Было предположено, что куркумин может смягчать деградацию и потерю мышечного белка за счет ослабления протеолитической активности в мышцах конечностей мышей, подвергшихся перезагрузке (7dR) после иммобилизации (7dI). В икроножной мышце мышей (самки C57BL / 6J, 10 недель), подвергшихся восстановлению после семидневного периода иммобилизации задних конечностей с / без лечения куркумином, обнаружены маркеры протеолиза мышц (системный тропонин-I), пути передачи сигналов атрофии и гистоновые деацетилазы, белок синтез, а также фенотипические характеристики и функции мышц. В икроножной мышце перегрузившихся мышей по сравнению с ненагруженными мышечная функция, структура, сиртуин-1 и синтез белка улучшились, в то время как протеолитические и сигнальные маркеры (FoxO1 / 3) снизились. В икроножной мышце ненагруженных и повторно загруженных мышей, получавших куркумин, протеолитические и сигнальные маркеры (NF-kB p50) снижались, а активность сиртуина-1 и размер гибридных волокон увеличивались (перезагруженная мышца), при этом значительного улучшения мышечной функции не наблюдалось. Лечение куркумином вызывало повышение активности сиртуина-1 при ослаблении протеолиза в икроножной мышце мышей во время перезагрузки после периода разгрузки. Куркумин ослаблял протеолиз мышц, вероятно, за счет активации гистондеацетилазы сиртуин-1, что также приводило к снижению уровней сигнальных путей атрофии. Эти результаты открывают путь для исследования в разработке терапевтических стратегий в клинических условиях пациентов, подвергшихся периодам неиспользования мышечной атрофии.
При хронических заболеваниях и раке атрофия неиспользуемых мышц часто встречается у пораженных пациентов в результате отсутствия физической активности. Пациенты с хроническими заболеваниями также подвергаются периодам длительного постельного режима из-за острых обострений, что еще больше усугубляет атрофию мышц у этих людей. Более того, атрофия мышц также часто встречается во время критического заболевания, что еще больше снижает мышечную массу у пациентов. У пожилых людей часто случаются переломы костей и хирургические вмешательства, что в целом ухудшает мышечную массу и работоспособность пациентов. Таким образом, атрофия мышц, вызванная неиспользованием, ложится огромным бременем на системы здравоохранения, поскольку восстановление мышечной массы и функции может быть достигнуто только после строгих долгосрочных программ реабилитации. Важно отметить, что мышечная атрофия и потеря функции имеют значение для прогноза с точки зрения заболеваемости и смертности у пациентов с хроническими заболеваниями и раком. Атрофия и дисфункция мышц являются прогностическими факторами выживания независимо от состояния основного заболевания. Кроме того, очень часто встречается инвалидность после обострения хронических заболеваний и / или критических заболеваний, поскольку полное восстановление мышечной массы и функций практически невозможно, особенно у пожилых и физически неактивных пациентов.
В многофакторной этиологии атрофии мышц у пациентов и животных моделей изменяются факторы, присущие заболеванию, и биологические механизмы, что приводит к потере мышечной массы и функции. Наша группа и другие опубликовали обширные публикации с разъяснением механизмов, лежащих в основе процесса истощения мышц и нарушения их функций. Таким образом, на моделях неиспользованной мышечной атрофии и истощения было показано повышение уровней маркеров протеолиза, аутофагии, апоптоза, окислительного стресса и эпигенетических модификаций в мышцах обоих пациентов и животных. Кроме того, изменения в структуре миофибрилл наряду с уменьшением их размера также были продемонстрированы в мышцах после периодов бездействия. Изучение кинетики патофизиологических и биологических явлений, при которых происходит потеря мышечной массы после периодов неиспользования, имеет важное значение. В связи с этим последовательность экспрессии маркеров протеолиза, апоптоза, аутофагии, передачи сигналов, структурных изменений и переключений типа волокон, а также нарушенной функции уже была описана в предыдущих исследованиях.
Посттрансляционные модификации факторов транскрипции, которые сигнализируют о протеолитической активации в мышцах, были описаны в нескольких моделях мышечной атрофии. Кинетика статуса ацетилирования факторов FoxO1 и FoxO3 была исследована в икроножной мышце мышей, подвергшихся нескольким периодам иммобилизации с последующими периодами восстановления. Более того, бездействие мышцы конечности вызывало снижение уровней гистондеацетилазы сиртуина-1, тогда как перегрузка мышц приводила к увеличению уровней белка этого фермента. Было показано, что сиртуин-1 играет ключевую роль в защите от инфаркта миокарда и в предотвращении старения сосудистой сети в клетках. Может ли повышение уровней сиртуина-1 ослабить деградацию белка во время разгрузки мышц, еще предстоит полностью оценить.
