Skeletspieratrofie wordt beschouwd als een belangrijk volksgezondheidsprobleem vanwege de primaire (metabole veranderingen) en secundaire gevolgen (krachtverlies, verminderde autonomie). Zoals bekend, wordt het atrofieproces duidelijk wanneer de eiwitafbraak van de skeletspieren gedurende een langere periode hoger is dan de eiwitsynthese., In deze context lijkt suppletie van leucine een veelbelovende anti-atrofietherapie te zijn, die werkt hetzij door remming van de proteolyse van de skeletspieren en/of door verhoging van de eiwitsynthese, een effect dat mogelijk zowel dosisafhankelijk als conditieafhankelijk van de skeletspieratrofie kan zijn. Dit overzicht zal de effecten van leucine suppletie in de regulatie van skeletspier proteolyse in zowel, in vitro en in vivo studies bespreken.,
Anti-atrofie effecten van Leucine suppletie
de spaarzame eiwit effecten van leucine suppletie zijn bekend sinds de eerste studies met Buse & Reid (1975) ., Wegens zijn eigenschappen van geïsoleerde actie, wordt leucine eigenlijk beschouwd als niet alleen een AA die proteã ne vormt, maar ook een fysiofarmacologische entiteit, waarvan de toediening belangrijke anti-katabole acties kan bevorderen, zoals de verzwakking van skeletspierkatabolisme tijdens gewichtsverlies, het vergemakkelijken van een genezingsproces en verbetering van skeletspierproteã ne turnover in oudere individuen .,
over het algemeen toont suppletie van leucine consistent een afname van de skeletspierproteolyse aan wanneer intraveneus toegediend , geïncubeerd met de hele spier , geïncubeerd met skeletspiercellen en onder orale voeding . Opgemerkt moet worden dat de omvang van de remming verschilt naargelang de soort, de pathologische toestand en vooral het atrofiemodel., Belangrijk is dat in skeletspiercelculturen de antiproteolytische effecten van leucinesuppletie ook voorkomen, maar in dit systeem lijkt het leucine dosisafhankelijke effect te worden verschoven naar een laag concentratiebereik in vergelijking met de hele spierincubatie .
in chronische studies is de werkzaamheid van leucinesuppletie niet zo goed aangetoond als in acute studies, maar in dit niveau vertoont leucinesuppletie ook belangrijke antiproteolytische effecten. In feite, een recente studie uitgevoerd door Combaret et al. (2005) toonde aan dat orale chronische leucine suppletie (~0.,7 g/kg / dag gedurende een periode van 10 dagen) vertoonden langdurige remmende effecten op de proteolyse van skeletspieren met ongeveer ~30%, waardoor de defecte postprandiale remming van proteasoomafhankelijke proteolyse werd hersteld. Ook ter ondersteuning van het bewijs van verminderde proteolyse geïnduceerd door leucine suppletie, een studie uitgevoerd door Ventrucci et al. (2004) toonde aan dat bij kanker cachexie-tumor geïnduceerde ratten, de consumptie van een leucine verrijkt dieet (3%) over een periode van 20 dagen verminderde eiwitafbraak in gastrocnemius spieren met ongeveer 11%, waardoor de myosine zware keten gehalte met ongeveer 47%., Onlangs, met dezelfde studie ontwerp, Eley et al. (2007) aangetoond dat de consumptie van 1 g/kg/dag BCAA gedurende 12-15 dagen het lichaamsgewicht verlies onderdrukt met ongeveer 33% en vermindert eiwitafbraak met ongeveer 62% in soleus spieren. Echter, integendeel, Sadiq et al. (2008) toonde aan dat bij kalveren, 5 dagen van intraveneuze infusie van EAA (rendering leucine plasmatische niveaus ~0,24 mM) onder energie en eiwit tekorten verbeterde stikstofbalans, maar de skeletspier proteolyse was niet verzwakt., In het algemeen toonden chronische studies aan dat leucinesuppletie een belangrijke anti-atrofiestrategie is, maar het gebrek aan standaardisatie in verband met de leucinesuppletiedosis (ingenomen en geabsorbeerd) tast de belangrijkste conclusies in verband met de omvang van het effect aan. Tabel 1 geeft een samenvatting van belangrijke studies in verband met de effecten van leucine op de proteolyse van skeletspieren bij zowel mensen als dieren.,
Acute Leucinesuppletie: verband tussen dosis en Effect
om de werkzaamheid van AZ-suppletie te bewerkstelligen, is het noodzakelijk de dosis te begrijpen-effect eigenschappen., In dit opzicht heeft de groep van Michael Rennie belangrijke ontdekkingen gedaan in verband met het bestaan van een kromlijnige dosis-respons relatie tussen de extra cellulaire EAA (in het bijzonder leucine onder deze) en de menselijke skeletspier eiwitsynthese . Het concept is dat onder normale omstandigheden een enkele maaltijd maximale effecten op de eiwitsynthese lijkt te bevorderen. Deze bevinding is gebaseerd op studies uitgevoerd bij zowel volwassen ratten als volwassen mensen, waaruit blijkt dat de leucine plasmaconcentratie in de PA toestand ongeveer 0 is.,1 mM en in de PP-toestand wordt deze met ongeveer 80% of meer verhoogd, wat een gemiddelde waarde van 0,2 mM oplevert. deze waarde lijkt een maximale toename van de eiwitsynthese te kunnen bevorderen en het systeem te verzadigen .
