeth Gould a mis en évidence que, sous l’effet d’une stimulation du sujet par son environnement, des parties du cerveau adulte des primates conservaient la capacité de faire grandir de nouveaux neurones à partir des cellules souches neurales selon un processus appelé neurogenèse. Les cellules souches peuvent, tout au long de la vie, se diviser en deux cellules et l’une d’elles développer des propriétés structurelles et fonctionnelles du neurone (Holloway, 2001). L’imagerie cérébrale structurelle semble confirmer cette neurogenèse chez les seniors sous l’effet d’un programme d’activité physique aérobie d’une durée d’un an à raison de 3 fois par semaine et à une intensité modérée (Erickson et al., 2011 ; Voss et al., 2013). Les zones les plus favorisées par la neurogenèse ou la synaptogenèse sont les aires associatives et hippocampiques, principalement altérées par le vieillissement.

4 – BDNF et activité physique

9Le BDNF est le facteur neurotrophique le plus largement distribué dans le cerveau des mammifères adultes (Hartmann, Heumann, & Lessmann, 2001). Les premières études qui ont examiné l’impact de l’exercice sur la sécrétion du BDNF ont utilisé le modèle animal. Les rongeurs étaient placés au sein d’un environnement stimulant pour la course (i.e., roue de souris, tapis de course) (Cotman & Berchtold, 2007 ; Neeper, Gomezpinilla, Choi, & Cotman, 1995) et ont montré une élévation du taux de BDNF dans les zones hippocampiques. Ceci entraînait une hausse de la neurogenèse et de la synaptogenèse (Cotman & Berchtold, 2002) sous l’effet d’une pratique volontaire de 4 jours sur une semaine chez les rats adultes (Vaynman, Ying, & Gomez-Pinilla, 2004). Dans cette même période, des mises en relation entre les taux de BDNF périphérique et la densité des tissus cérébraux lors de l’exercice physique sont apparues dans les recherches animales (Nichol, Deeny, Seif, Camaclang, & Cotman, 2009 ; Oliff, Berchtold, Isackson, & Cotman, 1998).

10Si l’exercice physique augmente la sécrétion de BDNF chez les rongeurs, il est alors permis de faire l’hypothèse que cette neurotrophine augmente lors d’un programme d’activité physique chez les humains. Deux grandes catégories d’études évaluent la relation entre l’exercice et les taux de BDNF. La première catégorie évalue l’élévation des taux de BDNF suite à un exercice ponctuel. La quasi-totalité de ces études portent sur de jeunes adultes (pour revue voir Huang, Larsen, Ried-Larsen, Moller, & Andersen, 2014 ; Knaepen, Goekint, Heyman, & Meeusen, 2010 ; Szuhany, Bugatti, & Otto, 2015). Une récente étude comparant des sujets sains (18 adultes de 74,6 ans de moyenne) à des sujets porteurs de la maladie d’Alhzeimer (21 adultes de 76,3 ans de moyenne) ont confirmé que les taux de BDNF plasmatiques étaient corrélés à l’augmentation progressive de l’effort, sur tapis de course, par palier de 3 min jusqu’à l’arrêt par épuisement (Coelho et al., 2014), et ce pour les deux groupes. Une autre étude, selon le même protocole d’exercice et incluant 35 femmes âgées (61,1 ans de moyenne) souffrant de dépression, a montré également une augmentation du niveau de BDNF (Laske et al., 2010). La seconde catégorie d’études évalue l’effet sur les taux de BDNF d’un programme ou d’une pratique régulière d’activité physique. La méta-analyse de Szuhany, Bugatti et Otto (2015) conclut que dans des études sur les sujets sains et sur des sujets porteurs de maladie, la concentration plasmatique ou sérique du BDNF augmente après un effort physique de type aérobie (entre 50 et 80 % du VO₂max [1]) dans des activités comme la marche nordique, le cyclisme, la course, le tapis de course, à raison de 2 à 5 fois par semaine lors de programmes de 5 à 52 semaines. L’essai randomisé contrôlé de Vaughan et al. (2014) a mis en évidence, chez des femmes âgées de 65 à 75 ans incluses dans un programme multimodal (entraînement cardiovasculaire, efficacité motrice et étirements) 2 fois par semaine durant 16 semaines, une hausse des taux de BDNF comparativement au groupe contrôle. Ces diverses recherches tendent à montrer que l’activité physique et le taux de BDNF circulant sont associés. Pour autant, l’origine cellulaire du BDNF en réponse à l’exercice semble encore obscure. La revue de Huang, Larsen, Ried-Larsen, Moller et Andersen (2014) pointe la difficulté à mettre en relation les taux de BDNF, le niveau d’activité physique régulier et la santé cardiorespiratoire. Il a été montré une augmentation de la concentration de cette protéine dans les muscles squelettiques après l’exercice. Certains auteurs ont montré que la protéine ne passait pas dans la circulation périphérique (Matthews et al., 2009), tandis que d’autres avancent que les cellules endothéliales tapissant les parois des vaisseaux sanguins, permettraient au BDNF le passage de la barrière hémato-encéphalique du niveau périphérique au niveau central ou inversement (Pan, Banks, Fasold, Bluth, & Kastin, 1998). Pour le moment, il semblerait que l’augmentation des plaquettes sanguines par la pratique de l’exercice augmente le taux de BDNF mRNA, puisque les plaquettes stockent une partie non négligeable du BDNF. Pour autant, les modifications des concentrations plasmatiques ou sériques chez l’homme diffèrent d’une étude à l’autre. Si les déterminants propres à la personne peuvent infléchir les résultats des études, la part génétique codant la protéine pourrait aussi être un facteur explicatif de ces différences interindividuelles.