Куркумин, полифенольное соединение, полученное из куркумы, оказывает благотворное влияние на нескольких моделях. Таким образом, куркумин защищает от фиброза, вызванного инфарктом миокарда, посредством активации сиртуина-1 у мышей и клеток. Куркумин также вызывал повышение уровня сиртуина-1 в стареющих гладких мышцах и эндотелиальных клетках. Пока не установлено, может ли терапия куркумином оказывать благоприятное воздействие на распад и структуру мышечного белка при атрофии неиспользуемых мышц и перегрузке. Таким образом, мы предполагаем, что куркумин может смягчать деградацию мышечного белка и потерю массы за счет ослабления действия протеолиза, сигнальных путей атрофии, апоптоза, структурных изменений и производительности мышц в мышцах конечностей мышей, подвергшихся перезагрузке после периода разгрузки. Соответственно, цели исследования заключались в том, чтобы в икроножной мышце мышей, подвергшихся восстановлению в течение семи дней после семидневного периода иммобилизации задних конечностей с лечением куркумином и без него, были изучены несколько молекулярных событий, участвующих в поддержании мышечной массы: 1) маркеры протеолиза. включая системные уровни тропонина-I, 2) сигнальные пути атрофии и гистоновые деацетилазы, 3) синтез белка и 4) структуру и функцию мышц. Экспериментальная модель, используемая в настоящем исследовании, была ранее хорошо проверена.
Атрофия мышц из-за неиспользования актуальна у пациентов с хроническими состояниями и при длительном постельном режиме из-за хирургических вмешательств, критических заболеваний, травм и обострений хронических состояний. Более того, эти сценарии могут совпадать у одного и того же пациента. С другой стороны, атрофия неиспользуемых мышц может также усугубить саркопению и / или кахексию у пациентов, особенно у пациентов с системными проявлениями заболеваний органов, таких как хронические заболевания сердца и легких. В текущем исследовании в икроножной мышце выздоравливающих мышей по сравнению с иммобилизованными животными, масса тела, сила захвата конечностей, CSA быстро сокращающихся волокон, уровни сиртуина-1 и белка MyHC, белки, меченные пуромицином, уровни фосфорилированных Akt, PGG-1alpha , и фосфорилированные FoxO1 и FoxO3 значительно увеличились, в то время как количество TUNEL-положительных ядер, мышечный протеолиз и специфические маркеры протеолиза, ацетилированные PGC-1alpha и FoxO1, а также общие FoxO1 и FoxO3 значительно снизились. В мышцах конечностей иммобилизованных животных, получавших куркумин, по сравнению с необработанными иммобилизованными мышами, белки, меченные пуромицином, значительно увеличились, тогда как количество TUNEL-положительных ядер, высвобождение тирозина, маркеры протеолиза, субъединица NF-kB p50, общий FoxO1, ацетилированный Уровни белков FoxO1 и HDAC4 были значительно снижены. В икроножной мышце выздоравливающих мышей, получавших куркумин, по сравнению с необработанными выздоравливающими животными, CSA гибридных волокон, активность сиртуина-1, фосфорилированного Akt и общего PGC-1альфа значительно увеличились, в то время как количество TUNEL-положительных ядер, маркеров мышечной ткани. протеолиз, субъединица p50 NF-kB и уровень белка HDAC3 значительно снизились. Наиболее важные выводы, полученные в ходе расследования, обсуждаются ниже. Большее снижение TUNEL-положительных ядер наблюдалось между двумя иммобилизованными группами мышей (снижение на 25% между 7dI + куркумин и 7dI), чем между двумя группами восстановления (8%). Значительное снижение TUNEL-положительных ядер также наблюдалось у выздоровевших мышей по сравнению с иммобилизованными животными (31%). Эти данные свидетельствуют о том, что куркумин оказал большее положительное влияние на иммобилизованные мышцы, чем на восстанавливающиеся, вероятно, в результате относительно низких уровней TUNEL-положительных ядер, уже обнаруженных в необработанном восстановлении. Значительное увеличение синтеза белка, измеренное с помощью белков, меченных пуромицином, также наблюдалось в мышцах конечностей иммобилизованных контрольных мышей, получавших куркумин. Эти результаты показывают, что куркумин каким-то образом способствует предотвращению протеолиза, в то же время способствуя синтезу белка в контрольных мышцах в текущей экспериментальной модели. Основные результаты, представленные в данном документе, более подробно рассматриваются ниже. Как было показано ранее, семидневный период перезагрузки вызывал благоприятное воздействие на скелетные мышцы, которые подвергались разгрузке в течение еще семи дней. Перезагрузка мышц задних конечностей в течение семи дней способствовала увеличению массы тела и укреплению мышц конечностей у мышей за счет нескольких ключевых биологических механизмов и сигнальных путей, которые участвуют в поддержании мышечной массы, особенно катаболизма мышечного белка. В соответствии с этим, маркеры протеолиза мышц (атрогин-1, MuRF-1, содержание протеасом и убиквитинирование общего белка) значительно снизились в мышцах конечностей мышей, получавших куркумин в обоих условиях (периоды иммобилизации и восстановления). Эти результаты согласуются с увеличением размера гибридных волокон, которое было обнаружено у выздоравливающих мышей, получавших куркумин. Уровни белка HDAC4 и HDAC6 не были изменены куркумином в мышцах ни у одной из обработанных мышей, тогда как уровни гистондеацетилазы сиртуина-1 были увеличены в мышцах восстановления мышей, которые получали одновременное лечение куркумином. Действительно, значительное повышение активности сиртуина-1 наблюдалось только у повторно загруженных животных, получавших куркумин, но не у тех, которые не получали этого лечения. Эти данные предполагают, что положительные эффекты, наблюдаемые в мышцах конечностей, в значительной степени связаны с активностью суртуина-1.