wanneer het gaat om remming van eiwitafbraak, is veel minder bekend over deze eigenschap van dosiseffect, zelfs in dierstudies. De resultaten in de literatuur tonen variaties, gebaseerd op de bestudeerde skeletspieren, de isotoop gebruikt om eiwitmetabolisme te meten en het bestudeerde systeem (in vitro vs in vivo studies)., Echter, een diepere analyse van deze studies, vooral in vitro studies (waar het mogelijk is om gelijktijdig de eiwitsynthese en eiwit degradatie metabolisme te detecteren), onthult nieuwe bevindingen ondanks methodologische verschillen. Daarom is een herinterpretatie van deze studies gerechtvaardigd om een nieuw concept over een leucine dosis-effect relatie te genereren.,
in skeletspiercelculturen lijkt de afwezigheid van aminozuren (vooral leucine) de eiwitafbraak te beheersen, voornamelijk door de activering van lysosoomafhankelijke proteolyse .bovendien leidt leucinesuppletie tijdens hele spier-incubaties tot een verminderde ATP-ubiquitineafhankelijke proteolytische activiteit. Er is echter nog steeds geen actuele mechanistische informatie over hoe het door AZ geïnduceerde voedingssignaal door de spiercel wordt waargenomen (d.w.z. intracellulair of extracellulair). Verschillende studies door Mortimore en collega ‘ s en Pösö et al., (1982), toonde aan dat in de lever, de extra cellulaire concentratie van AZ dicteert op een dosisafhankelijke manier, de remming van proteolyse in de levercellen, en dat onder AZ, leucine was de sterkste remmer.
indien gerelateerd aan skeletspieren, is de intracellulaire AZ-concentratie in de meeste studies niet beschikbaar., Op basis van de extra cellulaire AA-concentraties (plasmaniveaus en/of extra cellulaire niveaus) kan echter worden aangenomen dat de leucineconcentratie die aanwezig is om de eiwitsynthese te controleren, ook beschikbaar is om de eiwitafbraak te controleren, ongeacht het mechanisme. Op basis van deze aanname worden de resultaten van verschillende studies hieronder samengevat. Zij suggereren dat de leucinedosis die maximale effecten op de eiwitafbraak kan veroorzaken, hoger kan zijn dan de dosis die maximale effecten op de eiwitsynthese kan veroorzaken tijdens negatieve eiwitsyntheseomstandigheden., Dit dosisafhankelijke effect lijkt echter niet voor te komen in skeletspiercelculturen .
dierstudies
in een eerdere studie in 1977 toonde Buse & Weigand aan dat de membraanspieren van ratten geïncubeerd met een leucineconcentratie van 0,5 mM (tweemaal die van leucineconcentratie gevonden in de PP-toestand) in staat waren de eiwitsynthese van skeletspieren in 36-38% te verhogen. Niettemin werd de eiwitafbraak in 4 geremd.,7%, wat erop wijst dat een hoge fysiologische leucineconcentratie in staat is zowel de eiwitsynthese sterk te stimuleren als in mindere mate de eiwitafbraak te remmen, zelfs bij afwezigheid van hormonale toevoer. In overeenstemming hiermee, Tischler et al. (1982), geïncubeerde membraanspieren van ratten met een brede leucineconcentratie (variërend van pa tot PP-toestand). Zij merkten op dat een leucineconcentratie van 0,1 mM de eiwitsynthese van de skeletspieren significant verhoogde. Echter, deze zelfde leucine concentratie (0.,1 mM) had geen invloed op de snelheid van eiwitafbraak, die pas veranderde wanneer de leucineconcentratie werd verhoogd tot een bereik van 0,2 tot 0,5 mM. binnen dit concentratiebereik verminderde de eiwitafbraak geleidelijk met een grotere absolute hoeveelheid dan die welke de eiwitsynthese stimuleerde (Tabel 1).