5 – La part du déterminisme génétique sur la cognition

11Les recherches en génétique attachées à la cognition tentent d’élucider les bases biologiques d’un vieillissement réussi (Payton, 2009). Des études sur des jumeaux suggèrent que les variations génétiques jouent un rôle déterminant sur les habiletés cognitives, indiquant que l’héritage compte pour la moitié des variations interindividuelles (Finkel, Reynolds, McArdle, & Pedersen, 2005). Il est probable que la combinaison entre l’environnement et les facteurs génétiques soit responsable des variations de la sécrétion des neurotrophines tout autant que de leur expression au niveau cellulaire (Park & Poo, 2013). Plusieurs gènes présentant des configurations variées ont été étudiés pour mettre en évidence leur conséquence modératrice sur la cognition, ce qui a amené les deux tiers des recherches en génétique cognitive à produire des résultats sur certains gènes polymorphes impliqués dans le fonctionnement neurocognitif. Parmi ceux-ci, le gène du BDNF a fait l’objet de nombreux articles. Le gène du BDNF peut posséder un allèle méthionine (Met) ou valine (Val) au codon 66. C’est-à-dire que le BDNF Val66Met peut prendre 3 iso-formes : Val/Val, Val/Met ou Met/Met, selon les combinaisons père/mère. Ces diverses configurations génétiques sont largement partagées dans la population mondiale et varient selon les ethnies (Shimizu, Hashimoto, & Iyo, 2004). L’allèle Val est associé à une plus haute activité du système de sécrétion du BDNF que l’allèle Met. Il s’avère que la forme Met/Met ou Val/Met du gène du BDNF peut aussi constituer un facteur de risque dans la progression rapide de la maladie d’Alzheimer (Fukumoto et al., 2010). En effet, il a été mis en évidence que l’allèle Met est associé à de plus faibles volumes de l’hippocampe (Harrisberger et al., 2014 ; Lim et al., 2014). Conjointement, d’autres études participent à l’hypothèse selon laquelle les effets de l’allèle Met sont défavorables aux fonctions cognitives (Raz, Rodrigue, Kennedy & Land, 2009 ; van Wingen et al., 2010) et principalement à la mémoire épisodique. Dans les études évoquées ci-dessus, on note que la fonction cognitive qui a été la plus explorée est la mémoire épisodique avec le volume hippocampique qui lui est associé. Or nous savons que cette région et cette fonction cérébrale sont sensibles aux effets du vieillissement. Cependant, certaines études ont montré au contraire que l’allèle Met avait des effets protecteurs ou neutres sur la cognition.

