Mecanismos dos efeitos da testosterona no músculo esquelético
Os mecanismos pelos quais a testosterona aumenta a massa muscular esquelética são mal compreendidos. Análises histomorfométricas de biópsias do músculo vasto lateral obtidas de homens jovens e idosos participantes de estudos de dose-resposta de testosterona revelaram que a administração de testosterona induz hipertrofia das fibras musculares esqueléticas do tipo I e do tipo II. No entanto, a testosterona não afeta o número absoluto ou a proporção relativa das fibras musculares dos tipos I e II. O aumento no tamanho do músculo induzido pela testosterona está associado a um aumento no número de células satélites.
Três hipóteses gerais foram propostas para explicar os efeitos anabólicos da testosterona no músculo esquelético e não são mutuamente exclusivas; é possível que todas as três vias – além de outras vias conhecidas e desconhecidas – possam contribuir para os ganhos de massa muscular esquelética observados durante a terapia com testosterona. Essas hipóteses incluem a estimulação da síntese de proteínas musculares, a estimulação do eixo I do hormônio de crescimento / fator de crescimento semelhante à insulina e a regulação da diferenciação das células-tronco mesenquimais.
A hipótese da síntese de proteínas dominou o campo desde os anos 1940, quando a testosterona e outros andrógenos mostraram aumentar a retenção de nitrogênio em homens com deficiência de andrógenos. Essas observações levaram à hipótese de que a testosterona estimula a síntese de proteínas musculares. Vários pesquisadores usando isótopos estáveis demonstraram que a terapia com testosterona melhora a síntese de proteína muscular fracionada e a reutilização de aminoácidos. Os efeitos da testosterona na degradação da proteína muscular são menos claros.
A hipótese da síntese de proteína muscular não explica facilmente a mudança recíproca na massa de gordura e o aumento do número de células satélite em homens tratados com testosterona. Essas observações nos levaram a considerar a hipótese alternativa de que a testosterona pode regular a diferenciação de células multipotentes mesenquimais, promovendo sua diferenciação na linhagem miogênica e inibindo a diferenciação adipogênica. Para testar essa hipótese, primeiro perguntamos se a proteína do receptor de andrógeno era expressa em células progenitoras mesenquimais no músculo esquelético. Descobrimos que a proteína AR foi expressa predominantemente em células satélites, identificadas por sua localização fora do sarcolema, mas dentro da lâmina, e pela coloração de C-met e CD34. A expressão da proteína AR também foi observada em muitos mionúcleos e em células CD34 + fora da lâmina, células endoteliais vasculares e miofibroblastos. Assim, uma série de células precursoras mesenquimais multipotentes, residentes no músculo esquelético, expressam AR e podem ser alvos da ação androgênica.
Determinamos os efeitos da testosterona e do DHT na diferenciação de multipotentes , células mesenquimais C3H10T1 / 2. Embora as células não tratadas expressem baixos níveis de proteína AR, DHT e testosterona aumentam a expressão de AR nessas células. A estimulação androgênica da expressão do AR foi bloqueada pelo antagonista do AR, flutamida, sugerindo que o AR está envolvido nesta autorregulação. A incubação com testosterona e DHT aumenta o número de células miogênicas MyoD + e miotubos MHC + e mRNA de MyoD e MHC e os níveis de proteína aumentaram de forma dependente da dose. A testosterona e o DHT também diminuem o número de adipócitos Oil Red O positivos e regulam negativamente a expressão do mRNA PPARγ2 e das proteínas PPARγ2 e C / EBPα que são marcadores de diferenciação adipogênica. Os efeitos da testosterona e do DHT na miogênese e adipogênese são bloqueados pela bicalutamida, um antagonista do receptor de andrógeno. Portanto, a testosterona e o DHT regulam a diferenciação de células multipotentes mesenquimais, promovendo sua diferenciação na linhagem miogênica e inibindo sua diferenciação em adipócitos por meio de uma via mediada por AR (Figura 27.3). A observação de que a diferenciação de células multipotentes mesenquimais é regulada por andrógenos fornece uma explicação unificadora para os efeitos recíprocos dos andrógenos no músculo e na massa gorda e para o aumento observado no número de células satélite. Nossos dados não excluem a possibilidade de que os andrógenos também possam afetar etapas adicionais nas vias de diferenciação miogênica e adipogênica.
Figura 27.3. Este modelo de ação dos andrógenos levanta a hipótese de que os andrógenos promovem a diferenciação das células-tronco mesenquimais na linhagem miogênica e inibem sua diferenciação na linhagem adipogênica. Além disso, a testosterona e o DHT inibem a diferenciação de pré-adipócitos em adipócitos. Outros mostraram que a testosterona aumenta a síntese fracionada de proteína muscular.
