l’atrophie des muscles squelettiques est considérée comme un problème de santé publique important en raison de ses conséquences primaires (altérations métaboliques) et secondaires (perte de force, diminution de l’autonomie). Comme on le sait, le processus d’atrophie devient apparent lorsque la dégradation des protéines du muscle squelettique est augmentée au-dessus de la synthèse des protéines pendant une période prolongée., Dans ce contexte, la supplémentation en leucine semble être une thérapie anti-atrophie prometteuse, agissant soit en inhibant la protéolyse du muscle squelettique et / ou en augmentant la synthèse des protéines, un effet qui peut éventuellement être à la fois dose-dépendante et condition-dépendante de l’atrophie du muscle squelettique. Cette revue traitera des effets de la supplémentation en leucine dans la régulation de la protéolyse du muscle squelettique dans les études in vitro et in vivo.,
effets anti-atrophiques de la supplémentation en Leucine
Les effets protéiques Épargnants de la supplémentation en leucine sont connus depuis les études initiales de Buse& Reid (1975) ., En raison de ses propriétés d’action isolée, la leucine est en fait considérée non seulement comme une protéine constitutive AA, mais également comme une entité physiopharmacologique, dont l’administration est capable de favoriser d’importantes actions anti-cataboliques, telles que l’atténuation du catabolisme musculaire squelettique pendant la perte de poids, la facilitation d’un processus de guérison et l’amélioration du renouvellement,
en général, la supplémentation en leucine montre systématiquement une diminution de la protéolyse du muscle squelettique lorsqu’elle est perfusée par voie intraveineuse , incubée avec le muscle entier , incubée avec les cellules musculaires squelettiques et sous alimentation orale . Il convient de noter que l’ampleur de l’inhibition est différente selon l’espèce, l’état pathologique et, en particulier, le modèle d’atrophie., Il est important de noter que dans les cultures de cellules musculaires squelettiques, les effets antiprotéolytiques de la supplémentation en leucine se produisent également, mais dans ce système, l’effet dose-dépendant de la leucine semble être déplacé vers une faible plage de concentration par rapport à l’incubation musculaire entière .
dans les études chroniques, l’efficacité de la supplémentation en leucine n’est pas aussi bien démontrée que dans les études aiguës, mais à ce niveau, la supplémentation en leucine montre également d’importants effets antiprotéolytiques. En fait, une étude récente réalisée par Combaret et al. (2005) ont montré que la supplémentation en leucine chronique orale (~0.,7 g / kg / jour sur une période de 10 jours) ont présenté des effets inhibiteurs durables sur la protéolyse du muscle squelettique d’environ ~30%, rétablissant l’inhibition postprandiale défectueuse de la protéolyse dépendante du protéasome. Soutenant également la preuve de la protéolyse diminuée induite par la supplémentation en leucine, une étude réalisée par Ventrucci et al. (2004) ont montré que chez les rats induits par la cachexie tumorale, la consommation d’un régime enrichi en leucine (3%) sur une période de 20 jours réduisait la dégradation des protéines dans les muscles gastrocnémiens d’environ 11%, augmentant la teneur en chaîne lourde de la myosine d’environ 47%., Récemment, avec le même plan d’étude, Eley et al. (2007) ont démontré que la consommation de 1 g/kg/jour de BCAA pendant 12 à 15 jours supprime la perte de poids corporelle d’environ 33% et diminue la dégradation des protéines d’environ 62% dans les muscles soléens. Cependant, au contraire, Sadiq et coll. (2008) ont montré que chez les veaux, 5 jours de perfusion intraveineuse D’EAA (rendant les niveaux plasmatiques de leucine ~0,24 mM) sous des déficits énergétiques et protéiques amélioraient l’équilibre azoté, mais la protéolyse du muscle squelettique n’était pas atténuée., Dans l’ensemble, les études chroniques ont montré que la supplémentation en leucine était une stratégie anti-atrophie importante, mais le manque de normalisation lié à la dose de supplémentation en leucine (ingérée et absorbée) nuit aux conclusions majeures liées à l’ampleur de l’effet. Le tableau 1 résume les études importantes liées aux effets de la leucine sur la protéolyse des muscles squelettiques chez les humains et les animaux.,
supplémentation en Leucine aiguë: relation entre la Dose et L’effet
pour obtenir l’efficacité de la supplémentation en est nécessaire de comprendre ses propriétés dose-effet., À cet égard, le groupe de Michael Rennie a fait des découvertes importantes liées à l’existence d’une relation curviligne dose-réponse entre L’EAA extra cellulaire (en particulier la leucine) et la synthèse des protéines du muscle squelettique humain . Le concept est que dans des conditions normales, un seul repas semble favoriser des effets maximaux sur la synthèse des protéines. Cette découverte est basée sur des études réalisées chez des rats adultes et des humains adultes, montrant que la concentration plasmatique de leucine à l’état de PA est d’environ 0.,1 mM et à L’état PP, il est augmenté d’environ 80% ou plus, rendant des valeurs moyennes de 0,2 mM. cette valeur semble être capable de favoriser des augmentations maximales de la synthèse protéique et de saturer le système .
