Mechanismen van testosteron Effecten op skeletspieren
De mechanismen waarmee testosteron de skeletspiermassa verhoogt, worden slecht begrepen. Histomorfometrische analyses van biopsieën van de vastus lateralis-spier verkregen van jonge en oudere mannen die deelnemen aan dosis-responsstudies met testosteron hebben aangetoond dat toediening van testosteron hypertrofie van zowel type I als type II skeletspiervezels induceert. Testosteron heeft echter geen invloed op het absolute aantal of het relatieve aandeel van type I en II spiervezels. Door testosteron geïnduceerde toename van spieromvang is geassocieerd met een toename van het aantal satellietcellen.
Er zijn drie algemene hypothesen voorgesteld om de anabole effecten van testosteron op de skeletspier te verklaren en deze sluiten elkaar niet uit; het is mogelijk dat alle drie de routes – naast andere bekende en onbekende routes – kunnen bijdragen aan de toename van de skeletspiermassa die wordt waargenomen tijdens testosterontherapie. Deze hypothesen omvatten stimulatie van spiereiwitsynthese, stimulatie van groeihormoon / insuline-achtige groeifactor I-as en de regulatie van mesenchymale stamceldifferentiatie.
De hypothese van eiwitsynthese domineert het veld sinds de jaren 1940 toen testosteron en andere androgenen bleken de stikstofretentie bij mannen met een androgeendeficiëntie te verhogen. Deze waarnemingen leidden tot de hypothese dat testosteron de spiereiwitsynthese stimuleert. Verschillende onderzoekers die stabiele isotopen gebruiken, hebben aangetoond dat testosterontherapie de fractionele spiereiwitsynthese en hergebruik van aminozuren verbetert. De effecten van testosteron op de afbraak van spiereiwitten zijn minder duidelijk.
De hypothese van de spiereiwitsynthese verklaart niet gemakkelijk de wederzijdse verandering in vetmassa en het toegenomen aantal satellietcellen bij mannen die met testosteron worden behandeld. Deze waarnemingen brachten ons ertoe de alternatieve hypothese te overwegen dat testosteron de differentiatie van mesenchymale multipotente cellen zou kunnen reguleren, hun differentiatie in de myogene afstamming bevordert en adipogene differentiatie remt. Om deze hypothese te testen, vroegen we eerst of androgeenreceptoreiwit tot expressie werd gebracht in mesenchymale voorlopercellen in de skeletspier. We ontdekten dat het AR-eiwit voornamelijk tot expressie werd gebracht in satellietcellen, geïdentificeerd door hun locatie buiten het sarcolemma maar binnen de lamina, en door C-met- en CD34-kleuring. AR-eiwitexpressie werd ook waargenomen in veel myonuclei en in CD34 + -cellen buiten de lamina, vasculaire endotheelcellen en myofibroblasten. Dus een aantal mesenchymale, multipotente voorlopercellen, die in de skeletspier verblijven, brengen AR tot expressie en zouden het doelwit kunnen zijn van androgene werking.
We bepaalden de effecten van testosteron en DHT op de differentiatie van multipotente cellen. mesenchymale C3H10T1 / 2-cellen. Hoewel onbehandelde cellen lage niveaus van AR-eiwit tot expressie brengen, reguleren DHT en testosteron de AR-expressie in deze cellen. Androgeenstimulatie van AR-expressie werd geblokkeerd door de AR-antagonist, flutamide, wat suggereert dat AR bij deze autoregulatie betrokken is. Incubatie met testosteron en DHT verhoogt het aantal MyoD + myogene cellen en MHC + myotubes en MyoD en MHC mRNA en eiwitniveaus namen dosisafhankelijk toe. Zowel testosteron als DHT verlagen ook het aantal Oil Red O-positieve adipocyten en verlagen de expressie van PPARγ2-mRNA en PPARγ2- en C / EBPα-eiwitten die markers zijn van adipogene differentiatie. De effecten van testosteron en DHT op myogenese en adipogenese worden geblokkeerd door bicalutamide, een androgeenreceptorantagonist. Daarom reguleren testosteron en DHT de differentiatie van mesenchymale multipotente cellen door hun differentiatie tot de myogene afstamming te bevorderen en hun differentiatie tot adipocyten te remmen via een AR-gemedieerde route (Figuur 27.3). De waarneming dat differentiatie van mesenchymale multipotente cellen androgeengereguleerd is, biedt een verenigende verklaring voor de wederzijdse effecten van androgenen op spier- en vetmassa en voor de waargenomen toename van het aantal satellietcellen. Onze gegevens sluiten de mogelijkheid niet uit dat androgenen ook van invloed kunnen zijn op aanvullende stappen in myogene en adipogene differentiatieroutes.
