Leucine in age-associated sarcopenia

A progressive loss of muscle mass has been well described in both humans and rodents during ageing. This loss of proteins results from an imbalance between protein synthesis and degradation rates. Although some authors have shown a decrease of myofibrillar protein synthesis rates in human volunteers, this imbalance is not clearly apparent when basal rates of protein turnover are measured. A decrease in muscle protein synthesis stimulation has nevertheless been detected in ageing rats during the postprandial period, suggesting that the ‘ meal signal’ is altered during ageing. Many results now suggest that aged muscle is less sensitive to the stimulatory effect of amino acids at physiological concentrations, but is still able to respond if the increase in aminoacidaemia is sufficiently large. Indeed, amino acids play an important role in regulating muscle protein turnover both in vitro and in vivo. Of amino acids, leucine seems to play the key role in regulating the metabolic function. It inhibits proteolysis and stimulates muscle protein synthesis independently of insulin. Leucine has been shown to act as a mediator, by modulating specifically the activities of intracellular kinases linked to the translation of proteins such as phosphatidylinositol 3_ kinase and mammalian target of rapamycin – 70 kDa ribosomal protein S6 (p70S6K) kinases. We recently demonstrated in vitro that protein synthesis in ageing rat muscles becomes resistant to the stimulatory effect of leucine in its physiological concentration range. Protein synthesis was however stimulated normally when the leucine concentration was increased well above its postprandial level. We also studied the effect of meal leucine supplementation on in vivo protein synthesis in adult and ageing rats. Leucine supplementation had no additional effect on muscle protein synthesis in adults but totally restored its stimulation in ageing rats. Whether chronic oral leucine supplementation would be beneficial for maintaining muscle protein mass in elderly humans remains to be studied.Une diminution de la masse musculaire au cours du vieillissement est aujourd’hui bien décrite chez l’Homme et l’animal. Cette perte de protéines résulte d’un déséquilibre entre synthèse et dégradation des protéines musculaires. Bien que certains auteurs aient pu montrer une diminution de la synthèse des protéines myofibrillaires chez l’Homme, ce déséquilibre est difficilement apparent dans la plupart des études menées à l’état post-absorptif. Cependant, une altération de la stimulation de la synthèse des protéines a été mise en évidence chez le rat âgé au cours de la phase post-prandiale suggérant que «l’effet repas » normalement observé était altéré au cours du vieillissement. Plusieurs travaux ont montré que le muscle âgé était moins sensible à l’effet anabolique des acides aminés aux concentrations physiologiques mais qu’il était toujours en mesure de répondre si d’importantes hyper-aminoacidémies étaient générées. En effet, les acides aminés jouent un rôle majeur dans la régulation du métabolisme protéique, que ce soit in vivo ou in vitro. Parmi eux, la leucine semble être celui qui présente le plus fort effet. La leucine seule est capable d’inhiber la protéolyse et de stimuler la synthèse protéique indépendamment de l’insuline. Cet acide aminé, en plus d’être un substrat, est également un véritable médiateur cellulaire en modulant spécifiquement les activités de plusieurs kinases impliquées dans la régulation de l’initiation de la synthèse des protéines i. e phosphatidylinositol 3_ kinase and mammalian target of rapamycin– 70 kDa ribosomal protein S6 (p70S6K) kinases. Nous avons montré récemment in vitro que la synthèse protéique musculaire devenait résistante à l’effet stimulateur de la leucine chez le rat âgé dans l’intervalle de ces concentrations physiologique. Cependant, si les concentrations de leucine étaient largement supérieures aux valeurs post-prandiales, la protéosynthèse était stimulée normalement. Nous avons donc étudié l’effet d’une supplémentation en leucine du régime sur la protéosynthèse du rat adulte et âgé in vivo. Cette supplémentation n’a pas eu d’effet additionnel chez l’adulte mais a permis de restaurer totalement la régulation post-prandiale du métabolisme protéique musculaire chez l’âgé. L’effet bénéfique d’une telle supplémentation en nutrition entérale chronique sur le maintien de la masse musculaire au cours du vieillissement reste cependant à étudier.Rieu Isabelle, Mosoni Laurent, Combaret Lydie, Sornet Claire, Grizard Jean, Dardevet Dominique. Leucine in age-associated sarcopenia . In: Bulletin de l'Académie Vétérinaire de France tome 159 n°4, 2006. Séances thématiques exceptionnelles : Nutrition des carnivores domestiques. pp. 309-317