Skelettmuskelatrofi anses vara ett viktigt folkhälsoproblem på grund av dess primära (metaboliska förändringar) och sekundära konsekvenser (styrka förlust, minskad autonomi). Såsom är känt blir atrofiprocessen uppenbar när skelettmuskelproteinnedbrytningen ökar över proteinsyntesen under en längre tid., I detta sammanhang verkar leucintillskott vara en lovande antiatrofibehandling, som verkar antingen genom att hämma skelettmuskelproteolys och / eller öka proteinsyntesen, en effekt som eventuellt kan vara både dosberoende och skelettmuskelförtviningstillståndsberoende. Denna översyn kommer att diskutera effekterna av leucintillskott i regleringen av skelettmuskelproteolys i både in vitro-och in vivo-studier.,
antiatrofi effekter av leucintillskott
de sparsamma proteineffekterna av leucintillskott har varit kända sedan de första studierna av Buse& Reid (1975) ., På grund av dess egenskaper hos isolerad verkan anses leucin faktiskt inte bara vara ett AA-protein, utan också en fysiofarmakologisk enhet, vars administrering kan främja viktiga antikataboliska åtgärder, såsom dämpning av skelettmuskelkatabolism under viktminskning, underlättande av en läkningsprocess och förbättring av skelettmuskelproteinomsättningen hos äldre individer .,
i allmänhet visar leucintillskott konsekvent minskningar i skelettmuskelproteolys när de infunderas intravenöst, inkuberas med hela muskeln, inkuberas med skelettmuskelceller och under Oral utfodring . Det bör noteras att storleken på inhiberingen är annorlunda enligt arten, patologiskt tillstånd och speciellt till atrofimodellen., Viktigt är att i skelettmuskelcellkulturer förekommer även antiproteolytiska effekter av leucintillskott, men i detta system verkar den leucindosberoende effekten flyttas till ett lågt koncentrationsområde jämfört med hela muskelinkubationen .
i kroniska studier är leucintillskott effekt inte lika väl demonstrerad som i akuta, men i denna nivå visar leucintillskott också viktiga antiproteolytiska effekter. Faktum är att en nyligen genomförd studie utförd av Combaret et al. (2005) visade att oral kronisk leucintillskott (~0.,7 g / kg / dag under en period av 10 dagar) presenterade långvariga hämmande effekter på skelettmuskelproteolys med cirka ~ 30%, vilket återställer den defekta postprandiala hämningen av proteasomberoende proteolys. Också stödjande bevis på minskad proteolys inducerad av leucintillskott, en studie utförd av Ventrucci et al. (2004) visade att i cancerkakexi-tumörinducerade råttor minskade konsumtionen av en leucinberikad diet (3%) under en period av 20 dagar proteinnedbrytning i gastrocnemius-musklerna med cirka 11%, vilket ökade myosin-tungkedjans innehåll med cirka 47%., Nyligen, med samma studiedesign, Eley et al. (2007) visade att konsumtionen av 1 g/kg/dag av BCAA i 12-15 dagar undertrycker kroppsviktminskningen med cirka 33% och minskar proteinnedbrytningen med cirka 62% i soleus muskler. Tvärtom, Sadiq et al. (2008) visade att i kalvar förbättrade 5 dagars intravenös infusion av EAA (vilket gjorde leucinplasmatiska nivåer ~0, 24 mM) under energi-och proteinunderskott kvävebalansen, men skelettmuskelproteolys försvagades inte., Sammantaget visade kroniska studier leucintillskott som en viktig antiatrofistrategi, men bristen på standardisering relaterad till leucintillskottsdosen (intagen och absorberad) försämrar viktiga slutsatser relaterade till effektens storlek. Tabell 1 sammanfattar viktiga studier relaterade till leucin effekter på skelettmuskelproteolys hos både människor och djur.,
akut leucintillskott: förhållandet mellan DOS och effekt
för att uppnå effekten av AA-tillskott är det nödvändigt att förstå dess doseffektegenskaper., I detta avseende har Michael Rennies grupp gjort viktiga upptäckter relaterade till förekomsten av ett krökt dosresponsförhållande mellan den extra cellulära EAA (särskilt leucin bland dessa) och den mänskliga skelettmuskelproteinsyntesen . Konceptet är att under normala förhållanden verkar en enda måltid främja maximala effekter på proteinsyntesen. Detta fynd är baserat på studier utförda på både vuxna råttor och vuxna människor, vilket visar att leucinplasmakoncentrationen i PA-tillståndet är ungefär 0.,1 mM och i PP-tillståndet ökas det ungefär 80% eller mer, vilket ger medelvärden på 0,2 mm. detta värde verkar kunna främja maximala ökningar i proteinsyntesen och att mätta systemet.
