An Exercise-Induced Metabolic Shield in Distant Organs Blocks Cancer Progression and Metastatic Dissemination

Abstract

Exercise prevents cancer incidence and recurrence, yet the underlying mechanism behind this relationship remains mostly unknown. Here we report that exercise induces metabolic reprogramming of internal organs that increases nutrient demand and protects against metastatic colonization by limiting nutrient availability to the tumor, generating an exercise-induced metabolic shield. Proteomic and ex vivo metabolic capacity analyses of murine internal organs revealed that exercise induces catabolic processes, glucose uptake, mitochondrial activity, and GLUT expression. Proteomic analysis of routinely active human subject plasma demonstrated increased carbohydrate utilization following exercise. Epidemiological data from a 20-year prospective study of a large human cohort of initially cancer-free participants revealed that exercise prior to cancer initiation had a modest impact on cancer incidence in low metastatic stages but significantly reduced the likelihood of highly metastatic cancer. In three models of melanoma in mice, exercise prior to cancer injection significantly protected against metastases in distant organs. The protective effects of exercise were dependent on mTOR activity, and inhibition of the mTOR pathway with rapamycin treatment ex vivo reversed the exercise-induced metabolic shield. Under limited glucose conditions, active stroma consumed significantly more glucose at the expense of the tumor. Collectively, these data suggest a clash between the metabolic plasticity of cancer and exercise-induced metabolic reprogramming of the stroma, raising an opportunity to block metastasis by challenging the metabolic needs of the tumor.

Impact of Physical Exercise on Melanoma Hallmarks: Current Status of Preclinical and Clinical Research

“…A more recent study reported that physical exercise can induce internal organs to reprogram their metabolic activity and increase their nutrient demand, thus protecting them from metastasis, through a reduction of nutrient availability 43 . In detail, three preclinical models of melanoma were established, by performing subdermal, intracarotid, or intrasplenic Ret-melanoma cell injection in C57BL/6JRccHsd mice, after an exercise training protocol on the treadmill.…”

Prevenção De Doenças Neoplásicas Por Meio Do Exercício Físico

“…Tanto o exercício físico, quanto a atividade física, têm sido considerados como estratégias para prevenção da incidência e recorrência do câncer (BRASIL, 2021;THOMAS et al, 2021). No entanto, o efeito do exercício na redução do risco de câncer é variável em diferentes tipos de câncer e o mecanismo subjacente por trás dessa relação não é totalmente conhecido (SHEINBOIM et al, 2022). Acredita-se que o exercício apresenta efeitos na função imunológica em humanos, em que a interleucina-6 (IL-6) liberada da contração esquelética músculo pode facilitar a mobilização de células natural killer dependentes de epinefrina e subsequente infiltração de células imunes em tumores (HOJMAN et al, 2018;SIMPSON et al, 2015).…”

“…Sabe-se que o exercício físico pode auxiliar na redução do risco do aparecimento de alguns cânceres, mas também no risco do desenvolvimento de metástases. Um estudo recente mostrou que a realização de exercício aeróbico intenso pode reduzir o risco de metástases em 72%, uma vez que há aumento do consumo de glicose pelos órgãos internos e diminuição da energia disponível para o tumor se desenvolver (SHEINBOIM et al, 2022).…”

Medicina do Exercício e do Esporte: evidências científicas para uma abordagem multiprofissional - Volume 2

“…Medicina do Exercício e do Esporte: evidências científicas para uma abordagem multiprofissional -ISBN 978-65-5360-320-2-Vol. 2 -Ano 2023 -Editora Científica Digital -www.editoracientifica.com.br é totalmente conhecido (SHEINBOIM et al, 2022). Acredita-se que o exercício apresenta efeitos na função imunológica em humanos, em que a interleucina-6 (IL-6) liberada da contração esquelética músculo pode facilitar a mobilização de células natural killer dependentes de epinefrina e subsequente infiltração de células imunes em tumores (HOJMAN et al, 2018;SIMPSON et al, 2015).…”

“…Medicina do Exercício e do Esporte: evidências científicas para uma abordagem multiprofissional -ISBN 978-65-5360-320-2-Vol. 2 -Ano 2023 -Editora Científica Digital -www.editoracientifica.com.br recente mostrou que a realização de exercício aeróbico intenso pode reduzir o risco de metástases em 72%, uma vez que há aumento do consumo de glicose pelos órgãos internos e diminuição da energia disponível para o tumor se desenvolver(SHEINBOIM et al, 2022).Porém, apesar de todos os benefícios encontrados, destaca-se ainda um baixo grau de adesão à maioria das recomendações propostas pela WCRF/AICR 2018, o que reforça a importância das recomendações de promoção em curso e esforços futuros de prevenção do câncer(KALUZA et al, 2020).CONSIDERAÇÕES FINAISDiversos esforços vêm sendo realizados a fim de identificar os determinantes do câncer, assim como os fatores de prevenção e a abordagem terapêutica adequada. Em relação às medidas de prevenção, sabe-se que elas podem minimizar os custos de cuidados em saúde.Dentre essas medidas, destaca-se a prática de exercícios físicos que tem mostrado ser eficaz contra cânceres de mama, colorretal, de pulmão, gástrico, entre outros.…”