Figuur 27.3. Dit model van androgeenwerking veronderstelt dat androgenen de differentiatie van mesenchymale stamcellen in de myogene afstamming bevorderen en hun differentiatie in adipogene afstamming remmen. Bovendien is aangetoond dat testosteron en DHT de differentiatie van preadipocyten tot adipocyten remmen. Anderen hebben aangetoond dat testosteron de fractionele spiereiwitsynthese verhoogt.
In afzonderlijke onderzoeken hebben we aangetoond dat DHT ook de differentiatie reguleert van uit beenmerg afkomstige mesenchymale stamcellen van volwassen mannen. DHT reguleert AR-expressie en remt lipidenophoping in adipocyten die zijn gedifferentieerd van hMSC’s en reguleert de expressie van aP2, PPARγ, leptine en C / EBPα. Bicalutamide verzwakt de remmende effecten van DHT op adipogene differentiatie van hMSC’s. Adipocyten die gedifferentieerd zijn in de aanwezigheid van DHT accumuleren kleinere oliedruppeltjes, wat wijst op een verminderde mate van rijping. DHT vermindert de opname van gelabeld vetzuur in triglyceride en reguleert de expressie van acetyl CoA-carboxylase en DGAT2 in adipocyten afgeleid van hMSC’s. DHT remt dus de adipogene differentiatie van hMSC’s via een AR-gemedieerde route, maar het heeft geen invloed op de proliferatie van beide hMSC’s.
Opkomend bewijs suggereert dat Wnt-signalering een belangrijke rol speelt bij het reguleren van de differentiatie van mesenchymale voorlopers. cellen en dat testosteron en DHT de associatie van de geligandeerde androgeenreceptor met β-catenine bevorderen, de laatste stabiliseren en ervoor zorgen dat het androgeenreceptor-β-catenine-complex zich verplaatst naar de kern en een aantal Wnt-doelgenen activeert. Dubbele immunofluorescentie- en immunoprecipitatiestudies hebben aangetoond dat AR, β-catenine en TCF-4 samen in de kern zijn gelokaliseerd in zowel met testosteron behandelde (100 nM) als DHT-behandelde (10 nM) cellen, wat suggereert dat ze een interactie aangaan om een complex. Zowel β-catenine als TCF-4 spelen een essentiële rol bij het mediëren van androgene effecten op de differentiatie van C3H10T1 / 2-cellen.
Testosteron reguleert de expressie van verschillende Wnt-doelwitgenen, waaronder follistatine, dat speelt een essentiële rol bij het mediëren van de effecten van testosteron op myogenese. Het androgeensignaal wordt gecommuniceerd met de TGF-β / SMAD-route via follistatin, dat TGF-β / SMAD-signalering in vivo en in vitro blokkeert (Figuur 27.4).
Figuur 27.4. De rol van de Wnt-signaalroute bij het mediëren van androgene effecten op de skeletspier. Androgenen reguleren de differentiatie van mesenchymale multipotente cellen tot myogene afstamming door de associatie van geligande AR met bèta-catenine te bevorderen, het laatste te stabiliseren en translocatie van het AR-bèta-cateninecomplex te veroorzaken naar de kern waar het zich associeert met TCF-4 en de expressie van een aantal Wnt-doelwitgenen, waaronder follistatine. Deze Wnt-doelgenen, vooral follistatine, reguleren myogene en adipogene differentiatie. Andere componenten van de canonieke Wnt-route worden ook getoond. AR; androgeen receptor; TCF-4: T-celfactor-4; APC: adenoom polyposis colon; Dsh: verward; GSK3: glycogeensynthase kinase 3 beta; LiCl: lithiumchloride.
Het is algemeen erkend dat testosterontherapie de afgifte van pulserende groeihormonen (GH) verhoogt en de insuline-achtige serums verhoogt. groeifactor I (IGF-I) concentraties bij peripuberale jongens en bij jongens met constitutionele vertraging van de puberteit. De testosteron-geassocieerde toename in GH-secretie is het resultaat van een grotere massa van GH die per burst wordt afgescheiden en een hogere maximale snelheid van GH-secretie binnen elke burst. Bovendien verhogen androgenen de omvang van het nyctohemere ritme in de massa van GH-secretoire pulsen. Deze toename van de GH-secretie kan bijdragen aan de groeibevorderende effecten van testosteron bij jongens met constitutionele vertraging van de puberteit. Van androgeentoediening is ook aangetoond dat het de circulerende IGF-I-niveaus verhoogt en de intramusculaire IGF-I-mRNA-expressie bij mannen opwaarts reguleert. Anekdotisch hebben we echter waargenomen dat testosterontherapie de vetvrije massa verhoogt, zelfs bij hypogonadale mannen die een hypofysectomie hebben ondergaan en GH-deficiëntie hebben. Deze gegevens suggereren dat, hoewel testosterontherapie de GH-secretie en circulerende IGF-I-spiegels kan verhogen, het misschien niet essentieel is voor het mediëren van de anabole effecten van testosteron op de spier. De rol van het intramusculaire IGF-I-systeem bij het mediëren van androgene effecten op de spier moet ook verder worden onderzocht.