Skjelett-muskel atrofi er ansett som et viktig folkehelseproblem på grunn av sin primære (metabolske endringer) og sekundære konsekvensene (styrke tap, redusert autonomi). Som kjent, atrofi prosessen blir tydelig når skjelett-muskel protein nedbrytning er økt over protein syntese under en lengre periode av tid., I denne sammenheng, leucin tilskudd synes å være et lovende anti-atrofi terapi, opptrer enten ved å hemme skjelettmuskulatur protolyse og/eller økt proteinsyntese, en effekt som kan muligens være både dose-dependent samt skjelett-muskel atrofi tilstand-avhengige. Denne gjennomgangen vil drøfte virkninger av leucine tilskudd i reguleringen av skjelettmuskulatur protolyse i både in vitro og in vivo studier.,
Anti-atrofi virkninger av Leucine Tilskudd
sparing protein virkninger av leucine tilskudd har vært kjent siden de første studiene av Buse & Reid (1975) ., På grunn av sine egenskaper av isolert handling, leucin er faktisk ansett ikke bare et AA-utgjør protein, men også en physiopharmacological enhet, som administrasjonen er i stand til å fremme viktige anti-katabolske handlinger, for eksempel demping av skjelett-muskel katabolisme under vekttap, tilrettelegging av en helbredende prosess og forbedring av skjelettmuskulatur protein omsetning i alderen enkeltpersoner .,
generelt, leucin tilskudd konsekvent viser nedgang i skjelettmuskulatur protolyse når tilført intravenøst , inkubert med hele muskelen , inkubert med skjelett-muskel celler og under muntlig fôring . Det bør bemerkes at omfanget av hemming er forskjellig i henhold til art, patologisk tilstand, og spesielt til atrofi modell., Viktigere, i skjelett-muskel celle kulturer de antiproteolytic virkninger av leucine tilskudd forekommer også, men i dette systemet leucine doseavhengig effekt ser ut til å bli flyttet til en lav konsentrasjon utvalg sammenlignet med hele muskel inkubasjon .
I kroniske studier leucine tilskudd effekten er ikke så godt som vist i akutt seg, men på dette nivået leucine tilskudd viser også viktig antiproteolytic effekter. Som et spørsmål om faktum, en fersk studie utført av Combaret et al. (2005) viste at muntlig kronisk leucine tilskudd (~0.,7 g/kg/dag over en periode på 10 dager) presentert langvarig hemmende effekt på skjelettmuskulatur protolyse av rundt ~30%, gjenopprette den ødelagte postprandial hemming av proteasome-avhengige protolyse. Støtter også bevis for redusert protolyse indusert av leucine tilskudd, en studie utført av Ventrucci et al. (2004) viste at i kreft cachexia-tumor indusert rotter, forbruket av en leucine beriket kosthold (3%) over en periode på 20 dager redusert protein degradering i gastrocnemius muskler med rundt 11%, øke myosin heavy chain innhold av ca 47%., Nylig, med den samme studien design, Eley et al. (2007) viste at forbruket av 1 g/kg/dag av BCAA for 12-15 dager undertrykker kroppsvekt tap av rundt 33% og reduserer protein nedbrytning av omkring 62% i soleus muskler. Men, tvert imot, Sadiq et al. (2008) viste at kalver, 5 dager intravenøs infusjon av EAA (rendering leucine plasmatic nivåer ~0.24 mM), under energi-og protein underskudd forbedret nitrogen balanse, men skjelettmuskulatur protolyse ikke ble svekket., Totalt sett kroniske studier vist leucine tilskudd som et viktig anti-atrofi strategi, men mangel på standardisering knyttet til leucine tilskudd dose (inntatt og absorberes) svekker store konklusjoner knyttet til omfanget av effekten. Tabell 1 oppsummerer viktige studier relatert til leucine effekt på skjelettmuskulatur protolyse i både mennesker og dyr.,
Akutt Leucine Tilskudd: Forholdet mellom Dose og Virkning
for Å bringe om effekten av AA tilskudd, er det nødvendig å forstå sin dose-effekt egenskaper., I denne forbindelse, Michael Rennie gruppen har gjort viktige funn knyttet til eksistensen av en kurvelineær dose-respons-forholdet mellom ekstra mobil EAA (spesielt leucine blant disse) og human skeletal muscle protein syntese . Konseptet er at under normale forhold, et enkelt måltid ser ut til å fremme maksimal effekt på proteinsyntesen. Dette funnet er basert på studier utført både voksne rotter og voksne mennesker, som viser at leucine plasma konsentrasjon i den PALESTINSKE staten er ca 0.,1 mM og i PP-stat, er det økt ca 80% eller mer, rendering bety verdier over 0,2 mM. Denne verdien synes å være i stand til å fremme maksimal økning i proteinsyntese og mette systemet .