lorsque le problème est l’inhibition de la dégradation des protéines, on en sait beaucoup moins sur cette propriété de l’effet dose, même dans les études animales. Les résultats présentés dans la littérature montrent des variations, basées sur le muscle squelettique étudié, l’isotope utilisé pour mesurer le métabolisme des protéines et le système étudié (études in vitro vs in vivo)., Cependant, une analyse plus approfondie de ces études, en particulier des études in vitro (où il est possible de détecter simultanément la synthèse des protéines et le métabolisme de dégradation des protéines), révèle de nouveaux résultats malgré les différences méthodologiques. Ainsi, une réinterprétation de ces études est justifiée pour générer un nouveau concept sur une relation dose-effet leucine.,
dans les cultures de cellules musculaires squelettiques, l’absence d’acides aminés (en particulier la leucine) semble contrôler la dégradation des protéines principalement par l’activation de la protéolyse dépendante du lysosome de plus, pendant les incubations musculaires entières, la supplémentation en leucine entraîne une diminution de l’activité protéolytique ATP-ubiquitine-dépendante . Cependant, il n’existe toujours pas d’informations mécanistiques actuelles sur la façon dont le signal nutritionnel induit par AA est détecté par la cellule musculaire (c’est-à-dire intracellulaire ou extracellulaire). Plusieurs études de Mortimore et ses collègues et Pösö et al., (1982), ont montré que dans le foie, la concentration extra cellulaire D’AA dicte de manière dose-dépendante, l’inhibition de la protéolyse à l’intérieur des cellules hépatiques, et que parmi les AA, la leucine était l’inhibiteur le plus puissant.
en relation avec le muscle squelettique, la concentration intracellulaire D’AA n’est pas disponible dans la plupart des études., Cependant, sur la base des concentrations extra-cellulaires AA (niveaux plasmatiques et/ou niveaux extra-cellulaires), il est possible de supposer que la concentration de leucine présente pour contrôler la synthèse des protéines est également disponible pour contrôler la dégradation des protéines, quel que soit le processus de mécanisme. Sur la base de cette hypothèse, les résultats de plusieurs études sont résumés ci-dessous. Ils suggèrent que la dose de leucine capable de provoquer des effets maximaux sur la dégradation des protéines peut être supérieure à celle capable de provoquer des effets maximaux sur la synthèse des protéines dans des conditions d’équilibre protéique négatif., Cependant, cet effet dose-dépendant ne semble pas se produire dans les cultures de cellules musculaires squelettiques .
études chez l’Animal
dans une étude antérieure en 1977, Buse& Weigand a montré que les muscles du diaphragme de rat incubés avec une concentration de leucine de 0,5 mM (deux fois celle de la concentration de leucine trouvée à L’état PP) étaient capables d’augmenter la synthèse Néanmoins, la dégradation des protéines a été inhibée dans 4.,7%, indiquant qu’une concentration physiologique élevée de leucine est capable à la fois de stimuler fortement la synthèse des protéines et, dans une moindre mesure, d’inhiber la dégradation des protéines, même en l’absence d’apport hormonal. En accord avec cela, Tischler et coll. (1982) , incubé rat muscles du diaphragme avec une large concentration de leucine (allant de PA à PP état). Ils ont observé qu’une concentration de leucine de 0,1 mM augmentait significativement la synthèse des protéines du muscle squelettique. Cependant, cette même concentration de leucine (0.,1 mM) n’a pas affecté les taux de dégradation des protéines, qui n’ont été modifiés que lorsque la concentration de leucine a été augmentée à une plage de 0,2 à 0,5 mM. dans cette plage de concentration, la dégradation des protéines a progressivement diminué d’une quantité absolue supérieure à celle qui a stimulé la synthèse des protéines (Tableau 1).