om te controleren of deze resultaten Alleen werden waargenomen wanneer AZ in vitro werd toegediend, Kee et al., (2003) maakte een studie met behulp van de extensor digitorum longus spieren, waarbij de voeding wordt verstrekt tijdens In vivo condities (geïnfundeerd), in aanwezigheid van endogene hormonale factoren. De resultaten toonden aan dat in 48 h uitgehongerde ratten, 4 h AA infusie verhoogde de leucine plasma niveaus-waarden van ongeveer 0,57 mM. Deze stijging op leucine plasma niveaus in staat was om te herstellen van de insuline en corticosterone niveaus waarden waargenomen in de gecontroleerde ratten, gelijktijdig verhogen van de skeletspieren van de eiwitsynthese in 55.6%., Bij dezelfde leucineconcentratie was de proteolyse van de skeletspieren echter verminderd tot slechts 17,9% (waarde niet-statistisch verschillend van de uitgehongerde groep), wat erop wijst dat zelfs in aanwezigheid van hormonale factoren de leucineconcentratie die de eiwitsynthese kan stimuleren, wordt verminderd in vergelijking met eiwitafbraak.in een andere studie analyseerde Hong & Layman (1984) de soleusspieren van uitgehongerde ratten (24 uur en 72 uur vasten) geïncubeerd met leucine (0,5 mM)., Zij merkten op dat bij de 24 uur en 72 uur nuchtere ratten de eiwitsynthese met respectievelijk 59% en 24% was verhoogd, maar dat de eiwitafbraak niet werd veranderd door gebruik te maken van deze leucineconcentratie in de soleusspieren. Integendeel, Busquets et al. (2000) , geïncubeerde rattensoleusspieren met een hogere leucineconcentratie van 5 mM en 10 mM. zij merkten op dat de proteolyse van de skeletspieren op een dosis-respons manier werd geremd, d.w.z. dat de leucineconcentraties van 5 mM een remming van 5,7% in de proteolyse veroorzaakten, terwijl 10 mM een remming van 24,5% had veroorzaakt., Deze studie toont aan dat het verhogen van de leucineconcentratie tot waarden 10-20× die van die waargenomen in de andere studies, in staat was om afname van skeletspieren proteolyse, een resultaat dat in overeenstemming is met een andere studie uitgevoerd door Mitchell et al. (2004) dat waargenomen dat incuberende skeletspiercellen met een leucineconcentratie van 5 mM in staat was om skeletspierproteolyse te remmen bij 8-12%., Dus, een plateau voor een leucine concentratie gerelateerd aan remming van skeletspier eiwitdegradatie tijdens In vitro omstandigheden was nog niet vastgesteld, maar deze studies suggereren dat een leucine concentratie 10-20× superieur aan degene had in de PP-toestand (~0,2 mM) is nog steeds in staat om zijn anti-proteolytische effecten uit te oefenen.,
een beperking van bovenstaande studies was dat, hoewel in vitro metingen kwalitatief de mate van eiwitvernieuwing weergeven die aanwezig was in het intacte dier vóór de incubatieperiode, het eiwitmetabolisme dat tijdens In vitro omstandigheden in de hele spier werd gemeten, altijd in een uitgesproken negatieve eiwitbalans verkeerde, zelfs in de controlespieren . Nochtans, kon deze situatie nabootsen die in een atrofische voorwaarde in vivo wordt waargenomen, waar de eiwitdegradatie van de skeletachtige spier over eiwitsynthese wordt verhoogd ., Aldus, onder bepaalde atrofische voorwaarden, is het mogelijk dat de hoeveelheid aangevuld leucine die spierproteolyse kan maximaal remmen groter zou kunnen zijn dan die wordt gebruikt om maximale effecten op eiwitsynthese te veroorzaken.
