Testosteronivaikutusten mekanismit luustolihakseen
Mekanismeja, joilla testosteroni lisää luuston lihasmassaa, ei tunneta oikein. Testosteronin annos-vaste -tutkimuksiin osallistuneilta nuorilta ja vanhemmilta miehiltä saatujen vastus lateralis -lihaksen biopsioiden histomorfometriset analyysit ovat paljastaneet, että testosteronin anto indusoi sekä tyypin I että tyypin II luurankolihaskuitujen hypertrofiaa. Testosteroni ei kuitenkaan vaikuta tyypin I ja II lihassyiden absoluuttiseen määrään tai suhteelliseen osuuteen. Testosteronin aiheuttama lihaskoon kasvu liittyy satelliittisolujen määrän lisääntymiseen.
Kolme yleistä hypoteesia on ehdotettu selittämään testosteronin anabolisia vaikutuksia luurankolihakseen, eivätkä ne sulje pois toisiaan; on mahdollista, että kaikki kolme reittiä – muiden tunnettujen ja tuntemattomien reittien lisäksi – voivat vaikuttaa testosteronihoidon aikana havaittuihin luuston lihasmassaan. Näitä hypoteeseja ovat lihasproteiinisynteesin stimulointi, kasvuhormonin / insuliinin kaltaisen kasvutekijä I -akselin stimulointi ja mesenkymaalisten kantasolujen erilaistumisen säätely.
Proteiinisynteesihypoteesi on dominoinut kenttää 1940-luvulta lähtien, jolloin testosteroni ja muiden androgeenien osoitettiin lisäävän typen kertymistä androgeenipuutteisilla miehillä. Nämä havainnot johtivat hypoteesiin, että testosteroni stimuloi lihasten proteiinisynteesiä. Useat stabiileja isotooppeja käyttävät tutkijat ovat osoittaneet, että testosteronihoito parantaa lihasproteiinien murto-osaa ja aminohappojen uudelleenkäyttöä. Testosteronin vaikutukset lihasten proteiinien hajoamiseen ovat vähemmän selvät.
Lihasproteiinisynteesin hypoteesi ei helposti selitä rasvahapon vastavuoroista muutosta ja lisääntynyttä satelliittisolujen määrää testosteronilla hoidetuilla miehillä. Nämä havainnot saivat meidät pohtimaan vaihtoehtoista hypoteesia, jonka mukaan testosteroni saattaa säätää mesenkymaalisten monipotenttisten solujen erilaistumista edistämällä niiden erilaistumista myogeeniseen sukuun ja estäen adipogeenista erilaistumista. Tämän hypoteesin testaamiseksi kysyimme ensin, ekspressoiko androgeenireseptoriproteiini luustolihaksen mesenkymaalisissa esisoluissa. Havaitsimme, että AR-proteiini ilmentyi pääasiassa satelliittisoluissa, jotka tunnistettiin niiden sijainnin sarkolemman ulkopuolella mutta laminan sisällä, sekä C-met- ja CD34-värjäyksillä. AR-proteiinin ilmentymistä havaittiin myös monissa myonukleissa ja CD34 + -soluissa laminan ulkopuolella, verisuonten endoteelisoluissa ja myofibroblasteissa. Siten useat luustolihaksessa asuvat mesenkymaaliset, monipotenttiset esiastesolut ilmentävät AR: ta ja voivat olla androgeenitoiminnan kohteita.
Määritimme testosteronin ja DHT: n vaikutukset multipotentin erilaistumiseen. , mesenkymaaliset C3H10T1 / 2-solut. Vaikka käsittelemättömät solut ilmentävät matalaa AR-proteiinin tasoa, DHT ja testosteroni säätelevät AR: n ilmentymistä näissä soluissa. AR-ekspression androgeenistimulaatio estettiin AR-antagonistilla, flutamidilla, mikä viittaa siihen, että AR on mukana tässä autoregulaatiossa. Inkubaatio testosteronin ja DHT: n kanssa lisää MyoD + myogeenisten solujen ja MHC + myotubien määrää sekä MyoD- ja MHC-mRNA- ja proteiinitasoja. Sekä testosteroni että DHT vähentävät myös Oil Red O -positiivisten adiposyyttien määrää ja säätelevät PPARy2-mRNA: n sekä PPARy2- ja C / EBPa-proteiinien ilmentymistä alaspäin, jotka ovat adipogeenisen erilaistumisen merkkejä. Bikalutamidi, androgeenireseptoriantagonisti, estää testosteronin ja DHT: n vaikutukset myogeneesiin ja adipogeneesiin. Siksi testosteroni ja DHT säätelevät mesenkymaalisten monipotenttisten solujen erilaistumista edistämällä niiden erilaistumista myogeeniseksi linjaksi ja estämällä niiden erilaistumista adiposyyteiksi AR-välitteisen reitin kautta (kuva 27.3). Havainto, että mesenkymaalisten monipotenttisten solujen erilaistuminen on androgeenisäätöinen, tarjoaa yhdistävän selityksen androgeenien vastavuoroisille vaikutuksille lihas- ja rasvamassalle sekä havaitulle satelliittisolujen määrän kasvulle. Tietomme eivät sulje pois sitä mahdollisuutta, että androgeenit saattavat vaikuttaa myös myogeenisen ja adipogeenisen erilaistumisreitin lisävaiheisiin.
Kuva 27.3. Tämän androgeenitoimintamallin oletetaan, että androgeenit edistävät mesenkymaalisten kantasolujen erilaistumista myogeeniseksi linjaksi ja estävät niiden erilaistumisen adipogeeniseksi suvuksi. Lisäksi testosteronin ja DHT: n on osoitettu estävän preadiposyyttien erilaistumista adiposyyteiksi. Toiset ovat osoittaneet, että testosteroni lisää lihasproteiinien murto-osaa.