afin de vérifier si ces résultats n’ont été observés que lorsque les AA ont été administrés in vitro, Kee et al., (2003) ont fait une étude utilisant les muscles extenseurs digitorum longus, l’apport nutritionnel étant fourni pendant les conditions in vivo (infusé), en présence de facteurs hormonaux endogènes. Les résultats ont montré que chez les rats affamés 48 h, 4 h de perfusion D’AA ont élevé les taux plasmatiques de leucine à des valeurs d’environ 0,57 mM. cette augmentation des taux plasmatiques de leucine a permis de rétablir les taux d’insuline et de corticostérone aux valeurs observées chez les rats contrôlés, augmentant de manière concomitante la synthèse des protéines du muscle squelettique dans 55,6% des cas., Cependant, à la même concentration de leucine, la protéolyse du muscle squelettique a été diminuée à seulement 17,9% (valeur non statistiquement différente du groupe affamé), suggérant que même en présence de facteurs hormonaux, la concentration de leucine capable de stimuler la synthèse des protéines est atténuée par rapport à la dégradation des protéines.
dans une autre étude, Hong& Layman (1984) a analysé les muscles solitaires de rats affamés (24 h et 72 h de jeûne) incubés avec de la leucine (0,5 mM)., Ils ont observé que chez les rats à jeun 24 h et 72 h, la synthèse des protéines était augmentée de 59% et 24% respectivement, mais la dégradation des protéines n’était pas altérée en utilisant cette concentration de leucine dans les muscles soléus. Au contraire, Busquets et coll. (2000) ont incubé des muscles soléens de rat avec une concentration de leucine plus élevée de 5 mM et 10 mM. ils ont observé que la protéolyse du muscle squelettique était inhibée de manière dose-réponse, c’est-à-dire que des concentrations de leucine de 5 mM causaient une inhibition de 5,7% dans la protéolyse, alors que 10 mM causaient une inhibition de 24,5%., Cette étude révèle que l’augmentation de la concentration de leucine à des valeurs 10-20× celle de celles observées dans les autres études, était capable d’entraîner une diminution de la protéolyse du muscle squelettique, un résultat conforme à une autre étude menée par Mitchell et al. (2004) qui ont observé que l’incubation de cellules musculaires squelettiques avec une concentration de leucine de 5 mM était capable d’inhiber la protéolyse du muscle squelettique dans 8-12%., Ainsi, un plateau pour une concentration de leucine liée à l’inhibition de la dégradation des protéines du muscle squelettique dans des conditions in vitro n’a pas encore été établi, mais ces études suggèrent qu’une concentration de leucine 10-20× supérieure à celle de L’état PP (~0,2 mM) est encore capable d’exercer ses effets anti-protéolytiques.,
une limitation des études ci-dessus était que, bien que les mesures in vitro reflètent qualitativement les taux de renouvellement des protéines présents chez l’animal intact avant la période d’incubation, le métabolisme des protéines mesuré dans l’ensemble du muscle pendant les conditions in vitro était toujours dans un État prononcé d’équilibre protéique négatif, même dans les muscles témoins . Cependant, cette situation pourrait imiter celle observée dans un État atrophique in vivo, où la dégradation des protéines du muscle squelettique est augmentée par rapport à la synthèse des protéines ., Ainsi, dans certaines conditions atrophiques, il est possible que la quantité de leucine complétée capable d’inhiber au maximum la protéolyse musculaire soit plus grande que celle utilisée pour produire des effets maximaux sur la synthèse des protéines.