När problemet är hämning av proteinnedbrytning är mycket mindre känt om denna egenskap av doseffekt, även i djurstudier. Resultaten som presenteras i litteraturen visar variationer, baserat på den studerade skelettmuskeln, den isotop som används för att mäta proteinmetabolism och det studerade systemet (in vitro vs in vivo-studier)., En djupare analys av dessa studier, särskilt in vitro-studier (där det är möjligt att samtidigt detektera proteinsyntesen och proteinnedbrytningsmetabolismen), avslöjar dock nya fynd trots metodologiska skillnader. En ny tolkning av dessa studier är således motiverad för att skapa ett nytt koncept om ett leucindoseffektförhållande.,
i skelettmuskelcellkulturer verkar frånvaron av aminoacider (särskilt leucin) kontrollera proteinnedbrytning huvudsakligen genom aktivering av lysosomberoende proteolys dessutom, under hela muskelinkubationer leder leucintillskott till en minskad ATP-ubiquitinberoende proteolytisk aktivitet . Det finns emellertid fortfarande ingen aktuell mekanistisk information om hur NÄRINGSSIGNALEN inducerad av AA känns av muskelcellen (dvs intracellulärt eller extracellulärt). Flera studier av Mortimore och kollegor och Pösö et al., (1982) visade att i levern dikterar den extra cellulära koncentrationen av AA på ett dosberoende sätt, inhiberingen av proteolys inuti levercellerna och att bland AA var leucin den starkaste hämmaren.
När det gäller skelettmuskel är den intracellulära AA-koncentrationen inte tillgänglig i de flesta studier., Baserat på de extra cellulära AA-koncentrationerna (plasmatiska nivåer och/eller extra cellulära nivåer) är det emellertid möjligt att anta att den leucinkoncentration som finns för att kontrollera proteinsyntesen också är tillgänglig för att kontrollera proteinnedbrytningen, oberoende av mekanismprocessen. Baserat på detta antagande sammanfattas resultaten av flera studier nedan. De tyder på att leucindosen som kan ge maximal effekt på proteinnedbrytningen kan vara högre än den dos som kan ge maximal effekt på proteinsyntesen under negativa proteinbalansförhållanden., Dock verkar denna dosberoende effekt inte förekomma i skelettmuskelcellkulturer .
djurstudier
i en tidigare studie 1977 kunde Buse& Weigand visa att råttmembranmuskler inkuberades med en leucinkoncentration på 0,5 mM (två gånger den av leucinkoncentration som hittades i PP-tillståndet) kunde öka skelettmuskelproteinsyntesen i 36-38%. Trots detta hämmades proteinnedbrytningen i 4.,7%, vilket indikerar att en hög fysiologisk leucinkoncentration kan både, starkt stimulera proteinsyntesen och i mindre utsträckning, att hämma proteinnedbrytningen, även i frånvaro av hormonell tillförsel. I samförstånd med detta, Tischler et al. (1982), inkuberade råtta membran muskler med en bred leucin koncentration (allt från PA till PP tillstånd). De observerade att en leucinkoncentration på 0,1 mM signifikant ökade skelettmuskelproteinsyntesen. Denna samma leucinkoncentration (0.,1 mM) påverkade inte graden av proteinnedbrytning, som endast ändrades när leucinkoncentrationen ökades till ett intervall från 0,2 till 0,5 mm. inom detta koncentrationsområde minskade proteinnedbrytningen gradvis med en större absolut mängd än den som stimulerade proteinsyntesen (Tabell 1).
För att kontrollera om dessa resultat observerades endast när AA administrerades in vitro, Kee et al., (2003) gjorde en studie med extensor digitorum longus-musklerna, med näringsförsörjningen Under in vivo-förhållanden (infunderad), i närvaro av endogena hormonella faktorer. Resultaten visade att i 48 h svältade råttor ökade 4 h av AA-infusion leucinplasmanivåerna till värden på cirka 0,57 mm. Denna ökning av leucinplasmanivåerna kunde återställa insulin-och kortikosteronnivåerna till värden som observerades hos de kontrollerade råttorna, samtidigt som skelettmuskelproteinsyntesen ökade i 55,6%., Vid samma leucinkoncentration minskade emellertid skelettmuskelproteolys till endast 17,9% (värde nonstatistiskt annorlunda än den svälta gruppen), vilket tyder på att även i närvaro av hormonella faktorer försvagas leucinkoncentrationen som kan stimulera proteinsyntesen jämfört med proteinnedbrytning.
