Mechanizmy wpływu testosteronu na mięśnie szkieletowe
Mechanizmy, dzięki którym testosteron zwiększa masę mięśni szkieletowych, są słabo poznane. Analizy histomorfometryczne biopsji mięśnia obszernego bocznego uzyskanych od młodych i starszych mężczyzn biorących udział w badaniach odpowiedzi na dawkę testosteronu wykazały, że podanie testosteronu wywołuje przerost włókien mięśni szkieletowych typu I i II. Jednak testosteron nie wpływa na bezwzględną liczbę ani na względną proporcję włókien mięśniowych typu I i II. Wzrost rozmiaru mięśni wywołany testosteronem jest związany ze wzrostem liczby komórek satelitarnych.
Zaproponowano trzy ogólne hipotezy wyjaśniające anaboliczne działanie testosteronu na mięśnie szkieletowe i nie wykluczają się one wzajemnie; Możliwe, że wszystkie trzy ścieżki – oprócz innych znanych i nieznanych – mogą przyczyniać się do przyrostów masy mięśni szkieletowych obserwowanych podczas terapii testosteronem. Hipotezy te obejmują stymulację syntezy białek mięśniowych, stymulację osi I hormonu wzrostu / insulinopodobnego czynnika wzrostu oraz regulację różnicowania mezenchymalnych komórek macierzystych.
Hipoteza syntezy białek dominuje w tej dziedzinie od lat czterdziestych XX wieku, kiedy testosteron wykazano, że inne androgeny zwiększają retencję azotu u mężczyzn z niedoborem androgenów. Obserwacje te doprowadziły do hipotezy, że testosteron stymuluje syntezę białek mięśniowych. Kilku badaczy stosujących stabilne izotopy wykazało, że terapia testosteronem poprawia ułamkową syntezę białek mięśniowych i ponowne wykorzystanie aminokwasów. Wpływ testosteronu na degradację białek mięśniowych jest mniej jasny.
Hipoteza dotycząca syntezy białek mięśniowych nie wyjaśnia w łatwy sposób wzajemnej zmiany masy tłuszczowej i zwiększonej liczby komórek satelitarnych u mężczyzn leczonych testosteronem. Te obserwacje doprowadziły nas do rozważenia alternatywnej hipotezy, że testosteron może regulować różnicowanie mezenchymalnych komórek multipotencjalnych, sprzyjając ich różnicowaniu do linii miogennej i hamując różnicowanie adipogenne. Aby przetestować tę hipotezę, najpierw zapytaliśmy, czy białko receptora androgenowego ulega ekspresji w mezenchymalnych komórkach progenitorowych w mięśniu szkieletowym. Stwierdziliśmy, że białko AR ulegało ekspresji głównie w komórkach satelitarnych, co zostało zidentyfikowane przez ich lokalizację poza sarkolemą, ale wewnątrz blaszki, oraz przez barwienie C-met i CD34. Ekspresję białka AR obserwowano także w wielu jądrach mięśniowych oraz w komórkach CD34 + poza blaszką, komórkami śródbłonka naczyniowego i miofibroblastach. Zatem wiele mezenchymalnych, multipotencjalnych komórek prekursorowych, znajdujących się w mięśniach szkieletowych, wykazuje ekspresję AR i może być celem działania androgenów.
Określiliśmy wpływ testosteronu i DHT na różnicowanie multipotencjalnych , mezenchymalne komórki C3H10T1 / 2. Chociaż nieleczone komórki wyrażają niski poziom białka AR, DHT i testosteron zwiększają ekspresję AR w tych komórkach. Stymulacja androgenów ekspresji AR została zablokowana przez antagonistę AR, flutamid, co sugeruje, że AR bierze udział w tej autoregulacji. Inkubacja z testosteronem i DHT zwiększa liczbę komórek miogennych MyoD + i miotubul MHC +, a poziom mRNA i białek MyoD i MHC zwiększa się w zależności od dawki. Zarówno testosteron, jak i DHT zmniejszają również liczbę adipocytów O-dodatnich czerwieni olejowej i regulują w dół ekspresję mRNA PPARγ2 i białek PPARγ2 i C / EBPα, które są markerami różnicowania adipogennego. Wpływ testosteronu i DHT na miogenezę i adipogenezę jest blokowany przez bikalutamid, antagonistę receptora androgenowego. W związku z tym testosteron i DHT regulują różnicowanie mezenchymalnych komórek multipotencjalnych poprzez promowanie ich różnicowania do linii miogennej i hamowanie ich różnicowania do adipocytów poprzez szlak, w którym pośredniczy AR (ryc. 27.3). Obserwacja, że różnicowanie mezenchymalnych komórek multipotencjalnych jest regulowane przez androgeny, dostarcza jednoznacznego wyjaśnienia wzajemnego wpływu androgenów na mięśnie i masę tłuszczową oraz obserwowanego wzrostu liczby komórek satelitarnych. Nasze dane nie wykluczają możliwości, że androgeny mogą również wpływać na dodatkowe etapy szlaków różnicowania miogennego i adipogennego.