humane Studies
op dit moment zijn nauwkeurige methodologieën gebruikt om eiwitsynthese in vivo te meten, maar wanneer het probleem eiwitdegradatie is, hebben verschillende methoden belangrijke beperkingen gepresenteerd, vooral wanneer het gaat om eiwitdegradatie in spieren., Bijvoorbeeld, is de urinaire uitscheiding van 3-methyl-histidine (3-MH) uitgebreid gebruikt om spier eiwitafbraak, zowel in experimentele dieren als mensen te schatten . De grondgedachte voor het gebruiken van urinaire 3-MH als maatregel van skeletachtige spierproteolyse is dat het belangrijkste gedeelte van 3-MH in spieractin en myosin aanwezig is en belangrijk, 3-MH niet opnieuw wordt gebruikt voor eiwitsynthese, die een index van eiwitdegradatie zijn ., De specificiteit van urinaire 3-MH-excretie is echter betwist, vooral onder in vivo-omstandigheden, omdat onder sommige atrofische omstandigheden zoals chirurgische trauma ‘ s een disproportionele overproductie van 3-MH uit niet-Gespierde bronnen werd waargenomen . Een andere methodologie die in vivo wordt goedgekeurd om eiwitdegradatie te meten is om het verlies van radioactiviteit van proteã ne te volgen die eerder door het beleid van radio-isotoop tracer wordt geëtiketteerd. Wanneer deze methode wordt gebruikt, is een belangrijk punt van zorg dat radioactieve AZ uit eiwitafbraak wordt afgeleid, de precursorpool binnenkomt en opnieuw wordt gebruikt voor eiwitsynthese., Dergelijke recycling van geëtiketteerde AA resulteert in schijnbare afbraakpercentages die de werkelijke afbraakpercentages onderschatten . Tot slot is een belangrijke vraag de bijdrage van het hele lichaam versus skeletspierweefsel in de eiwitdegradatiesnelheden. Om deze vraag op te lossen, hebben verscheidene menselijke studies de arteriovenous netto saldo (NB) techniek gebruikt om tarieven van eiwitsynthese en eiwitafbraak in ledematen te evalueren (die meestal spier zijn), en het aminozuur phenylalanine is gebruikt om spierproteã ne te traceren omdat het noch geproduceerd noch gemetaboliseerd in spier is., Met behulp van deze techniek kan de afbraak van spiereiwitten worden geschat aan de hand van de berekende waarde voor de snelheid van fenylalanineverschijning naar de ader, tijdens een steady state in de concentratie van aminozuren in het bloed. Een algemeen probleem met het gebruik van de onderarm-of beenarterioveneuze NB-techniek om het spiermetabolisme acuut te evalueren, is echter dat deze benadering praktische beperkingen heeft die verband houden met de tijd en het vereiste bloed en, belangrijker nog, niet toestaat dat de evaluatie van kortstondige effecten op het spiereiwitmetabolisme, moeilijk dose-response studies van proteolyse., Bij alle, terwijl er een gebrek aan betrouwbare methoden is voor het meten van in vivo eiwitdegradatie in skeletspieren, kan de eiwitafbraak van het hele lichaam worden geschat op basis van de flux van radioactief gelabelde of stabiele isotopen in plasma of stikstof in urine.
