Mechanismy účinků testosteronu na kosterní sval
Mechanismy, kterými testosteron zvyšuje hmotu kosterního svalstva, nejsou dobře známy. Histomorfometrické analýzy biopsií svalu vastus lateralis získané od mladých a starších mužů účastnících se studií odpovědi na dávku testosteronu odhalily, že podávání testosteronu indukuje hypertrofii vláken kosterního svalstva typu I i typu II. Testosteron však neovlivňuje absolutní počet ani relativní podíl svalových vláken typu I a II. Zvýšení svalové hmoty vyvolané testosteronem je spojeno se zvýšením počtu satelitních buněk.
Byly navrženy tři obecné hypotézy, které vysvětlují anabolické účinky testosteronu na kosterní sval a nevylučují se; je možné, že všechny tři cesty – kromě jiných známých a neznámých cest – mohou přispívat k přírůstkům hmoty kosterního svalstva pozorovaným během léčby testosteronem. Tyto hypotézy zahrnují stimulaci syntézy svalových bílkovin, stimulaci osy I růstového hormonu / inzulínu podobného růstového faktoru a regulaci diferenciace mezenchymálních kmenových buněk.
Hypotéza syntézy bílkovin dominuje v oboru od 40. let 20. století, kdy testosteron a dalších androgenů bylo prokázáno, že zvyšují retenci dusíku u mužů s nedostatkem androgenu. Tato pozorování vedla k hypotéze, že testosteron stimuluje syntézu svalových bílkovin. Několik badatelů využívajících stabilní izotopy prokázalo, že léčba testosteronem zlepšuje syntézu frakčních svalových bílkovin a opětovné využití aminokyselin. Účinky testosteronu na degradaci svalových bílkovin jsou méně jasné.
Hypotéza syntézy svalových bílkovin nedokáže snadno vysvětlit vzájemnou změnu tukové hmoty a zvýšený počet satelitních buněk u mužů léčených testosteronem. Tato pozorování nás vedla k úvaze o alternativní hypotéze, že testosteron může regulovat diferenciaci mezenchymálních multipotentních buněk, podporovat jejich diferenciaci do myogenní linie a inhibovat adipogenní diferenciaci. Abychom tuto hypotézu otestovali, nejprve jsme se zeptali, zda byl protein androgenového receptoru exprimován v mezenchymálních progenitorových buňkách v kosterním svalu. Zjistili jsme, že AR protein byl exprimován převážně v satelitních buňkách, identifikovaných podle jejich umístění mimo sarkolemma, ale uvnitř laminy, a barvením C-met a CD34. Exprese AR proteinu byla také pozorována v mnoha myonukleech a v buňkách CD34 + mimo laminu, vaskulární endoteliální buňky a myofibroblasty. Řada mezenchymálních multipotentních prekurzorových buněk rezidentních v kosterním svalu tedy vyjadřuje AR a může být cílem působení androgenu.
Stanovili jsme účinky testosteronu a DHT na diferenciaci multipotentních , mezenchymální buňky C3H10T1 / 2. Ačkoli neošetřené buňky exprimují nízké hladiny AR proteinu, DHT a testosteron zvyšují expresi AR v těchto buňkách. Androgenní stimulace exprese AR byla blokována AR-antagonistou, flutamidem, což naznačuje, že AR je zapojen do této autoregulace. Inkubace s testosteronem a DHT zvyšuje počet MyoD + myogenních buněk a MHC + myotubes a hladiny mRNA a proteinů MyoD a MHC se zvyšovaly v závislosti na dávce. Jak testosteron, tak DHT také snižují počet adipocytů pozitivních na olejovou červeň O a snižují expresi PPARy2 mRNA a PPARy2 a C / EBPa proteinů, které jsou markery adipogenní diferenciace. Účinky testosteronu a DHT na myogenezi a adipogenezi blokuje bikalutamid, antagonista androgenových receptorů. Testosteron a DHT tedy regulují diferenciaci mezenchymálních multipotentních buněk podporou jejich diferenciace do myogenní linie a inhibováním jejich diferenciace do adipocytů cestou zprostředkovanou AR (obrázek 27.3). Pozorování, že diferenciace mezenchymálních multipotentních buněk je regulována androgeny, poskytuje sjednocující vysvětlení pro vzájemné účinky androgenů na svalovou a tukovou hmotu a pro pozorovaný nárůst počtu satelitních buněk. Naše data nevylučují možnost, že androgeny mohou také ovlivnit další kroky v myogenních a adipogenních diferenciačních cestách.