Når problemet er hemming av protein nedbrytning, mye mindre er kjent om denne egenskapen av dose-effekt, selv i dyrestudier. Resultatene som ble presentert i litteraturen viser variasjoner, basert på skjelettmuskulatur studert, den isotopen som brukes til å måle protein metabolismen og systemet som studeres (in vitro vs in vivo-studier)., Men en dypere analyse av disse studiene, spesielt i in vitro-studier (der det er mulig å samtidig registrere protein syntese og degradering av protein metabolisme), avslører nye funn til tross for metodiske forskjeller. Dermed, en re-tolkning av disse studiene, er garantert å generere en ny konseptet om en leucine dose-effekt-forhold.,
I skjelett-muskel celle-kulturer, fravær av aminoacids (spesielt leucine), ser ut til å styre protein nedbrytning hovedsakelig gjennom aktivering av lysosome-avhengige protolyse i Tillegg i løpet av hele muskel inkubasjoner, leucin tilskudd fører til en redusert ATP-ubiquitin-avhengige proteolytiske aktivitet . Men, det er fortsatt ingen gjeldende mekanistiske informasjon om hvordan de ernæringsmessige signal indusert av AA er merket med muskel celle (dvs. intracellularly eller extracellularly). Flere studier av Mortimore og kolleger og Pösö et al., (1982) , viste at i leveren, ekstra mobil konsentrasjon av AA dikterer i en doseavhengig måte, hemming av protolyse inne i leverceller, og at det blant AA, leucin var den sterkeste inhibitor.
Når relatert til skjelettmuskulatur, den intracellulære AA konsentrasjon er ikke tilgjengelig i de fleste studier., Men, basert på den ekstra mobil AA konsentrasjoner (plasmatic nivåer og/eller ekstra mobilnettet nivåer) det er mulig å anta at leucine konsentrasjon til stede for å kontrollere protein syntese er også tilgjengelig for å kontrollere protein nedbrytning, uavhengig av mekanismen prosessen. Basert på denne forutsetningen, resultatene fra flere studier er oppsummert nedenfor. De foreslår at leucine dose i stand til å forårsake maksimal effekt på protein nedbrytning kan være høyere enn det som er i stand til å forårsake maksimal effekt på proteinsyntesen i løpet av negative protein-balanse forhold., Imidlertid, denne dose-dependent effekten synes ikke forekommer i skjelett-muskel celle kulturer .