Erillisissä tutkimuksissa olemme osoittaneet, että DHT säätelee myös ihmisen luuytimestä peräisin olevien, mesenkymaalisten kantasolujen erilaistumista aikuisista miehistä. DHT säätelee AR: n ekspressiota ja estää lipidien kertymistä hMSC: stä erilaistuneissa adiposyyteissä ja vähentää aP2: n, PPARy: n, leptiinin ja C / EBPa: n ilmentymistä. Bikalutamidi vaimentaa DHT: n estäviä vaikutuksia hMSC: iden adipogeeniseen erilaistumiseen. DHT: n läsnä ollessa erilaistuneet adiposyytit keräävät pienempiä öljypisaroita, mikä viittaa kypsymisen vähentyneeseen määrään. DHT vähentää leimatun rasvahapon liittymistä triglyseridiin ja säätää asetyyli-CoA-karboksylaasin ja DGAT2: n ilmentymistä hMSC: stä johdetuissa adiposyyteissä. Täten DHT estää hMSC: iden adipogeenista erilaistumista AR-välitteisen reitin kautta, mutta se ei vaikuta kummankin hMSC: n lisääntymiseen.
Uusien todisteiden perusteella Wnt-signaloinnilla on tärkeä rooli mesenkymaalisten progenitorien erilaistumisen säätelyssä. solut ja että testosteroni ja DHT edistävät ligandoituneen androgeenireseptorin liittymistä β-kateniiniin, stabiloivat viimeksi mainittua ja aiheuttavat androgeenireseptori – β-kateniinikompleksin siirtymisen ytimeen ja aktivoivan useita Wnt-kohdegeenejä. Kaksoisimmunofluoresenssi- ja immunosaostustutkimukset ovat paljastaneet, että AR, β-kateniini ja TCF-4 ovat lokalisoituneet ytimessä sekä testosteronilla käsitellyissä (100 nM) että DHT-käsitellyissä (10 nM) soluissa, mikä viittaa siihen, että ne ovat vuorovaikutuksessa muodostaen monimutkainen. Sekä β-kateniinilla että TCF-4: llä on keskeinen rooli androgeenivaikutusten välittämisessä C3H10T1 / 2-solujen erilaistumiseen.
Testosteroni säätelee useiden Wnt-kohdegeenien, mukaan lukien follistatiinin, ilmentymistä. olennainen rooli testosteronin vaikutusten välittämisessä myogeneesiin. Androgeenisignaali välitetään ristiin TGF-β / SMAD-reittiin follistatiinin kautta, joka estää TGF-β / SMAD-signaloinnin in vivo ja in vitro (kuva 27.4).
Kuva 27.4. Wnt-signalointireitin rooli androgeenivaikutusten välittämisessä luurankolihakseen. Androgeenit säätelevät mesenkymaalisten monipotenttisten solujen erilaistumista myogeeniseksi linjaksi edistämällä ligandoidun AR: n liittymistä beetakateniiniin, stabiloimalla viimeksi mainittua ja aiheuttamalla AR-beeta-kateniinikompleksin translokaation ytimeen, jossa se liittyy TCF-4: ään ja säätelee useiden Wnt-kohdegeenien, mukaan lukien follistatiini, ilmentyminen. Nämä Wnt-kohdegeenit, erityisesti follistatiini, säätelevät myogeenista ja adipogeenistä erilaistumista. Muut kanonisen Wnt-reitin komponentit näytetään myös. AR; androgeenireseptori; TCF-4: T-solutekijä-4; APC: paksusuolen adenooma polyposis; Dsh: epäsiisti; GSK3: glykogeenisyntaasikinaasi 3 beeta; LiCl: litiumkloridi.
On yleisesti tunnustettu, että testosteronihoito lisää sykkivän kasvuhormonin (GH) eritystä ja lisää seerumin insuliinimaista kasvutekijä I: n (IGF-I) pitoisuudet peripubertaalisilla pojilla ja pojilla, joilla murrosikä on perustuslain mukainen Testosteroniin liittyvä GH-erityksen lisääntyminen on seurausta suuremmasta erittyvän GH-massan pursketta kohden ja suuremmasta GH-erityksen suurimmasta nopeudesta jokaisessa purskeessa. Lisäksi androgeenit lisäävät nyctohemeraalisen rytmin suuruutta GH: n eritysimpulssien massassa. Tämä GH-erityksen lisääntyminen voi vaikuttaa testosteronin kasvua edistäviin vaikutuksiin pojilla, joilla murrosikä viivästyy perustuslaillisesti. Androgeenin antamisen on myös osoitettu lisäävän kiertäviä IGF-I-tasoja ja säätelevän lihaksensisäistä IGF-I-mRNA-ilmentymistä miehillä. Anekdotisesti olemme kuitenkin havainneet, että testosteronihoito lisää vähärasvaisen ruumiin massaa myös hypogonadaalisilla miehillä, joilla on ollut hypofysektomia ja joilla on GH-puutos. Nämä tiedot viittaavat siihen, että vaikka testosteronihoito voi lisätä GH: n eritystä ja kiertäviä IGF-I-tasoja, se ei välttämättä ole välttämätöntä testosteronin anabolisten vaikutusten välittämiseksi lihakseen. Lihaksensisäisen IGF-I-järjestelmän rooli androgeenivaikutusten välittämisessä lihakseen tarvitsee myös lisätutkimuksia.