Impact of physical activity on bone health: biochemical and cellular mechanisms

L’esercizio fisico porta svariati benefici all’intero organismo. Tra questi un ruolo particolarmente importante è quello legato al mantenimento della funzionalità ossea. L’attività fisica esplica i suoi effetti sull’osso attraverso svariati meccanismi, e nel nostro lavoro abbiamo valutato alcuni aspetti cellulari e biochimici che stanno alla base degli effetti dell’esercizio sull’osso. In particolare ci siamo occupati dell’azione della citochina sclerostina, un modulatore negativo della crescita ossea, partendo dall’osservazione che giovani ginnaste praticanti ginnastica ritmica mostravano elevati livelli circolanti di sclerostina nonostante parametri di densità minerale ossea significativamente più alti rispetto ai controlli. La ginnastica ritmica infatti è un’attività di impatto che notoriamente favorisce una buona ossificazione. Questi dati sono stati confermati anche in un follow-up a un anno di distanza, quando l’aumento della sclerostina è stato drammatico per il gruppo che praticava ginnastica ritmica. Per approfondire a livello cellulare alcuni aspetti biochimici legati all’azione della sclerostina, abbiamo utilizzato un modello in vitro rappresentato da cellule SaOS2, che sono cellule osteogeniche con diverse caratteristiche degli osteoblasti. Abbiamo evidenziato che la sclerostina inibisce il processo di mineralizzazione e causa apoptosi con aumento dell’attività delle caspasi. L’effetto proapoptotico della sclerostina era però inibito dal trattamento con molecole in grado di stimolare l’autofagia, come la poliamina naturale spermidina, indicando anche un possibile ruolo modulatore delle poliamine sull’azione biologica della sclerostina. Inoltre, anche l’attivazione della proteina cinasi attivata da AMP (AMPK) o della deacetilasi SIRT1, eventi correlati all’esercizio fisico, portavano all’inibizione dell’effetto proapoptotico della sclerostina in associazione con l’attivazione di autofagia. Questi dati suggeriscono alcuni meccanismi attraverso cui l’esercizio può influire su osteogenesi e rimodellamento osseo, processi fondamentali per garantire la salute dell’osso durante l’intero arco della vita.Exercise is a key lifestyle approach to optimize bone health. Physical activity can influence bone physiology through many ways. We studied at cellular level some biochemical mechanisms involved in the action of sclerostin, a cytokine that negatively affect bone growth and metabolism. This study started from the observation that young rhythmic gymnasts have high levels of circulating sclerostin, in spite of a high degree of bone mineralization, suggesting that exercise is able to neutralize the negative effect of sclerostin on bone growth. In order to study some biochemical aspects of sclerostin, we used SaOS2 osteosarcoma cells, which are osteogenic cells with osteoblastic characteristics. In this experimental model we observed that sclerostin inhibited mineralization and induced apoptosis with caspase activation. The proapoptotic effect of sclerostin was inhibited by inducers of autophagy such as the natural polyamine spermidine, suggesting a possible link between sclerostin and polyamines. Furthermore, also activation of AMP activated protein kinase (AMPK) or of the SIRT1 deacetylase led to protection against sclerostin-induced apoptosis. Interestingly, AMPK and SIRT1 are both associated to exercise. These data suggest a new mechanism whereby fisical exercise can modulate osteogenesis and bone remodelling, that are important pocesses associated to bone health