Em estudos separados, mostramos que o DHT também regula a diferenciação de células-tronco mesenquimais derivadas da medula humana de homens adultos. O DHT regula positivamente a expressão de AR e inibe o acúmulo de lipídeos em adipócitos diferenciados de hMSCs e regula negativamente a expressão de aP2, PPARγ, leptina e C / EBPα. A bicalutamida atenua os efeitos inibitórios do DHT na diferenciação adipogênica de hMSCs. Os adipócitos diferenciados na presença de DHT acumulam gotículas de óleo menores, sugerindo um grau de maturação reduzido. O DHT diminui a incorporação de ácido graxo marcado em triglicerídeos e diminui a expressão da acetil CoA carboxilase e DGAT2 em adipócitos derivados de hMSCs. Assim, o DHT inibe a diferenciação adipogênica de hMSCs por meio de uma via mediada por AR, mas não afeta a proliferação de qualquer das hMSCs.
Novas evidências sugerem que a sinalização Wnt desempenha um papel importante na regulação da diferenciação do progenitor mesenquimal células e que a testosterona e o DHT promovem a associação do receptor de andrógeno ligado com a β-catenina, estabilizando esta última e fazendo com que o complexo receptor de andrógeno-β-catenina se transloque para o núcleo e ative vários genes alvo Wnt. Estudos de imunofluorescência e imunoprecipitação dupla revelaram que AR, β-catenina e TCF-4 estão co-localizados no núcleo em ambas as células tratadas com testosterona (100 nM) e tratadas com DHT (10 nM), sugerindo que eles interagem para formar um complexo. Tanto a β-catenina quanto o TCF-4 desempenham um papel essencial na mediação dos efeitos do andrógeno na diferenciação das células C3H10T1 / 2.
A testosterona regula a expressão de vários genes alvo Wnt, incluindo a folistatina, que desempenha um papel essencial na mediação dos efeitos da testosterona na miogênese. O sinal de andrógeno é comunicado de forma cruzada à via TGF-β / SMAD por meio da folistatina, que bloqueia a sinalização de TGF-β / SMAD in vivo e in vitro (Figura 27.4).
Figura 27.4. O papel da via de sinalização Wnt na mediação dos efeitos dos andrógenos no músculo esquelético. Os andrógenos regulam a diferenciação de células multipotentes mesenquimais em linhagem miogênica, promovendo a associação de AR ligante com beta-catenina, estabilizando esta última e causando translocação do complexo AR-beta-catenina para o núcleo onde se associa com TCF-4 e regula expressão de vários genes alvo Wnt, incluindo folistatina. Esses genes-alvo Wnt, especialmente a folistatina, regulam a diferenciação miogênica e adipogênica. Outros componentes da via canônica Wnt também são mostrados. AR; receptor de andrógeno; TCF-4: fator 4 de células T; APC: cólon de adenoma polipose; Dsh: desgrenhado; GSK3: glicogênio sintase quinase 3 beta; LiCl: cloreto de lítio.
É amplamente reconhecido que a terapia com testosterona aumenta a secreção pulsátil do hormônio do crescimento (GH) e aumenta o soro semelhante à insulina concentrações do fator de crescimento I (IGF-I) em meninos peripubertais e em meninos com atraso constitucional da puberdade. O aumento associado à testosterona na secreção de GH é o resultado de uma maior massa de GH secretado por explosão e uma taxa máxima mais alta de secreção de GH em cada explosão. Além disso, os andrógenos aumentam a magnitude do ritmo nictemérico na massa dos pulsos secretores de GH. Este aumento na secreção de GH pode contribuir para os efeitos de promoção do crescimento da testosterona em meninos com atraso constitucional da puberdade. A administração de andrógenos também demonstrou aumentar os níveis circulantes de IGF-I e aumentar a expressão de mRNA de IGF-I intramuscular em homens. Entretanto, de forma anedótica, observamos que a terapia com testosterona aumenta a massa corporal magra, mesmo em homens hipogonadais que fizeram hipofisectomia e são deficientes em GH. Estes dados sugerem que, embora a terapia com testosterona possa aumentar a secreção de GH e os níveis circulantes de IGF-I, pode não ser essencial para mediar os efeitos anabólicos da testosterona no músculo. O papel do sistema IGF-I intramuscular na mediação dos efeitos do andrógeno no músculo também precisa de mais investigação.