études humaines
à l’heure actuelle, des méthodologies précises ont été utilisées pour mesurer la synthèse des protéines in vivo, mais lorsque le problème est la dégradation des protéines, différentes méthodes ont présenté des limites importantes, en particulier lorsqu’elles sont liées à la dégradation des protéines dans le muscle., Par exemple, l’excrétion urinaire de la 3-méthyl-histidine (3-MH) a été largement utilisée pour estimer la dégradation des protéines musculaires, tant chez les animaux de laboratoire que chez les humains . La raison d’être de l’utilisation de la 3-MH urinaire comme mesure de la protéolyse musculaire squelettique est que la majeure partie de la 3-MH est présente dans l’actine musculaire et la myosine et, surtout, la 3-MH n’est pas réutilisée pour la synthèse des protéines, étant un indice de dégradation des protéines ., Cependant, la spécificité de l’excrétion urinaire de 3-MH a été remise en question, en particulier dans des conditions in vivo, car dans certaines conditions atrophiques telles que les traumatismes chirurgicaux, il a été observé une surproduction disproportionnée de 3-MH provenant de sources non musculaires . Une autre méthodologie adoptée in vivo pour mesurer la dégradation des protéines consiste à suivre la perte de radioactivité des protéines préalablement marquées par l’administration de traceur de radioisotopes. Lorsque cette méthode est utilisée, une préoccupation majeure est que L’AA radioactif dérivé de la dégradation des protéines, pénètre dans le pool de précurseurs et est réutilisé pour la synthèse des protéines., Un tel recyclage des AA marqués entraîne des taux de dégradation apparents qui sous-estiment les taux de dégradation réels . Enfin, une question importante est la contribution du corps entier par rapport au tissu musculaire squelettique dans les taux de dégradation des protéines. Pour résoudre cette question, plusieurs études humaines ont utilisé la technique de l’équilibre net artérioveineux (NB) pour évaluer les taux de synthèse des protéines et de dégradation des protéines dans les membres (qui sont principalement des muscles), et l’acide aminé phénylalanine a été utilisé pour tracer les protéines musculaires car il n’est ni produit ni métabolisé dans le muscle., En utilisant cette technique, la dégradation des protéines musculaires peut être estimée à partir de la valeur calculée pour le taux d’apparition de la phénylalanine dans la veine, pendant un État d’équilibre dans la concentration d’acides aminés sanguins. Cependant, un problème général avec l’utilisation de la technique de L’avant-bras ou de la jambe artérioveineuse NB pour évaluer le métabolisme musculaire de manière aiguë, est que cette approche a des limites pratiques associées au temps et au sang requis et, plus important encore, ne permet pas l’évaluation des effets de courte durée sur le métabolisme des protéines musculaires , , Du tout, bien qu’il existe un manque de méthodes fiables pour mesurer la dégradation des protéines in vivo dans le muscle squelettique, la dégradation des protéines du corps entier peut être estimée à partir du flux d’isotopes radiomarqués ou stables dans le plasma ou l’azote dans l’urine.
