Υψηλής έντασης άσκηση και μυϊκή βλάβη: ο ρόλος των αυξητικών παραγόντων

Abstract

Skeletal muscle damage results in increased expression of insulin-like growth factor-1 (IGF-1), which has been associated both with mitogenic and myogenicmechanisms involved in muscle regeneration. Different IGF-1 isoforms (IGF-1Ea,IGF-1Eb and MGF) have been proposed to have varying functions in muscle repairand growth. To gain insight into the potentially differential actions of IGF-1 isoformsin the regulation of muscle regeneration, the time course of their expressions wasassessed, at both mRNA and protein levels, after exercise-induced muscle damage inhumans. In addition, synthetic MGF E peptide signalling has been characterized inC2C12 myoblasts, in vitro. Changes in muscle’s mechanical properties andinflammatory-related factors in the blood associated with muscle damage were alsoassessed. Ten healthy men volunteers performed 50 maximal eccentric muscleactions using the quadriceps muscles and muscle biopsy samples were taken from theexercised muscles before and 6 h, 2, 5 and 16 days post-exercise. Muscle damagewas documented by its clinical and biochemical markers post exercise, while it wascharacterized by systemic cytokine responses and specific functional adaptations.Analyses of muscle biopsy samples revealed a rapid and transient up-regulation ofMGF mRNA expression, which was followed by a prolonged increase of IGF-1Eaand IGF-1Eb mRNA expression. Patterns similar to those for mRNA expressionwere detected for MGF and IGF-1Ea expression at the protein level. The action ofsynthetic MGF E peptide differed from that of mature IGF-1 since its proliferativeeffect on C2C12 myoblast-like cells was not blocked by an anti-IGF-1 receptorneutralizing antibody and, in contrast to mature IGF-1, it activated only ERK1/2 andnot Akt phosphorylation. It was concluded that the differential expression profile ofIGF-1 isoforms in vivo and the the possible IGF-1R – independent MGF E peptidesignalling in skeletal muscle-like cells support the notion of a specific andautonomous function of MGF on skeletal muscle regeneration.

Η βλάβη του σκελετικού μυός οδηγεί σε αυξημένη έκφραση του ινσουλινομιμητικούαυξητικού παράγοντα-1 (IGF-1), ο οποίος έχει συνδεθεί τόσο με τους μιτογόνους όσο καιμε τους μυογόνους μηχανισμούς που εμπλέκονται στη μυϊκή αναγέννηση. Διαφορετικέςισομορφές του IGF-1 (IGF-1Ea, IGF-1Eb και MGF) έχει προταθεί ότι έχουν ποικίλεςλειτουργίες στην επιδιόρθωση και την αύξηση του μυός. Με σκοπό τη διερεύνηση τωνενδεχομένως διαφορετικών δράσεων των ισομορφών του IGF-1 στη ρύθμιση της μυϊκήςαναγέννησης, στην παρούσα μελέτη εξετάστηκε το χρονοδιάγραμμα της έκφρασής τους,τόσο σε επίπεδο mRNA όσο και πρωτεΐνης, μετά από ασκησιογενή μυϊκή βλάβη στονανθρώπινο σκελετικό μυ. Επιπλέον, χαρακτηρίστηκε η σηματοδότηση ενός συνθετικούπεπτιδίου Ε του MGF σε καλλιέργειες μυοβλαστών C2C12. Αλλαγές στις μηχανικέςιδιότητες του μυός και παράγοντες στο αίμα που σχετίζονται με τη φλεγμονήαξιολογήθηκαν, επίσης, μετά τη μυϊκή βλάβη. Δέκα υγιείς άνδρες εθελοντές εκτέλεσαν 50μέγιστες έκκεντρες συστολές, χρησιμοποιώντας τον τετρακέφαλο μηριαίο μυ και δείγματαμυϊκών βιοψιών λήφθηκαν από τους ασκηθέντες μυς πριν και 6 ώρες, 2, 5 και 16 ημέρεςμετά την άσκηση. Η μυϊκή βλάβη τεκμηριώθηκε με τους κλινικούς και βιοχημικούςδείκτες της μετά την άσκηση, ενώ χαρακτηρίστηκε από μεταβολές κυτταροκινών στο αίμακαι συγκεκριμένες λειτουργικές προσαρμογές του μυός. Οι αναλύσεις των δειγμάτων τωνμυϊκών βιοψιών αποκάλυψαν μια άμεση και παροδική αύξηση της έκφρασης του MGF σεεπίπεδο mRNA, η οποία ακολουθήθηκε από μια παρατεταμένη αύξηση του mRNA τωνισομορφών IGF-1Ea και IGF-1Eb. Παρόμοια πρότυπα με εκείνα της έκφρασης σε επίπεδοmRNA ανιχνεύθηκαν για τις ισομορφές MGF και IGF-1Ea σε πρωτεϊνικό επίπεδο. Ηδράση του συνθετικού πεπτιδίου Ε του MGF διέφερε από αυτή του ώριμου IGF-1,δεδομένου ότι η πολλαπλασιαστική επίδρασή του στα μυοβλαστικού τύπου κύτταραC2C12 δεν εμποδίστηκε από ένα αντίσωμα που αδρανοποίησε τον υποδοχέα του IGF-1και, σε αντίθεση με το ώριμο πεπτίδιο του IGF-1, ενεργοποίησε τη φωσφορυλίωση μόνοτων ERK1/2 και όχι και της Akt. Συμπεραίνεται ότι, το διαφορικό πρότυπο έκφρασης τωνισομορφών του IGF-1 στον ανθρώπινο σκελετικό μυ και η πιθανώς ανεξάρτητη από τονυποδοχέα του IGF-1 σηματοδότηση του συνθετικού πεπτιδίου Ε του MGF στα κύτταραC2C12 υποστηρίζουν την αντίληψη μιας ειδικής και αυτόνομης λειτουργίας του MGFστην αναγέννηση του σκελετικού μυός.