i en annan studie, Hong& lekman (1984) analyserade soleus muskler av svält råttor (24 h och 72 h av fasta) inkuberad med leucin (0,5 mM)., De observerade att i 24 h och 72 h fastade råttor ökade proteinsyntesen 59% respektive 24%, Men proteinnedbrytningen förändrades inte med användning av denna leucinkoncentration i soleusmusklerna. Tvärtom, Busquets et al. (2000) , inkuberade rått soleusmuskler med en högre leucinkoncentration av 5 mM och 10 mm. de observerade att skelettmuskelproteolys hämmades på ett dosrespons sätt, dvs leucinkoncentrationer av 5 mM orsakade en hämning av 5,7% i proteolys, medan 10 mM hade orsakat en hämning av 24,5%., Denna studie visar att öka leucinkoncentrationen till värden 10-20× den av de som observerades i de andra studierna, kunde åstadkomma minskningar i skelettmuskelproteolys, ett resultat som överensstämmer med en annan studie utförd av Mitchell et al. (2004) som observerade att inkuberande skelettmuskelceller med en leucinkoncentration på 5 mM kunde hämma skelettmuskelproteolys i 8-12%., Således har en platå för en leucinkoncentration relaterad till hämning av skelettmuskelproteinnedbrytning Under in vitro-förhållanden ännu inte fastställts, men dessa studier tyder på att en leucinkoncentration 10-20× överlägsen den som hade i PP-tillståndet (~0.2 mM) fortfarande kan utöva sina anti-proteolytiska effekter.,
en begränsning av ovanstående studier var att även om in vitro-mätningar kvalitativt återspeglar den proteinomsättning som fanns i det intakta djuret före inkubationsperioden, var proteinmetabolismen mätt i hela muskeln under in vitro-förhållanden alltid i ett uttalat tillstånd av negativ proteinbalans även i kontrollmuskler . Denna situation kan emellertid efterlikna den som observerats i ett atrofiskt tillstånd in vivo, där nedbrytningen av skelettmuskelprotein ökar över proteinsyntesen ., Under vissa atrofiska förhållanden är det således möjligt att mängden kompletterad leucin som maximalt kan hämma muskelproteolys kan vara större än den som används för att ge maximal effekt på proteinsyntesen.
humanstudier
för närvarande har noggranna metoder använts för att mäta proteinsyntes in vivo men när problemet är proteinnedbrytning har olika metoder presenterat viktiga begränsningar, särskilt när det gäller proteinnedbrytning i muskler., Till exempel har urinutsöndringen av 3-metyl-histidin (3-mh) använts i stor utsträckning för att uppskatta muskelproteinnedbrytning, både hos försöksdjur och människor . Logiken för att använda urin 3 – mh som ett mått på skelettmuskelproteolys är att huvuddelen av 3-MH är närvarande i muskelaktin och myosin och viktigare är att 3-mh inte återanvänds för proteinsyntes, vilket är ett index för proteinnedbrytning ., Specificiteten av urin 3-MH-utsöndring har emellertid ifrågasatts, särskilt under in vivo-förhållanden, eftersom det under vissa atrofiska tillstånd som kirurgiskt trauma observerades en oproportionerlig överproduktion av 3-MH från icke-muskelkällor . En annan metod som antagits in vivo för att mäta proteinnedbrytning är att följa förlusten av radioaktivitet från protein som tidigare märkts genom administrering av radioisotop tracer. När denna metod används är en stor oro att radioaktiv AA härledd från proteinnedbrytning, går in i prekursorpoolen och återanvänds för proteinsyntes., Sådan återvinning av märkt AA resulterar i uppenbara nedbrytningshastigheter som underskattar de verkliga nedbrytningshastigheterna . Slutligen är en viktig fråga bidraget från hela kroppen mot skelettmuskelvävnad i proteinnedbrytningshastigheterna. För att lösa denna fråga har flera mänskliga studier utnyttjat arteriovenös Net balance (NB) – tekniken för att utvärdera hastigheten för proteinsyntes och proteinnedbrytning i lemmar (som mestadels är muskler) och aminosyran fenylalanin har använts för att spåra muskelprotein eftersom det varken produceras eller metaboliseras i muskler., Med hjälp av denna teknik kan muskelproteinnedbrytning uppskattas från det beräknade värdet för graden av fenylalaninutseende till venen, under ett stabilt tillstånd i koncentrationen av blodaminosyror. Emellertid, ett allmänt problem med användning av antingen underarmen eller benet arteriovenös NB teknik för att utvärdera muskelmetabolism akut, är att detta tillvägagångssätt har praktiska begränsningar i samband med den tid och blod som krävs och, ännu viktigare, inte tillåter utvärdering av kortlivade effekter på muskelproteinmetabolism , difficulting dos-response studier av proteolys., När allt kommer omkring, medan det saknas tillförlitliga metoder för att mäta proteinnedbrytning in vivo i skelettmuskulaturen, kan helkroppsproteinnedbrytning uppskattas från flödet av radiomärkta eller stabila isotoper i plasma eller kväve i urinen.