verschillende auteurs hebben aangetoond dat zowel leucine als BCAA-supplementen (oraal of geïnfundeerd) in staat zijn beide te verhogen, de eiwitsynthese te verhogen of de eiwitafbraak bij de mens te verminderen ., Er is een algemene tendens in de meeste studies bij mensen om aan te tonen dat leucine suppletie in staat is eiwitsparende effecten te bevorderen, meestal als gevolg van remming van eiwitafbraak . Hoewel de afname van de proteolyse in verscheidene studies leek voor te komen, is er geen consensus over een dosis-respons relatie. Bijvoorbeeld, Tessari et al. (1987) geïnfundeerd een AA-oplossing in proefpersonen (pa toestand) gedurende 180 min, het bereiken van leucine plasmatische niveaus van 0,2 mM, en geen effecten op endogene proteolyse onderdrukking werden gevonden, terwijl Castellino et al., (1987) geïnfundeerd met een AA-oplossing (proefpersonen in de PA-toestand) die een leucineplasmatische concentratie van 0,28 mM gaf over een periode van 180 min, en toonde aan dat de endogene leucineflux (een indicator van proteolyse) met 41,8% was verminderd in vergelijking met de basale periode. Deze verschillen kunnen worden gerelateerd aan verschillende methodologieën die worden gebruikt om eiwitdegradatie te analyseren, zoals gesuggereerd door Matthews (2005) of zelfs gerelateerd aan differentiële vormen van leucine/AA-toediening in deze studies, een beperking die ook wordt waargenomen in studies die de eiwitsynthese van de skeletspieren onderzoeken.,
zoals hierboven vermeld, is er geen consensus over een dosis-respons relatie in studies bij mensen gerelateerd aan leucine suppletie en skeletspierproteolyse. Een studie uitgevoerd door Sherwin (1978) toonde echter aan dat zwaarlijvige proefpersonen die 3 dagen vasten toegediend kregen, basale leucinespiegels bijna verdubbelden (0,22 mM) in vergelijking met gecontroleerde proefpersonen in de PA-periode, een leucineconcentratie die normaal gesproken de eiwitsynthese van de skeletspieren in de PP-periode maximaal kan stimuleren, onder normale omstandigheden., In dit onderzoek verhoogde de infusie van leucine bij 68% boven de gecontroleerde proefpersonen na twee uur infusie en 124% boven de gecontroleerde proefpersonen na 12 uur (0,81 mM) bij dezelfde infusiesnelheid. Deze acute leucine-infusie (dag 4 van het vasten) was nog steeds in staat de stikstofbalans te verbeteren en op de dag na de infusie terug te keren naar de vorige niveaus. Deze resultaten wijzen erop dat het vastgestelde punt van eiwitomzettingsmetabolisme gerelateerd aan de geïnfundeerde leucineconcentratie bij deze proefpersonen hoger was gereguleerd., In deze studie werd de eiwitafbraak niet geremd door leucine-infusie (gemeten door afgifte van 3-methyl-histidine), maar de stikstofbalans werd na 12 uur leucine-infusie met 23% verbeterd. Een recente studie uitgevoerd door Bohé et al. (2001) , aangegeven dat bij de mens, infuseren van een oplossing samengesteld uit gemengde AZ in een snelheid die een leucine plasmatische concentratie van 0,4 mM, was in staat om de eiwitsynthese te stimuleren voor slechts twee uur, terug te keren naar basale Staten na deze periode van tijd., Het is dus mogelijk dat de remming van de afbraak van skeletspieren ook kan bijdragen tot de stikstofsparende respons tijdens de 12 uur leucine-infusie, althans in niet-spierweefsels.
zeer recent is een interessante studie gemaakt door Katsanos et al. (2006), vergeleken bij jonge en oudere proefpersonen de consumptie van een drank die bestaat uit LR met een leucineconcentratie van 26% (die vergelijkbare leucinewaarden bevatte in het wei-eiwit) tegen de consumptie van een met leucine 41% verrijkte LR-oplossing op het metabolisme van skeletspiereiwit., Zij merkten op dat bij jonge proefpersonen een lage dosis leucine suppletie (26%) in staat was de eiwitsynthese van de skeletspieren te verhogen, terwijl bij oudere proefpersonen geen effect werd waargenomen (hoewel in beide groepen vergelijkbare plasmatische leucinespiegels werden bereikt ~0,45 mM)., Wanneer echter een mengsel met een hoge leucineconcentratie (41%) werd aangevuld, verhoogde de oudere groep de eiwitsynthese van de skeletspieren tot vergelijkbare waarden die werden waargenomen bij jonge proefpersonen, waardoor de defecte voedingsrespons werd hersteld die werd waargenomen bij een lage leucinesupplementdosis (hoewel opnieuw, in beide groepen, vergelijkbare plasmatische leucinespiegels werden bereikt ~0,65 mM). Belangrijk is dat alleen de oudere proefpersonen aangevuld met de 41% verrijkte leucineoplossing een sterke neiging vertoonden om de eiwitafbraak te remmen., Het is mogelijk dat bij ouderen een hogere leucine-suppletiedosis de afbraak van spiereiwitten nog meer kan remmen, maar deze hypothese werd nog niet getest.
samenvattend, in studies bij mensen, induceert leucinesuppletie duidelijk een remming van de proteolyse van skeletspieren en er zijn enkele schaarse resultaten die erop wijzen dat de leucineconcentratie die de eiwitafbraak kan verminderen, groter kan zijn dan die welke de eiwitsynthese maximaal kan stimuleren, vooral onder atrofische omstandigheden.
Geef een reactie