Rysunek 27.3. Ten model działania androgenów zakłada hipotezę, że androgeny sprzyjają różnicowaniu się mezenchymalnych komórek macierzystych w linię miogenną i hamują ich różnicowanie w linię adipogenną. Ponadto wykazano, że testosteron i DHT hamują różnicowanie preadipocytów w adipocyty. Inni wykazali, że testosteron zwiększa frakcyjną syntezę białek mięśniowych.
W oddzielnych badaniach wykazaliśmy, że DHT reguluje również różnicowanie się mezenchymalnych komórek macierzystych pochodzących ze szpiku ludzkiego od dorosłych mężczyzn. DHT zwiększa ekspresję AR i hamuje gromadzenie się lipidów w adipocytach różniących się od hMSC i zmniejsza ekspresję aP2, PPARy, leptyny i C / EBPα. Bikalutamid osłabia hamujący wpływ DHT na różnicowanie adipogenne hMSC. Adipocyty zróżnicowane w obecności DHT gromadzą mniejsze kropelki oleju, co sugeruje zmniejszony stopień dojrzewania. DHT zmniejsza wbudowywanie znakowanych kwasów tłuszczowych do triglicerydów i reguluje w dół ekspresję karboksylazy acetylo-CoA i DGAT2 w adipocytach pochodzących z hMSC. Zatem DHT hamuje adipogenne różnicowanie hMSC poprzez szlak, w którym pośredniczy AR, ale nie wpływa na proliferację żadnego z hMSC.
Pojawiające się dowody sugerują, że sygnalizacja Wnt odgrywa ważną rolę w regulowaniu różnicowania mezenchymalnych komórek progenitorowych. komórki, a testosteron i DHT sprzyjają asocjacji ligandowanego receptora androgenowego z β-kateniną, stabilizując ten ostatni i powodując translokację kompleksu receptor androgenowy – β-katenina do jądra i aktywację wielu genów docelowych Wnt. Badania podwójnej immunofluorescencji i immunoprecypitacji wykazały, że AR, β-katenina i TCF-4 są jednocześnie zlokalizowane w jądrze komórkowym zarówno w komórkach poddanych działaniu testosteronu (100 nM), jak i DHT (10 nM), co sugeruje, że oddziałują one tworząc złożony. Zarówno β-katenina, jak i TCF-4 odgrywają zasadniczą rolę w pośredniczeniu w wpływie androgenów na różnicowanie komórek C3H10T1 / 2.
Testosteron reguluje ekspresję kilku genów docelowych Wnt, w tym folistatyny, która odgrywa istotna rola w pośredniczeniu w wpływie testosteronu na miogenezę. Sygnał androgenów jest przekazywany krzyżowo do szlaku TGF-β / SMAD przez folistatynę, która blokuje sygnalizację TGF-β / SMAD in vivo i in vitro (Rysunek 27.4).
Rysunek 27.4. Rola szlaku sygnałowego Wnt w pośredniczeniu w działaniu androgenów na mięśnie szkieletowe. Androgeny regulują różnicowanie mezenchymalnych komórek multipotencjalnych w linię miogenną poprzez promowanie asocjacji ligandowanego AR z beta-kateniną, stabilizację tej ostatniej i powodowanie translokacji kompleksu AR-beta-kateniny do jądra, gdzie łączy się z TCF-4 i reguluje ekspresja wielu genów docelowych Wnt, w tym folistatyny. Te geny docelowe Wnt, zwłaszcza folistatyna, regulują różnicowanie miogenne i adipogenne. Pokazane są również inne elementy kanonicznego szlaku Wnt. AR; receptor androgenowy; TCF-4: współczynnik komórek T-4; APC: gruczolak polipowatości okrężnicy; Dsh: rozczochrany; GSK3: kinaza syntazy glikogenu 3 beta; LiCl: chlorek litu.
Powszechnie uznano, że terapia testosteronem zwiększa wydzielanie pulsacyjnego hormonu wzrostu (GH) i zwiększa poziom insuliny w surowicy stężenie czynnika wzrostu I (IGF-I) u chłopców w okresie dojrzewania iu chłopców z konstytucjonalnym opóźnieniem dojrzewania. Związany z testosteronem wzrost wydzielania GH jest wynikiem większej masy GH wydzielanej na wyrzut i wyższego maksymalnego tempa wydzielania GH w każdym wyrzutu. Ponadto androgeny zwiększają wielkość rytmu nyktohemeralnego w masie impulsów wydzielniczych GH. Ten wzrost wydzielania GH może przyczyniać się do stymulującego wzrost działania testosteronu u chłopców z konstytucyjnym opóźnieniem dojrzewania. Wykazano również, że podawanie androgenów zwiększa poziomy krążącego IGF-I i reguluje w górę śródmięśniową ekspresję mRNA IGF-I u mężczyzn. Jednak anegdotycznie zaobserwowaliśmy, że terapia testosteronem zwiększa beztłuszczową masę ciała nawet u mężczyzn z hipogonadyzmem, którzy przeszli przysadkę mózgową i mają niedobór GH. Dane te sugerują, że chociaż terapia testosteronem może zwiększać wydzielanie GH i poziom krążącego IGF-I, może nie być niezbędna do pośredniczenia w anabolicznym działaniu testosteronu na mięśnie. Rola domięśniowego układu IGF-I w pośredniczeniu w działaniu androgenów na mięśnie również wymaga dalszych badań.