Dyr Studier
I en tidligere studie i 1977, Buse & Weigand viste at rotte membran muskler inkubert med en leucine konsentrasjon på 0,5 mM (to ganger at leucine konsentrasjon finnes i PP-state) var i stand til å øke skjelett-muskel protein syntese i 36-38%. Likevel, protein degradering var hemmet i 4.,7%, noe som indikerer at en høy fysiologiske leucine konsentrasjon er i stand til både sterkt å stimulere proteinsyntesen og til en mindre grad av å hemme protein nedbrytning, selv i fravær av en hormonell forsyning. I overensstemmelse med dette, Tischler et al. (1982) , inkubert rotte membran muskler med et bredt leucine konsentrasjon (alt fra PA til PP-stat). De observerte at en leucine konsentrasjon på 0,1 mM betydelig økt skjelett-muskel protein syntese. Men denne samme leucine konsentrasjon (0.,1 mM) ikke påvirker utbredelsen av protein nedbrytning, som ble endret bare når leucine konsentrasjon var økt til et utvalg fra 0,2 til 0,5 mM. Innenfor dette området av konsentrasjon, protein nedbrytning gradvis redusert ved en større absolutte beløp enn det som stimulerte til protein syntese (Tabell 1).
for å bekrefte om disse resultatene ble observert bare når AA ble administrert in vitro, Kee et al., (2003) gjorde en undersøkelse ved hjelp av extensor digitorum longus muskler, med ernæringsmessige forsyning blir gitt i løpet av in vivo-forhold (tilført), i nærvær av endogene hormonelle faktorer. Resultatene viste at i 48 h sultne rotter, 4 h av AA infusjon hevet leucine plasma nivåene til verdier på ca 0.57 mM. Denne økningen på leucine plasma nivåer var i stand til å gjenopprette insulin og corticosterone nivåer for å verdiene observert i kontrollerte rotter og samtidig øke skjelett-muskel protein syntese i 55.6%., Imidlertid, på samme leucine konsentrasjon, skjelettmuskulatur protolyse var redusert til å bare 17.9% (verdi nonstatistically forskjellige fra sultet gruppe), noe som tyder på at selv i nærvær av hormonelle faktorer, leucin konsentrasjon i stand til å stimulere proteinsyntesen er svekket sammenlignet med protein nedbrytning.
I en annen studie, Hong & Lekmann (1984) analysert soleus muskler av sultne rotter (24 h og 72 h av faste) inkubert med leucine (0,5 mM)., De observerte at i 24 h og 72 h fastet rotter, protein syntese ble økt 59% og 24% henholdsvis, men protein nedbrytning ble ikke endret som benytter denne leucine konsentrasjon i soleus muskler. Tvert imot, Busquets et al. (2000) , inkubert rotte soleus muskler med en høyere leucine konsentrasjon på 5 mM og 10 mM. De observerte at skjelettmuskulatur protolyse var hemmet i en dose-respons måte, dvs., leucin konsentrasjoner på 5 mM forårsaket en hemming på 5,7% i protolyse, mens 10 mM hadde forårsaket en hemming på 24,5%., Denne undersøkelsen viser at økt leucine konsentrasjon til verdier 10-20× som av de som er observert i andre studier, var i stand til å bringe om nedgang i skjelettmuskulatur protolyse, et resultat som er i samsvar med annen studie utført av Mitchell et al. (2004) at det observert at ruger skjelett-muskel celler med en leucine konsentrasjon på 5 mM var i stand til å hemme skjelettmuskulatur protolyse i 8-12%., Dermed, et platå for en leucine konsentrasjon relatert til hemming av skjelett-muskel protein nedbrytning i løpet av in vitro forhold var ennå ikke etablert, men disse studiene tyder på at en leucine konsentrasjon 10-20× bedre enn den man hadde i PP state (~0,2 mM) er fortsatt i stand til å utøve sin anti-proteolytiske effekter.,
En begrensning av de ovennevnte studiene var at selv om in vitro-målinger kvalitativt reflektere priser protein omsetning som var til stede i intakte dyr før inkubasjonstid, protein metabolisme målt i hele muskel i løpet av in vitro-forholdene var alltid i en uttalt tilstand av negative protein balanse, selv i kontroll over musklene . Men, denne situasjonen kunne etterligne en observert i en in vivo atrofisk tilstand, hvor skjelett-muskel protein nedbrytning er økt proteinsyntese ., Dermed, under visse atrofisk forhold, det er mulig at mengden supplert leucine i stand til maksimalt hemmer muskel protolyse kan være større enn det som brukes til å produsere maksimal effekt på proteinsyntesen.
