Muscle catabolic mechanisms:from disuse atrophy to cachexia.

2006/2007The phatophysiology of muscle atrophy is a complex multifactor process, which occurs in response to environmental solicitations, injury, various disease states, disuse and normal aging. Persistent low-grade or acute activation of inflammatory/oxidative cascade, acute stress, altered energy intake, or reduced mechanical action, contribute to muscle decline, as well as to the progression of chronic and acute associated disease. Elevated concentrations of pro-inflammatory markers have also devastating effects on the vasculature and are implicated in the pathogenesis of atherosclerosis, which at peripheral level contributes to muscle suffering. A more understanding of the molecular relationships underpinning muscle atrophy, inflammation and cardiovascular risk in different human clinical models should be helpful to design new therapies to the recovery of muscle. Thus, we investigated the effect of some effectors of inflammatory/oxidative responses on muscle atrophy, inflammation and cardiovascular dysfunction, in chronic, acute or healthy conditions. We explored: a) the interaction between energy restriction and muscle unloading in the regulation of lean body mass, protein kinetics or inflammatory response in healthy subjects; b) the links among inflammation, organ failure, cardiovascular risk and cytokine genotypes, in models of chronic muscle atrophy; c) the cross-interaction connecting translational machinery, proteolysis and apoptotic response with skeletal muscle atrophy induced by acute stress. We highlighted a link between inflammatory process, cardiovascular risk and muscle unloading, likely involving leptin hormone and the long pentraxin PTX3; the latter may represent a novel key of reading of some bed-rest effect on vasculature or inflammatory system. Cytokine genotypes (interpheron-gamma), and the extent of renal functions on cytokine clearence, may account of intraindividual variability and vulnerability to the process. Finally, we gained knowledge about a novel catabolic mechanism, involving the eukariotic elongation factor EEF1A1 and the stress response protein p66(ShcA) in acute muscle atrophy. We suggest that, a more controlled energy intake combined with various exercise regimes might protect from the effects of unloading and may be a reasonable approach to maintain muscle mass in health but also in disease conditions.La patofisiologia dell’atrofia muscolare è un complesso processo multifattoriale, che avviene in risposta a sollecitazioni ambientali, ferite, vari stati di malattia, disuso e nel normale invecchiamento. La persistente lieve od acuta attivazione della cascata infiammatoria/ossidativa, lo stress acuto, un alterato apporto energetico o una ridotta azione meccanica, contribuiscono al declino muscolare ed alla progressione di malattie croniche o acute ad esso associate. Le elevate concentrazioni di markers pro-infiammatori hanno effetti devastanti anche sul sistema vascolare e sono implicate nella patogenesi dell’aterosclerosi, la quale a livello periferico contribuisce alla sofferenza muscolare. Una maggior comprensione delle relazioni molecolari che sostengono l’atrofia muscolare, l’infiammazione ed il rischio cardiovasolare in diversi modelli clinici umani, dovrebbe essere utile per disegnare nuove terapie dirette al recupero del muscolo. Perciò, abbiamo investigato gli effetti di alcuni effettori della risposta infiammatoria/ossidativa sull’atrofia muscolare, l’infiammazione e la disfunzione cardiovascolare, in condizioni croniche, acute o di salute. Abbiamo esplorato: a) l’effetto dell’interazione tra la restrizione energetica e l’inattività muscolare sulla regolazione della massa magra corporea, sulla cinetica delle proteine e sulla risposta infiammatoria in soggetti sani; b) i legami tra l’infiammazione, il danno d’organo, il rischio cardiovascolare e i genotipi delle citochine in modelli di atrofia muscolare cronica; c) l’interazione che connette il maccanismo traduzionale, la proteolisi e l’apoptosi, con l’atrofia del muscolo scheletrico indotta da stress acuto. Abbiamo evidenziato un legame tra processo infiammatorio, rischio cardiovascolare ed inattività muscolare, probabilmente legato all’ormone leptina e alla pentraxina lunga PTX3; quest’ultima potrebbe rappresentare una nuova chiave di lettura di alcuni effetti del bed-rest sulla vascolatura o il sistema infiammatorio. I genotipi delle citochine (interferon-gamma), e la portata della funzione renale sulla loro clearence, potrebbero esser causa della variabilità e vulnerabilità intraindividuale al processo. Per ultimo, abbiamo ottenuto conoscenza di un nuovo meccanismo catabolico, riguardante il fattore di elongazione eucariotico EEF1A1 e la proteina di risposta allo stress p66(ShcA) nell’atrofia muscolare acuta. Noi suggeriamo che, un maggior controllo dell’introito energetico combinato con vari regimi di esercizio, potrebbe proteggere dagli effetti dell’inattività muscolare e potrebbe essere un approccio ragionevole per mantenere la massa muscolare in salute, ma anche in condizioni di malattia