Mecanismele efectelor testosteronului asupra mușchilor scheletici
Mecanismele prin care testosteronul mărește masa musculară scheletică sunt slab înțelese. Analizele histomorfometrice ale biopsiilor de mușchi vast lateral obținute de la bărbați tineri și mai în vârstă care participă la studii de testosteron-doză-răspuns au arătat că administrarea de testosteron induce hipertrofia atât a fibrelor musculare scheletice de tip I, cât și de tip II. Cu toate acestea, testosteronul nu afectează numărul absolut sau proporția relativă a fibrelor musculare de tip I și II. Creșterea dimensiunii mușchilor indusă de testosteron este asociată cu o creștere a numărului de celule satelite.
Au fost propuse trei ipoteze generale pentru a explica efectele anabolice ale testosteronului asupra mușchiului scheletic și nu se exclud reciproc; este posibil ca toate cele trei căi – pe lângă alte căi cunoscute și necunoscute – să contribuie la creșterea masei musculare scheletice observate în timpul terapiei cu testosteron. Aceste ipoteze includ stimularea sintezei proteinelor musculare, stimularea hormonului de creștere / axa factorului de creștere asemănător insulinei și reglarea diferențierii celulelor stem mezenchimale.
Ipoteza sintezei proteinelor a dominat câmpul încă din anii 1940, când testosteronul și alți androgeni s-au dovedit a crește retenția de azot la bărbații cu deficit de androgen. Aceste observații au condus la ipoteza că testosteronul stimulează sinteza proteinelor musculare. Mai mulți investigatori care folosesc izotopi stabili au arătat că terapia cu testosteron îmbunătățește sinteza fracțională a proteinelor musculare și reutilizarea aminoacizilor. Efectele testosteronului asupra degradării proteinelor musculare sunt mai puțin clare.
Ipoteza sintezei proteinelor musculare nu explică cu ușurință schimbarea reciprocă a masei grase și numărul crescut de celule satelite la bărbații tratați cu testosteron. Aceste observații ne-au determinat să luăm în considerare ipoteza alternativă că testosteronul ar putea regla diferențierea celulelor mezenchimale multipotente, promovând diferențierea lor în linia miogenă și inhibând diferențierea adipogenă. Pentru a testa această ipoteză, am întrebat mai întâi dacă proteina receptorului de androgen a fost exprimată în celulele progenitoare mezenchimale din mușchiul scheletic. Am constatat că proteina AR a fost exprimată predominant în celule satelite, identificate prin localizarea lor în afara sarcolemei, dar în interiorul lamelei și prin colorarea C-met și CD34. Expresia proteinelor AR a fost, de asemenea, observată în multe myonuclei și în celulele CD34 + în afara lamelei, celulelor endoteliale vasculare și miofibroblaste. Astfel, un număr de celule precursoare mezenchimale, multipotente, rezidente în mușchiul scheletic, exprimă AR și ar putea fi ținte ale acțiunii androgenilor.
Am determinat efectele testosteronului și DHT asupra diferențierii multipotentului , celule mezenchimale C3H10T1 / 2. Deși celulele netratate exprimă niveluri scăzute de proteine AR, DHT și testosteronul reglează expresia AR în aceste celule. Stimularea androgenă a expresiei AR a fost blocată de antagonistul AR, flutamida, sugerând că AR este implicată în această autoreglare. Incubația cu testosteron și DHT crește numărul de celule miogene MyoD + și miotuburi MHC + și ARNm MyoD și MHC și nivelurile de proteine crescute în mod dependent de doză. Atât testosteronul, cât și DHT scad, de asemenea, numărul de adipocite O pozitiv roșu ulei și reglează în jos expresia mARN-ului PPARγ2 și a proteinelor PPARγ2 și C / EBPα care sunt markeri ai diferențierii adipogene. Efectele testosteronului și DHT asupra miogenezei și adipogenezei sunt blocate de bicalutamida, un antagonist al receptorilor de androgen. Prin urmare, testosteronul și DHT reglează diferențierea celulelor mezenchimale multipotente prin promovarea diferențierii lor în linia miogenă și inhibarea diferențierii lor în adipocite printr-o cale mediată de AR (Figura 27.3). Observația că diferențierea celulelor mezenchimale multipotente este reglementată de androgen oferă o explicație unificatoare pentru efectele reciproce ale androgenilor asupra masei musculare și grase și pentru creșterea observată a numărului de celule satelite. Datele noastre nu exclud posibilitatea ca androgenii să afecteze, de asemenea, pași suplimentari în căile de diferențiere miogenă și adipogenă.