Plusieurs auteurs ont démontré que la leucine ainsi que la supplémentation en BCAA (orale ou infusée) sont capables des deux, augmentant la synthèse des protéines ou diminuant la dégradation des protéines chez l’homme ., Il existe une tendance générale dans la plupart des études humaines à démontrer que la supplémentation en leucine est capable de promouvoir des effets d’épargne protéique, principalement en raison de l’inhibition de la dégradation des protéines . Bien que le déclin de la protéolyse semble se produire dans plusieurs études, il n’y a pas de consensus sur une relation dose-réponse. Par exemple, Tessari et coll. (1987) ont infusé une solution AA chez les sujets (état PA) pendant 180 min, atteignant des niveaux plasmatiques de leucine de 0,2 mM, et aucun effet sur la suppression de la protéolyse endogène n’a été trouvé, tandis que Castellino et al., (1987) ont infusé une solution AA (sujets à L’état PA) qui a rendu une concentration plasmatique de leucine de 0,28 mM sur une période de 180 min, et ont montré que le flux de leucine endogène (un indicateur de protéolyse) était réduit de 41,8% par rapport à la période basale. Ces différences peuvent être liées à différentes méthodologies utilisées pour analyser la dégradation des protéines, comme suggéré par Matthews (2005) ou même liées aux formes différentielles d’administration de leucine/AA dans ces études, une limitation également observée dans les études portant sur la synthèse des protéines du muscle squelettique.,
comme indiqué ci-dessus, il n’y a pas de consensus sur une relation dose-réponse dans les études humaines liées à la supplémentation en leucine et à la protéolyse des muscles squelettiques. Cependant, une étude réalisée par Sherwin (1978) a montré que les sujets obèses soumis à 3 jours de jeûne présentaient des taux de leucine basale presque doublés (0,22 mM) par rapport aux sujets contrôlés en période PA, une concentration de leucine normalement capable de stimuler au maximum la synthèse des protéines musculaires squelettiques en période PP, dans des conditions normales., Dans cette étude, la perfusion de leucine a augmenté la concentration plasmatique de leucine chez 68% des sujets contrôlés après deux heures de perfusion et 124% au-dessus des sujets contrôlés après 12 h (0,81 mM), sous le même débit de perfusion. Cette perfusion aiguë de leucine (jour 4 de jeûne) était encore capable d’améliorer le bilan azoté, en revenant aux niveaux précédents le lendemain de la perfusion. Ces résultats suggèrent que le point de consigne du métabolisme du renouvellement des protéines lié à la concentration de leucine infusée a été régulé à la hausse chez ces sujets., Dans cette étude, la dégradation des protéines n’a pas été inhibée par la perfusion de leucine (mesurée par la libération de 3-méthyl-histidine), mais le bilan azoté a été amélioré de 23% après 12 h de perfusion de leucine. Une étude récente réalisée par Bohé et al. (2001), ont indiqué que chez l’homme, infuser une solution composée D’AA mélangé à une vitesse qui a rendu une concentration plasmatique de leucine de 0,4 mM, était capable de stimuler la synthèse des protéines pendant seulement deux heures, revenant à des États basaux après cette période de temps., Ainsi, il est possible que l’inhibition de la dégradation des muscles squelettiques puisse également contribuer à la réponse d’épargne azotée pendant les 12 h de perfusion de leucine, au moins dans les tissus non musculaires.
Très récemment, une étude intéressante faite par Katsanos et coll. (2006), ont comparé, chez des sujets jeunes et âgés, la consommation d’une solution buvable composée d’AEA contenant une concentration de leucine de 26% (qui contenait des valeurs de leucine similaires rencontrées dans la protéine de lactosérum) contre la consommation d’une solution D’AEA enrichie en leucine à 41%, sur le métabolisme des protéines du muscle squelettique., Ils ont observé que chez les sujets jeunes, une supplémentation en leucine à faible dose (26%) était capable d’augmenter la synthèse des protéines du muscle squelettique, alors que chez les sujets âgés, aucun effet n’a été observé (bien que dans les deux groupes, des niveaux de leucine plasmatique similaires aient été atteints ~0,45 mM)., Cependant, lorsqu’un mélange contenant une concentration élevée de leucine (41%) a été complété, le groupe âgé a augmenté la synthèse des protéines du muscle squelettique à des valeurs comparables observées chez les sujets jeunes, rétablissant la réponse nutritionnelle défectueuse observée dans une faible dose de leucine complétée (bien que, encore une fois, dans les deux groupes, des niveaux de leucine plasmatique similaires Fait important, Seuls les sujets âgés complétés par la solution de leucine enrichie à 41% présentaient une forte tendance à inhiber la dégradation des protéines., Il est possible que chez les personnes âgées, une dose de supplémentation en leucine plus élevée soit capable d’inhiber encore plus la dégradation des protéines musculaires, mais cette hypothèse n’a pas encore été testée.
En résumé, dans les études humaines, la supplémentation en leucine induit clairement une inhibition de la protéolyse des muscles squelettiques et il existe des résultats clairsemés suggérant que la concentration de leucine capable de diminuer la dégradation des protéines peut être plus grande que celle capable de stimuler au maximum la synthèse des protéines, en particulier dans des conditions atrophiques.
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