Menneskelige Studier
I dag, nøyaktige metoder som har blitt benyttet til å måle protein syntese in vivo, men når problemet er protein nedbrytning, ulike metoder har presentert viktige begrensninger, spesielt når knyttet til degradering av protein i muskelen., For eksempel, urinutskillelse av 3-methyl-histidin (3-MH) har vært mye brukt for å estimere muskel protein nedbrytning, både i forsøksdyr og i mennesker . Begrunnelsen for å bruke urin 3-MH som et tiltak av skjelettmuskulatur protolyse er at den største delen av 3-MH er til stede i muskel actin og myosin og viktigere, 3-MH er ikke reutilized for protein syntese, som er en indeks av protein nedbrytning ., Men spesifisiteten av urin-3-MH utskillelse har blitt utfordret, spesielt under in vivo forhold, fordi under noen atrofisk forhold som kirurgisk traume det ble observert en disproportional overproduksjon av 3-MH fra nonmuscle kilder . En annen metode som ble vedtatt i kern til å måle protein nedbrytning er å følge tap av radioaktivitet fra protein tidligere merket med administrasjon av radioisotop sporing. Når denne metoden brukes, en stor bekymring er at radioaktive AA avledet fra protein nedbrytning, går forløper basseng og er reutilized for proteinsyntese., Slik resirkulering av merket AA resulterer i tilsynelatende sammenbrudd priser som undervurdere den sanne nedbrytning priser . Til slutt, et viktig spørsmål er bidraget av hele kroppen versus skjelettmuskulatur vev i protein nedbrytning priser. For å løse dette spørsmålet, flere studier på mennesker har utnyttet den arteriovenøse netto balanse (NB) teknikk for å vurdere utbredelsen av protein syntese og protein nedbrytning i beina (som for det meste muskler), og aminosyren fenylalanin har blitt brukt til å spore muskel protein fordi det verken er produsert eller metaboliseres i muskelen., Ved hjelp av denne teknikken, muskel protein nedbrytning kan være beregnet ut fra beregnet verdi for prisen av fenylalanin utseende til åre i løpet av en steady state i konsentrasjonen av blod aminosyrer. Men et generelt problem med bruk av enten underarmen eller ben arteriovenøse NB teknikk for å vurdere muskel-metabolisme akutt, er at denne tilnærmingen har praktiske begrensninger knyttet til tid og blod som kreves, og, enda viktigere, ikke tillater evaluering av kortvarig effekt på muskel protein metabolismen , difficulting dose-respons studier av protolyse., I det hele tatt, mens det er en mangel på pålitelige metoder for måling av in vivo-protein degradering i skjelettmuskulatur, hele kroppen protein nedbrytning kan estimeres fra flux av radiolabeled eller stabile isotoper i plasma eller nitrogen i urinen.