Figura 27.3. Acest model de acțiune androgenă presupune că androgenii promovează diferențierea celulelor stem mezenchimale în linia miogenă și inhibă diferențierea lor în linia adipogenă. În plus, sa demonstrat că testosteronul și DHT inhibă diferențierea preadipocitelor în adipocite. Alții au demonstrat că testosteronul crește sinteza fracțională a proteinelor musculare.
În studii separate, am arătat că DHT reglementează, de asemenea, diferențierea celulelor stem mezenchimale derivate din măduva umană de bărbații adulți. DHT reglează în sus expresia AR și inhibă acumularea de lipide în adipocite diferențiate de hMSC și reglează în jos expresia aP2, PPARγ, leptină și C / EBPα. Bicalutamida atenuează efectele inhibitoare ale DHT asupra diferențierii adipogene a hMSC. Adipocitele diferențiate în prezența DHT acumulează picături de ulei mai mici, sugerând o extindere redusă de maturare. DHT scade încorporarea acidului gras marcat în trigliceride și reglează în jos acetil CoA carboxilaza și expresia DGAT2 în adipocite derivate din hMSC. Astfel, DHT inhibă diferențierea adipogenă a hMSC-urilor printr-o cale mediată de AR, dar nu afectează proliferarea nici unei hMSC-uri.
Dovezile emergente sugerează că semnalizarea Wnt joacă un rol important în reglarea diferențierii progenitorului mezenchimal. celulelor și că testosteronul și DHT promovează asocierea receptorului de androgen ligandat cu β-catenina, stabilizându-l pe acesta din urmă și determinând translocarea complexului receptorului androgenului-β-catenină în nucleu și activarea unui număr de gene țintă Wnt. Studiile cu imunofluorescență și imunoprecipitare au arătat că AR, β-catenina și TCF-4 sunt co-localizate în nucleu atât în celule tratate cu testosteron (100 nM), cât și în celule tratate cu DHT (10 nM), sugerând că acestea interacționează pentru a forma un complex. Atât β-catenina, cât și TCF-4 joacă un rol esențial în medierea efectelor androgeni asupra diferențierii celulelor C3H10T1 / 2.
Testosteronul reglează expresia mai multor gene țintă Wnt, inclusiv folistatina, care joacă un rol esențial în medierea efectelor testosteronului asupra miogenezei. Semnalul androgen este comunicat încrucișat către calea TGF-β / SMAD prin folistatină, care blochează semnalizarea TGF-β / SMAD in vivo și in vitro (Figura 27.4).
Figura 27.4. Rolul căii de semnalizare Wnt în medierea efectelor androgeni asupra mușchiului scheletic. Androgenii reglează diferențierea celulelor mezenchimale multipotente în linia miogenă prin promovarea asocierii AR ligandate cu beta-catenină, stabilizând aceasta din urmă și provocând translocarea complexului AR-beta-catenină în nucleul în care se asociază cu TCF-4 și reglează exprimarea unui număr de gene țintă Wnt, inclusiv folistatina. Aceste gene țintă Wnt, în special folistatina, reglează diferențierea miogenă și adipogenă. Sunt prezentate și alte componente ale căii canonice Wnt. RA; receptorul de androgen; TCF-4: factor de celule T-4; APC: adenom polipoză colon; Dsh: dezordonat; GSK3: glicogen sintază kinaza 3 beta; LiCl: clorură de litiu.
S-a recunoscut pe scară largă că terapia cu testosteron mărește secreția de hormon de creștere pulsatil (GH) și crește insulina serică concentrațiile factorului de creștere I (IGF-I) la băieții peripubertali și la băieții cu întârziere constituțională a pubertății. Creșterea asociată testosteronului în secreția de GH este rezultatul unei mase mai mari de GH secretate pe explozie și o rată maximă mai mare de secreție de GH în fiecare explozie. În plus, androgenii măresc magnitudinea ritmului nyctohemeral în masa impulsurilor secretoare de GH. Această creștere a secreției de GH poate contribui la creșterea efectelor de testosteron la băieții cu întârziere constituțională a pubertății. S-a demonstrat, de asemenea, că administrarea de androgeni crește nivelurile circulante de IGF-I și reglează în sus expresia mRNA intramusculară IGF-I la bărbați. Totuși, anecdotic, am observat că terapia cu testosteron crește masa slabă a corpului chiar și la bărbații hipogonadali care au suferit hipofizectomie și au deficit de GH. Aceste date sugerează că, deși terapia cu testosteron poate crește secreția GH și nivelul IGF-I circulant, este posibil să nu fie esențială pentru medierea efectelor anabolice ale testosteronului asupra mușchiului. Rolul sistemului intramuscular IGF-I în medierea efectelor androgeni asupra mușchiului necesită, de asemenea, investigații suplimentare.