Инсулиноподобные факторы роста и их рецепторы
Выработка различных изоформ инсулиноподобных факторов роста (ИФР) происходит во многих тканях и имеет важное значение для развития организма в эмбриональном и постнатальным периодах: ИФР-II необходим для нормального развития плода, в то время как ИФР-I имеет важное значение для пре- и постнатального роста (DeChiara et al., 1990; Baker et al., 1993). Скелетные мышцы, выполняющие работу, вырабатывают и используют ИФР-1 (Brahm et al., 1997), который считается важным фактором, опосредующим увеличение скелетных мышц в ответ на физическую тренировку. ИФР-1 способен стимулировать пролиферацию, дифференцировку и слияние миосателлитоцитов (Dodson et al., 1985; Florini et al., 1991; Quinn et al., 1994; Goldspink D.F. et al., 1995). Иммуногистохимические исследования показали, что расположение ИФР-1 происходит в клетках-спутниках и в мышечных трубочках регенерирующих скелетных мышц крысы (Jennische et а)., 1987; Jennische, 1989; Jennische, Matejka, 1992).
После интенсивного выполнения эксцентрических упражнений в передней большеберцовой мышце крысы происходит увеличение иммунореактивности ИФР-1, которое наблюдается главным образом в мышечных волокнах (Yan et al., 1993). У человека интенсивные физические тренировки индуцируют увеличение иммунореактивности ИФР-1 в широкой медиальной мышце бедра (Hellsten et al., 1996).
Иммуногистохимическая окраска локализует ИФР-1 в ядрах мышечных клеток или клеток-спутников (Hellsten et al., 1996). Повышение уровня мРНК и белка ИФР-1, происходящее параллельно с гипертрофией мышечных волокон, показывает, что этот ростовой фактор, влияющий на миосателлитоциты, занимает ключевое место в процессе увеличения мышечных волокон (Adams, Haddad, 1996). Показано, что у человека уровень мРНК ИФР-1 повышается через 48 ч после одноразового комплекса концентрических и эксцентрических физических нагрузок медиальной широкой мышцы бедра (при этом увеличение мРНК после эксцентрической нагрузки более важно) (Bamman et al., 2001). В этой же работе было обнаружено существенное увеличение количества мРНК рецепторов андрогенов, происходящее после концентрической или эксцентрической нагрузки.
Развитие молекулярной биологии позволило открыть новые изоформы ИФР-1 (Yang et al., 1996; Goldspink G., 1999; Hameed et al., 2002). Описаны два основных типа ИФР-1, которые располагаются в скелетных мышцах. Первая изоформа имеет системный характер действия, обладает сходством с основным вырабатываемым в печени ИФР-1 и носит название мышечный ИФР-1 печеночного типа (Yang et al., 1996). Вторая мышечная изоформа, получившая название механозависимый фактор роста (МФР), была обнаружена в скелетных мышцах, подвергавшихся растягиванию и чрезмерным нагрузкам, и обладает аутокринным и паракринным действием (Yang et al., 1996). В ответ на растягивания путем иммобилизации нижней конечности в разогнутом положении наблюдали существенное увеличение МФР в длинном разгибателе пальцев стопы кролика (Yang et al., 1996). Позднее было обнаружено, что после растягивания и растягивания в сочетании с электростимуляцией с частотой 10 Гц в длинном разгибателе пальцев стопы кролика наблюдается также существенное повышение уровней мРНК ИФР-1 печеночного типа и МФР, однако после одной электростимуляции подобных изменений не происходило (МсКоу et al., 1999). Эти эксперименты ясно показывают, что изоформы ИФР-1 опосредуют увеличение скелетной мышцы преимущественно в ответ на возросшую механическую нагрузку. Роль МФР в гипертрофии мышц исследовали у лиц зрелого и старшего возраста. После 10 этапов из 6 повторений упражнения для сгибателя колена, которое выполнялось одной ногой с нагрузкой 80 % 1 повторного максимума (1ПМ), существенное увеличение мРНК МФР наблюдали только у лиц зрелого возраста (Hameed et al., 2003). Был сделан вывод о том, что ослабление изменений уровня МФР в ответ па интенсивные занятия силовыми упражнениями у лиц старшего возраста может свидетельствовать о возрастном сниженим чувствительности мышечных волокон к механической нагрузке.
Применение ИФР-1 было предложено для лечения различных нейромышечных заболеваний, характеризующихся атрофией мышц. В частности, ИФР-1 успешно использовали для предотвращения развития индуцированной приемом стероидов мышечной атрофии (Kanda et al., 1999). На клеточном уровне было показано, что ежедневный прием соматотропиого гормона и ИФР-1 в сочетании с чрезмерной функциональной нагрузкой камбаловидной мышцы у крысы приводит к увеличению мышцы одновременно с увеличением количества ядер в мышечных волокнах (McCall et al., 1998).
Стимулирующее ростовые процессы воздействие ИФР-1 и ИФР-П осуществляется при участии рецептора ИФР-1. Мыши с нарушениями функции рецептора ИФР-1 погибали вскоре после рождения (Baker et al., 1993). Отсутствие рецептора ИФР-1 вызывает у мышей тяжелую гипоплазию, что свидетельствует о необходимости рецептора ИФР-1 для формирования дифференцированных скелетных мышц (Baker et al., 1993). В то время как функциональная инактивация рецептора ИФР-1 вызывала выраженную гипоплазию мышц, а также снижение уровней MyoD и миогенина (два важных представителя миогенных регуляторных факторов) (Fernandez et al., 2002), при сверхэкспрессии рецепторов наблюдаются противоположные явления (Quinn et al., 1994). Таким образом, рецептор ИФР-1 в данный момент рассматривается в качестве главного регулятора мышечной массы, регулирующего активность специфических для мышечной ткани генов. Однократное интенсивное занятие физическими упражнениями сопровождается существенным увеличением связывающей способности и чувствительности рецептора ИФР-1, а также повышением уровня мРНК рецептора в скелетных мышцах крысы (Willis et al., 1997). Точно так продолжительные физические тренировки вызывают заметное увеличение концентрации рецепторов ИФР-1 и инсулина (Willis et al., 1998). В целом эти данные однозначно подтверждают важную роль ИФР-1 и рецепторов ИФР-1 в гипертрофии мышц.
Эндокриная система, спорт и двигательная активность.
Перевод с англ./под ред. У.Дж. Кремера и А.Д. Рогола. — Э64
Издательство: Олимп. литература, 2008 год.