Flere forfattere har vist at leucine, så vel som eller BCAA tilskudd (muntlig eller tilført) er i stand til både økt proteinsyntese eller redusere protein degradering i mennesker ., Det er en generell tendens i de fleste studier på mennesker for å vise at leucine tilskudd er i stand til å fremme protein sparsom effekter, mest på grunn av hemming av protein nedbrytning . Selv om nedgangen i protolyse syntes å forekomme i flere studier, og det er ingen enighet om en dose-respons-forhold. For eksempel, Tessari et al. (1987) tilført en AA-løsningen i fag (PA staten) for 180 min, nå leucine plasmatic nivåer av 0,2 mM, og ingen effekt på endogene protolyse undertrykkelse ble funnet, mens Castellino et al., (1987) tilført en AA-løsning (fag i den PALESTINSKE staten) som gjengis en leucine plasmatic konsentrasjon av 0.28 mM over en periode på 180 min, og viste at den endogene leucine flux (en indikator for protolyse) ble redusert 41.8% i forhold til basal periode. Disse forskjellene kan være knyttet til ulike metoder som brukes for å analysere protein nedbrytning, som foreslått av Matthews (2005) eller selv knyttet til ulike former for leucin/AA-administrasjonen i disse studiene, er det en begrensning også observert i studier som undersøker skjelett-muskel protein syntese.,
Som nevnt ovenfor, og det er ingen enighet om en dose-respons-forhold i humane studier relatert til leucine tilskudd og skjelettmuskulatur protolyse. Imidlertid, en studie utført av Sherwin (1978) viste at overvektige fag sendt til 3 dager med faste presentert basal leucine nivåer nesten doblet (0.22 mM) sammenlignet med kontrollert fag i PA periode, en leucine konsentrasjon normalt i stand til å gi maksimal stimulering av skjelett-muskel protein syntese i PP-perioden, under normale forhold., I denne studien, leucin infusjon forhøyet leucine plasmatic konsentrasjon i 68% over kontrollerte fag etter to timer etter infusjon og 124% over kontrollerte fag etter 12 h (0.81 mM), under samme infusjon pris. Denne akutt leucine infusjon (dag 4 faste) var fortsatt i stand til å forbedre nitrogen balanse, tilbake til tidligere nivåer på dag etter infusjon. Disse resultatene tyder på at settpunktet omsetningen av protein metabolismen knyttet til tilført leucine konsentrasjon var opp regulert i disse fagene., I denne studien, protein nedbrytning ikke var hemmet av leucine infusjon (målt ved 3-methyl-histidin release), men nitrogen balanse ble forbedret 23% etter 12 h av leucine infusjon. En fersk studie utført av Bohé et al. (2001) , viste at i mennesker, infusjonen en løsning som består av blandede AA i en pris som gjengis en leucine plasmatic konsentrasjon på 0,4 mM, var i stand til å stimulere proteinsyntesen for bare to timer, tilbake til basal stater etter denne perioden., Dermed er det mulig at hemming av skjelett-muskel nedbrytning kan også ha bidratt til nitrogen sparing svar i løpet av 12 h av leucine infusjon, minst i nonmuscular vev.
Veldig nylig, en interessant studie gjort av Katsanos et al. (2006) , sammenlignet med i unge og eldre fag, forbruket av en mikstur bestående av EAA inneholder en leucine konsentrasjon av 26% (som inneholdt lignende leucine verdier oppstått i whey protein) mot forbruk av en EAA løsning beriket med leucine 41%, på skjelett-muskel protein metabolisme., De observerte at i små fag, lav dose leucine tilskudd (26%) var i stand til å øke skjelett-muskel protein syntese, mens i de eldre fag ingen effekt ble observert (selv om det i begge grupper, lik plasmatic leucine nivåer ble oppnådd ~0.45 mM)., Imidlertid, når en blanding som inneholder høy leucine konsentrasjon (41%) ble supplert, eldre gruppen økte skjelett-muskel protein syntese til sammenlignbare verdier observert i små fag, gjenopprette den ødelagte ernæringsmessige svar observert i en lav leucine supplert dose (selv om igjen, i begge grupper, lik plasmatic leucine nivåer ble oppnådd ~0,65 mM). Viktigere, ikke bare de eldre fag supplert med 41% beriket leucine løsning presentert en sterk tendens til å hemme protein nedbrytning., Det er mulig at det i den eldre, en høyere leucine tilskudd dose vil være i stand til å hemme enda mer muskel protein nedbrytning, men denne hypotesen var ennå ikke testet.
Summere opp, i studier på mennesker, leucin tilskudd klart induserer en hemming i skjelettmuskulatur protolyse og det er noen sparsomme resultater som tyder på at leucine konsentrasjon i stand til å svekke protein nedbrytning kan være større enn det som er i stand til maksimalt å stimulere proteinsyntese, spesielt under atrofisk forhold.
Legg igjen en kommentar