12S’il s’avère que les résultats aient montré des différences, les données cognitives relevées ne dépendent pas toujours des mêmes fonctions. D’après certaines études, les fonctions des circuits fronto-striataux seraient rendues plus efficaces chez les personnes âgées porteuses de l’allèle Met (Gajewski, Hengstler, Golka, Falkenstein, & Beste, 2011, 2012 ; Getzmann, Gajewski, Hengstler, Falkenstein, & Beste, 2013 ; Harris & Deary, 2011 ; Laukka et al., 2013 ; Tsai et al., 2008). Selon Beste, Baune, Domschke, Falkenstein et Konrad (2010), les effets du BDNF pourraient prendre des voies neuronales diverses insuffisamment élucidées. Une méta-analyse rassemblant 7 000 sujets suggère qu’il n’y a pas d’association clairement définie entre le polymorphisme du BDNFVal66Met et l’efficacité des fonctions cognitives (Mandelman & Grigorenko, 2012). Une étude longitudinale a mis en évidence une inversion des résultats sur une tâche de permutation entre les sujets homozygotes Val/Val, qui réussissent mieux à 65 ans mais dont les performances se dégradent au bout de 10 ans et deviennent inférieures à celles des sujets porteurs de l’allèle Met, qui eux restent stables dans leurs résultats (Erickson et al., 2008). Si les études présentées ci-dessus semblent donner des avis contradictoires, plusieurs hypothèses sont avancées pour expliquer ces divergences. La première est liée aux différences d’âge entre les participants des différentes études ou au sein d’une même étude (Erickson et al., 2008). La deuxième hypothèse considère que le sexe peut influer sur le taux de BDNF en interaction avec le profil génétique (Elfving et al., 2012). Une troisième hypothèse relève de la régulation entre les gènes (Erickson, Miller & Roecklein, 2012), sous la forme d’haplotype (i.e., ensemble de gènes situés sur un même chromosome dont la transmission d’une génération à l’autre est simultanée), qui permettrait une compensation des effets délétères liés à un polymorphisme par des gènes associés. Enfin, nous proposons une explication supplémentaire qui nous apparaît intéressante à considérer. L’influence du profil génétique sur la cognition pourrait augmenter, en même temps que diminuent : (1) les sollicitations et/ou renforcements cognitifs environnementaux et (2) les ressources cognitives et/ou sensorielles intrinsèques chez les seniors.

6 – Polymorphismes génétiques, vieillissement cognitif et activité physique

13Il a été montré que la concentration périphérique de BDNF augmentait avec la pratique régulière d’une activité physique (voir section 4). Néanmoins, les résultats des études montrent des différences. Si des études futures montrent que le polymorphisme du BDNF module l’effet de l’exercice sur les fonctions cognitives, cela constituera un argument supplémentaire à l’hypothèse neurotrophique de l’activité physique. Actuellement, peu d’études ont montré l’effet de l’activité physique sur les fonctions cognitives ou sur les structures cérébrales en évaluant l’effet modérateur du profil génétique.

Figure 1

A : Effet modulateur du polymorphisme du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) sur la relation de cause à effet entre la pratique régulière de l’activité physique et les performances cognitives.
B : Effet modulateur de l’activité physique sur l’effet délétère du polymorphisme du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) sur la relation de cause à effet entre le profil génétique du BDNF et les performances cognitives.