flera författare har visat att leucin såväl som eller BCAA-tillskott (oralt eller infunderat) kan både öka proteinsyntesen eller minska proteinnedbrytningen hos människor ., Det finns en allmän tendens i de flesta humana studier att visa att leucintillskott kan främja proteinsparande effekter, främst på grund av hämning av proteinnedbrytning . Även om minskningen av proteolys tycktes förekomma i flera studier finns det ingen konsensus om ett DOS-responsförhållande. Till exempel Tessari et al. (1987) infunderas en AA-lösning hos försökspersoner (pa state) för 180 min, når leucin plasmatiska nivåer av 0, 2 mM, och inga effekter på endogen proteolys suppression hittades, medan Castellino et al., (1987) infunderas en AA-lösning (försökspersoner i pa-tillståndet) som gjorde en leucinplasmatisk koncentration av 0,28 mM under en period av 180 min och visade att det endogena leucinflödet (en indikator på proteolys) reducerades 41,8% jämfört med basalperioden. Dessa skillnader kan relateras till olika metoder som används för att analysera proteinnedbrytning, som föreslagits av Matthews (2005) eller till och med relaterat till differentialformer av leucin/AA-administrering i dessa studier, en begränsning som också observerats i studier som undersöker skelettmuskelproteinsyntes.,
som nämnts ovan finns det ingen konsensus om ett dosresponsförhållande i humanstudier relaterade till leucintillskott och skelettmuskelproteolys. En studie utförd av Sherwin (1978) visade emellertid att överviktiga försökspersoner som lämnades in till 3 dagars fasta presenterade basala leucinnivåer nästan fördubblades (0, 22 mM) jämfört med kontrollerade försökspersoner under PA-perioden, en leucinkoncentration som normalt kan stimulera skelettmuskelproteinsyntesen under PP-perioden under normala förhållanden., I denna studie ökade leucininfusionen leucinplasmatisk koncentration i 68% över de kontrollerade försökspersonerna efter två timmars infusion och 124% över de kontrollerade försökspersonerna efter 12 timmar (0, 81 mM), under samma infusionshastighet. Denna akuta leucininfusion (dag 4 av fastande) kunde fortfarande förbättra kvävebalansen och återgå till tidigare nivåer dagen efter infusionen. Dessa resultat tyder på att börvärdet för proteinomsättningsmetabolism i samband med den infunderade leucinkoncentrationen reglerades hos dessa patienter., I denna studie hämmades inte proteinnedbrytningen genom leucininfusion (mätt med 3-metyl-histidinfrisättning), men kvävebalansen förbättrades 23% efter 12 h leucininfusion. En ny studie utförd av Bohe et al. (2001), indikerade att hos människor, som infusionerade en lösning bestående av blandad AA i en hastighet som gjorde en leucinplasmatisk koncentration av 0,4 mM, kunde stimulera proteinsyntesen i endast två timmar och återvände till basala tillstånd efter denna tidsperiod., Det är således möjligt att hämningen av skelettmuskelnedbrytningen också kan bidra till det kvävebesparande svaret under leucininfusionens 12 timmar, åtminstone i icke-muskulära vävnader.
mycket nyligen, en intressant studie gjord av Katsanos et al. (2006) jämfört med användning av en oral lösning bestående av EAA som innehåller en leucinkoncentration på 26% (som innehöll liknande leucinvärden som påträffats i vassleproteinet) hos unga och äldre försökspersoner mot konsumtion av en EAA-lösning berikad med leucin 41%, på skelettmuskelproteinmetabolism., De observerade att hos unga försökspersoner kunde leucintillskott med låg dos (26%) öka proteinsyntesen i skelettmuskulaturen, medan ingen effekt observerades hos äldre försökspersoner (även om liknande plasmatiska leucinnivåer uppnåddes i båda grupperna ~0, 45 mM)., När en blandning innehållande hög leucinkoncentration (41%) kompletterades, ökade den äldre gruppen skelettmuskelproteinsyntesen till jämförbara värden som observerades hos unga försökspersoner, vilket återställde det defekta näringsrespons som observerades i en låg leucin kompletterad dos (även om det i båda grupperna uppnåddes liknande plasmatiska leucinnivåer ~0, 65 mM). Viktigt är att endast de äldre försökspersonerna kompletterade med 41% berikad leucinlösning presenterade en stark tendens att hämma proteinnedbrytning., Det är möjligt att hos äldre kommer en högre leucintillskottsdos att kunna hämma ännu mer muskelproteinnedbrytningen, men denna hypotes har ännu inte testats.
Sammanfattningsvis inducerar leucintillskott i humanstudier tydligt en hämning i skelettmuskelproteolys och det finns några glesa resultat som tyder på att leucinkoncentrationen som kan minska proteinnedbrytningen kan vara större än den som maximalt kan stimulera proteinsyntesen, särskilt under atrofiska förhållanden.
Lämna ett svar