Сиртуин-1 представляет собой никотинамидадениндинуклеотид (НАД) + зависимую гистоновую деацетилазу, участвующую в нескольких важных биологических процессах, таких как восстановление ДНК, выживаемость клеток, старение и протеолиз мышц. В предыдущих исследованиях нашей группы было показано, что уровни белка сиртуина-1 снижаются в мышцах и мышечных трубках пациентов с ХОБЛ и тяжелым истощением мышц, а также у мышей, подвергшихся разгрузке задних конечностей в течение нескольких периодов. Кроме того, обработка кахектических мышечных трубок ингибитором фосфодиэстеразы-4 рофлумиластом вызвала значительное увеличение уровней экспрессии сиртуина-1, что также было связано с ослаблением протеолиза мышц (анализ высвобождения тирозина) и протеолитических маркеров. В текущем исследовании, как было показано ранее, перезагрузка после семидневного периода разгрузки индуцировала значительное повышение уровня белка сиртуина-1 в икроножной мышце исследуемых мышей. Важно отметить, что одновременное лечение грызунов куркумином вызывало повышение содержания сиртуина-1 в мышцах конечностей. Гистондеацетилаза сиртуин-1 является ключевым ферментом в клеточных процессах, таких как старение тканей, выживаемость клеток, антиоксидантные свойства, сердечно-сосудистые заболевания и состояния мышечной атрофии. В настоящем исследовании можно сделать вывод, что ослабление протеолиза и восстановление структуры и функции мышц, наблюдаемых в икроножной мышце повторно нагруженных мышей, получавших куркумин, в значительной степени опосредовано активностью сиртуина-1.
Куркумин, который является активным компонентом Curcuma longa, оказывает благоприятное воздействие на клетки за счет ослабления ключевых процессов, таких как воспаление, апоптоз и окислительный стресс, среди прочих. Также было показано, что лечение куркумином защищает от фиброза сердца после инфаркта миокарда за счет активации сиртуина-1, от старения сосудов, от окислительного стресса и восстановления сил в мышцах старых крыс, окислительного повреждения митохондрий при ишемии. Модели реперфузии, аутофагии и апоптоза в миоцитах, подвергшихся воздействию условий гипоксии / реоксигенации. Во всех этих моделях наблюдалось повышение уровня сиртуина-1, что привело к выводу, что гистондеацетилаза играет важную роль в защите, оказываемой куркумином на различных животных и клеточных моделях.
В настоящем исследовании уровни экспрессии ацетилированных факторов транскрипции также были проанализированы в мышцах конечностей перезагруженных мышей, получавших и не получавших куркумин. Как было продемонстрировано ранее, восстановление мышц конечностей также вызывает значительное снижение уровней ацетилирования PGC-1alpha и FoxO1, а также общего FoxO3 в икроножной мышце в текущем исследовании. Важно отметить, что значительное снижение активных форм FoxO1 и FoxO3 также наблюдалось в мышцах конечностей выздоровевших животных. С другой стороны, значительное увеличение активной формы Akt и белков, меченных пуромицином (синтез белка), также наблюдалось в восстанавливающихся мышцах в ответ на куркумин наряду с увеличением экспрессии уровней белка PGC-1alpha. Взятые вместе, эти результаты предполагают, что положительное влияние куркумина на мышцы двоякое: 1) он способствует синтезу белка и 2) вызывает снижение деградации мышечного белка через убиквитин-протеасомный путь, как также предполагалось ранее.
Кроме того, лечение животных куркумином вызывало значительное снижение уровней субъединицы p50 NF-kB. Эти результаты предполагают, что часть положительных эффектов, наблюдаемых в мышцах перезаряженных мышей, получавших фенольное соединение, могло быть опосредовано снижением активности NF-kB. Интересно, что лечение куркумином также вызывало значительное снижение субъединицы p50 NF-kB в иммобилизованных мышцах мышей. Подобные результаты были получены в старых мышцах, в которых окислительный стресс и окислительно-восстановительные сигнальные пути уменьшились в ответ на терапию куркумином.
Laura Mañas-García, Nuria Bargalló, Joaquim Gea, and Esther Barreiro
Комментариев нет:
Отправить комментарий