14Quatre études (voir tableau 1) se sont intéressées aux relations entre l’activité physique, le polymorphisme BDNFVal66Met et les fonctions ou aires cérébrales (Brown et al., 2014 ; Crispim Nascimento et al., 2015 ; Erickson et al., 2013 ; Kim et al., 2011). Deux de ces études (Erickson et al., 2013 ; Kim et al., 2011) montrent une influence positive de l’activité physique sur la cognition des sujets d’âge moyen (44,59 ans) ou seniors (65 ans et plus). Ces études ont relevé les niveaux de pratique d’activité physique à partir de questionnaires autorapportés. Les résultats pointent une corrélation positive entre le niveau de pratique et l’amélioration des performances cognitives chez les porteurs de l’allèle Met. Cependant, les évaluations du niveau de pratique physique et les évaluations cognitives étaient différentes (mémoire de travail pour Erickson et al., 2013 ; cognition générale pour Kim et al., 2011). Ceci demande des études complémentaires permettant de confirmer ces premiers résultats. Brown et al., (2014) ont montré chez des seniors une corrélation significative entre un haut niveau de pratique autorapportée et une augmentation des lobes hippocampiques et temporaux (sièges des fonctions mnésiques) pour les sujets Val/Val. En contrepartie, les sujets porteurs de l’allèle Met avec un haut niveau de pratique ont des volumes temporaux plus petits que ceux de leurs homologues moins actifs. Les résultats de cette étude semblent en partie contredire les résultats précédemment cités. Ces résultats amènent à s’interroger sur le lien existant entre l’activité physique et le BDNF au travers de sa configuration génétique et à approfondir les recherches dans le cadre d’études randomisées contrôlées. Crispim Nascimento et al. (2015), lors d’une étude interventionnelle de 16 semaines d’activités physiques multimodales, ont montré une augmentation du niveau de BDNF pour les porteurs Met mais sans incidence sur les résultats du test de cognition générale. Afin de tester plus en avant l’effet de l’activité physique sur la cognition des sujets porteurs de l’allèle Met, les prochaines études interventionnelles devront utiliser des tâches cognitives sensibles à l’effet de l’activité physique. Des études randomisées contrôlées permettront de poursuivre l’investigation cognitivo-génétique dans les années à venir pour évaluer plus précisément l’hypothèse neurotrophique de l’activité physique sur la cognition en fonction de modérateurs génétiques.

Tableau 1

Études montrant les interactions entre le BDNF val66Met et l’activité physique sur des fonctions cognitives ou l’anatomie du cerveau

Référence Type d’activité physique Population Distribution des allèles Mesure de la santé cérébrale et/ou cognitive Résultats Niveau d’AP autorapporté et BDNFVal66Met Kim et al., 2011 Échelle autorapportée de 4 niveaux d’activité physique 732 personnes en institution 107 avec démence, 518 sans démence Âge : 65 ans et plus val/val 129 sans démence 29 avec démence val/met 289 sans démence 54 avec démence met/met 100 sans démence 24 avec démence Cognition générale : MMSE La force de l’association entre un faible niveau de pratique physique et les résultats cognitifs augmente avec le nombre d’allèles Met. Erickson et al., 2013 Questionnaire autorapporté d’activité physique : PPAQ (kilocalories dépensées/ semaine) 1032 participants (494 hommes) Âge moyen : 44.59 671 Val/Val 361 Porteurs de l’allèle Met Mémoire de travail ; Mémoire épisodique permutation mémoire visuo-spatiale La pratique physique compense les effets délétères de l’allèle Met sur les performances de la mémoire de travail. Brown et al., 2014 Questionnaire autorapporté d’activité physique : IPAQ (évalué en METs) 114 sujets sans pathologies Répartition hommesfemmes non précisée Âge : 60 ans et plus Val/Val : 68% Val/Met : 28% Met/Met : 4% Imagerie cérébrale (volume de l’hippocampe et des lobes temporaux) Les Val/Val de haut niveau de pratique physique ont de plus grands volumes temporaux et hippocampiques, tandis que les porteurs Met, avec un haut niveau de pratique physique sont associés à un plus petit volume des lobes temporaux. Programme d’AP et BDNFVal66Met Crispim Nascimento et al., 2015 16 semaines d’activité physique multimodale 55 sujets âgés (Non précisé) Niveau de BDNF et cognition générale : MoCA Les sujets Met ont une augmentation significative des taux de BDNF périphérique mais il n’y a pas d’influence sur la cognition.