Obrázek 27.3. Tento model androgenního působení předpokládá, že androgeny podporují diferenciaci mezenchymálních kmenových buněk na myogenní linii a inhibují jejich diferenciaci na adipogenní linii. Navíc bylo prokázáno, že testosteron a DHT inhibují diferenciaci preadipocytů na adipocyty. Jiní prokázali, že testosteron zvyšuje frakční syntézu svalových bílkovin.
V samostatných studiích jsme prokázali, že DHT reguluje také diferenciaci mezenchymálních kmenových buněk získaných z lidské dřeně od dospělých mužů. DHT zvyšuje expresi AR a inhibuje akumulaci lipidů v adipocytech diferencovaných od hMSC a snižuje expresi aP2, PPARy, leptinu a C / EBPa. Bikalutamid tlumí inhibiční účinky DHT na adipogenní diferenciaci hMSC. Adipocyty diferencované v přítomnosti DHT akumulují menší olejové kapičky, což naznačuje snížený rozsah zrání. DHT snižuje zabudování značené mastné kyseliny do triglyceridů a reguluje expresi acetyl CoA karboxylázy a DGAT2 v adipocytech odvozených od hMSC. DHT tedy inhibuje adipogenní diferenciaci hMSC prostřednictvím dráhy zprostředkované AR, ale neovlivňuje proliferaci ani jednoho hMSC.
Nové důkazy naznačují, že signalizace Wnt hraje důležitou roli při regulaci diferenciace mezenchymálního progenitoru buňky a že testosteron a DHT podporují asociaci ligandovaného androgenního receptoru s β-kateninem, stabilizují ho a způsobují translokaci komplexu androgenní receptor – β-katenin do jádra a aktivují řadu cílových genů Wnt. Dvojité imunofluorescenční a imunoprecipitační studie odhalily, že AR, β-katenin a TCF-4 jsou v jádru společně lokalizovány jak v buňkách ošetřených testosteronem (100 nM), tak v buňkách ošetřených DHT (10 nM), což naznačuje, že interagují za vzniku komplex. Jak β-katenin, tak TCF-4 hrají zásadní roli při zprostředkování androgenních účinků na diferenciaci buněk C3H10T1 / 2.
Testosteron reguluje expresi několika cílových genů Wnt, včetně follistatinu, který hraje hraje zásadní roli při zprostředkování účinků testosteronu na myogenezi. Androgenní signál je křížově komunikován do dráhy TGF-β / SMAD prostřednictvím follistatinu, který blokuje signalizaci TGF-β / SMAD in vivo a in vitro (obrázek 27.4).
Obrázek 27.4. Úloha signální dráhy Wnt při zprostředkování účinků androgenu na kosterní sval. Androgeny regulují diferenciaci mezenchymálních multipotentních buněk na myogenní linii tím, že podporují asociaci ligandované AR s beta-kateninem, stabilizují ho a způsobují translokaci komplexu AR-beta-katenin do jádra, kde se asociuje s TCF-4 a reguluje exprese řady Wnt cílových genů, včetně follistatinu. Tyto Wnt cílové geny, zejména follistatin, regulují myogenní a adipogenní diferenciaci. Jsou také zobrazeny další komponenty kanonické cesty Wnt. AR; androgenový receptor; TCF-4: faktor T buněk 4; APC: adenoma polypóza tlustého střeva; Dsh: rozcuchaný; GSK3: glykogen syntáza kináza 3 beta; LiCl: chlorid lithný.
Bylo všeobecně známo, že terapie testosteronem zvyšuje sekreci pulzativního růstového hormonu (GH) a zvyšuje hladinu sérového inzulínu. koncentrace růstového faktoru I (IGF-I) u peripubertálních chlapců a u chlapců s ústavním zpožděním puberty. Zvýšení sekrece GH spojené s testosteronem je výsledkem vyššího množství sekretovaného GH na dávku a vyšší maximální rychlosti sekrece GH v každé dávce. Androgeny dále zvyšují velikost nyctohemerálního rytmu v množství sekrečních pulzů GH. Toto zvýšení sekrece GH může přispět k podpoře růstu testosteronu u chlapců s ústavním zpožděním puberty. Bylo také prokázáno, že podávání androgenu zvyšuje hladiny cirkulujícího IGF-I a zvyšuje regulaci intramuskulární exprese mRNA IGF-I u mužů. Anekdoticky jsme však pozorovali, že léčba testosteronem zvyšuje svalovou hmotu i u hypogonadálních mužů, kteří podstoupili hypofyzektomii a trpí nedostatkem GH. Tato data naznačují, že ačkoli terapie testosteronem může zvýšit sekreci GH a cirkulující hladiny IGF-I, nemusí být nezbytná pro zprostředkování anabolických účinků testosteronu na sval. Role intramuskulárního systému IGF-I při zprostředkování androgenních účinků na sval také vyžaduje další zkoumání.