Cancer cachexia: potential therapeutic effects of aerobic exercise training on skeletal muscle

A caquexia do câncer é uma síndrome multifatorial cuja principal característica é a atrofia do músculo esquelético, resultando na progressiva incapacidade funcional do paciente. Essa síndrome está diretamente associada a uma redução da tolerância ao esforço físico e uma menor sobrevida em pacientes com câncer. O tratamento farmacológico para a caquexia ainda é muito limitado, possivelmente devido à característica multifatorial dessa síndrome. Nesse sentido, as evidências indicam que uma abordagem multimodal é necessária para atenuar a caquexia, incluindo estratégias não-farmacológicas como o treinamento físico. Contudo, os mecanismos envolvidos nos efeitos terapêuticos do treinamento físico sobre a caquexia do câncer ainda foram pouco explorados. Portanto, esse estudo teve como objetivo central avaliar os efeitos do treinamento físico aeróbio sobre a disfunção do metabolismo energético e a atrofia muscular em modelos experimentais de caquexia do câncer, além de explorar os mecanismos envolvidos nos possíveis efeitos terapêuticos do treinamento físico. Para isso, inicialmente padronizamos um modelo de caquexia em ratos utilizando injeção de células tumorais Walker 256 na medula óssea. Esse modelo apresentou consistente crescimento tumoral e atrofia muscular. Avaliamos sobre esse modelo os efeitos de dois protocolos diferentes de treinamento físico aeróbio, a saber: treinamento físico aeróbio contínuo em intensidade moderada (MIT, do inglês moderate intensity training) e o treinamento físico intervalado em alta intensidade (HIIT, do inglês high-intensity interval training). Embora não tenham sido observados efeitos sobre o crescimento tumoral, o MIT e o HIIT melhoraram a capacidade aeróbia e aumentaram a sobrevida dos animais, sugerindo que o treinamento físico aeróbio induz efeitos benéficos durante a progressão da caquexia do câncer. De fato, o HIIT normalizou marcadores de estresse oxidativo e reestabeleceu a função do músculo esquelético. Com o intuito de explorar mecanismos responsáveis por esses benefícios, realizamos uma análise proteômica de larga escala no músculo esquelético de ratos controle, do modelo Walker e do modelo Walker submetido ao HIIT. Nessa análise identificamos a COP9 signalosome complex subunit 2/Thyroid receptor interacting protein 15 (COPS2/TRIP15) como uma das principais proteínas alteradas, estando o seu conteúdo reduzido no músculo esquelético de ratos com caquexia e normalizado após a realização do HIIT. Resultados similares foram observados em outro modelo experimental de câncer (B16F10 em camundongos) submetido ou não ao HIIT. Na próxima etapa buscamos avaliar se a COPS2/TRIP15 poderia apresentar um papel terapêutico no músculo esquelético. Para isso, realizamos a superexpressão dessa proteína em miotubos primários de camundongos. Os miotubos foram incubados com meio de cultura previamente condicionado em células tumorais por 48 horas para induzir disfunção do metabolismo e perda de conteúdo proteico. Contudo, a superexpressão da COPS2/TRIP15 nos miotubos não foi suficiente para impedir os efeitos induzidos pelo meio condicionado. Em suma, essa tese de doutorado demonstrou que o HIIT foi capaz de atenuar a intolerância ao esforço físico e normalizar o conteúdo de COPS2/TRIP15 no músculo esquelético em diferentes modelos experimentais de caquexia do câncer. Esses resultados pré-clínicos abrem perspectivas de avaliar os efeitos do HIIT em pacientes com caquexia do câncer. Novos experimentos são necessários para entender a função da COPS2/TRIP15 no músculo esquelético durante a progressão da caquexiaCancer cachexia is a multifactorial syndrome characterized by skeletal muscle wasting, resulting in a functional impairment. This syndrome is associated with exercise intolerance and early mortality in cancer patients. Pharmacological treatment is still limited, perhaps due to the multifactorial characteristics of this syndrome. In this sense, evidences indicate that a multimodal approach is necessary to counteract cachexia, including non-pharmacological strategies, such as exercise training. However, little is known regarding the mechanisms underlying the potential therapeutic effects of exercise training on cancer cachexia. Therefore, the current study aimed to evaluate the effects of aerobic exercise training on metabolic impairment and skeletal muscle wasting in cancer cachexia experimental models. Additionally, we aimed to explore mechanisms involving the potential therapeutic effects of exercise training. For doing that, we first standardized a cancer cachexia rat model by injecting Walker 256 tumor cells in the bone marrow. This model displayed consistent tumor growth, skeletal muscle wasting and good reproducibility. By using this experimental model, we assessed the effects of two different aerobic exercise training protocols: moderate intensity training (MIT) and high-intensity interval training (HIIT). Even though tumor growth was not affected, both MIT and HIIT improved aerobic capacity and survival. Moreover, HIIT reestablished the skeletal muscle function and normalized oxidative stress markers. To further explore mechanisms underlying such benefits, we applied a proteomics screening in the skeletal muscle of 1) control rats, 2) rats with cancer cachexia and 3) rats with cancer cachexia submitted to HIIT. In this analysis, we identified COP9 signalosome complex subunit 2/Thyroid receptor interacting protein 15 (COPS2/TRIP15) as one of the most regulated proteins, showing lower content in the skeletal muscle during cancer cachexia progression, which was normalized after HIIT. Similar results were observed for B16F10 model in mice submitted or not to HIIT. We further assessed whether COPS2/TRIP15 could present a therapeutic role in the skeletal muscle. For doing that, we overexpressed this protein in primary mouse myotubes using an adenovirus. Cell culture media taken from tumor cells were incubated in the myotubes to induce metabolism impairment and loss of protein content. However, COPS2/TRIP15 overexpression was not sufficient to mitigate deleterious effects induced by the conditioned media. In summary, the current PhD thesis demonstrated that HIIT mitigated exercise intolerance and normalized COPS2/TRIP15 protein content in the skeletal muscle of different cancer cachexia experimental models. These pre-clinical data open perspectives to evaluate HIIT effects in cancer cachexia patients. New experiments are necessary to explore the role of COPS2/TRIP15 during cancer cachexia progressio