Études montrant les interactions entre le BDNF val66Met et l’activité physique sur des fonctions cognitives ou l’anatomie du cerveau

Abréviations : BDNFVal66Met, facteur neurotrophique dérivé du cerveau ; Met : allèle méthionine du gène ; Val : allèle Valine du gène. L’association des deux allèles donne une forme homozygote (Val/Val ou Met/Met) ou hétérozygote au gène (Val/Met) ; IPAQ : questionnnaire international d’activité physique ; METs : valeur attribuée à une activité physique en équivalent métabolique ; PPAQ : Paffenbarger Physical Activity Questionnaire ; MMSE : Mini Mental State Examination ; MoCA : Montreal Cognitive Assessment.

7 – Conclusion et perspectives

15La recherche sur l’activité physique et son action sur la santé est sur une voie menant à une identification plus précise des mécanismes internes par lesquels l’exercice joue un rôle de régulateur de santé. La démarche de recherche concernant l’effet modulateur des polymorphismes génétiques sur la cognition peut s’avérer utile pour évaluer l’hypothèse neurotrophique de l’effet protecteur de l’activité physique sur la cognition. La figure 1A schématise cette logique fondamentale de recherche. Si la preuve est apportée que le polymorphisme interfère avec l’activité physique, cela constituerait un argument en faveur de l’hypothèse de l’effet médiateur du BDNF sur la relation entre activité physique et cognition. Selon Nagamatsu et al. (2014), une plus grande compréhension des liens entre l’exercice physique et la cognition augmenterait la crédibilité de l’activité physique comme stratégie de traitement alternatif. Sous un autre angle, peu d’études se sont penchées sur les relations entre génétique et environnement en traitant l’exercice comme une habitude de vie permettant de moduler les effets de l’héritage génétique. La figure 1B schématise cette deuxième approche.

16Si les personnes porteuses du profil génétique délétère pour la cognition (i.e., les sujets porteurs d’au moins un allèle Met) tirent un bénéfice plus grand de la pratique de l’activité physique que leurs homologues Val/Val, les effets dose-réponse pourront être ajustés dans le futur et l’activité physique impliquée dans des programmes de soin. Ces deux approches illustrées dans la figure 1 nous apparaissent complémentaires, soit pour comprendre comment l’activité physique agit sur la cognition, soit pour permettre de construire des programmes d’activité physique adaptés au profil cognitivo-génétique des seniors. En cela, ces démarches s’inscrivent dans les propositions de Nagamatsu et al. (2014) : (1) définir le programme le plus adapté à la personne en tenant compte de ses caractéristiques individuelles telles que l’âge, le sexe, les habitudes de vie, etc., et (2) comprendre les mécanismes qui sous-tendent ces effets positifs et qui peuvent expliquer les différences interindividuelles. La régulation des cascades moléculaires et cellulaires induites par l’exercice est reconnue comme favorisant la santé (e.g., effet sur les maladies cardio-vasculaires, la santé mentale, l’obésité, le diabète, les bronchopathies). Cependant, les mécanismes moléculaires précis expliquant la façon dont ces polymorphismes participent à l’émergence des processus pathologiques restent encore largement inconnus. Il est probable que la combinaison des facteurs génétiques et environnementaux en soit responsable. Alors, la compréhension du fonctionnement des circuits neuronaux pourrait offrir des informations sur les neurodégénérescences et potentiellement ouvrir à de nouvelles approches thérapeutiques (Park & Poo, 2013).