迷你评论文章

前面。体育行为。2022年12月,08年
秒。体育与运动营养
卷4 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fspor.2022.969623

咖啡因是由myokines生力的影响

高田取 ^1、2 ^*,

Yoshizuki Fumoto ²和

Shintaro Kinugawa^3、4 ^*

¹终身体育,学校体育教育、Hokusho大学Ebetsu,日本
²分子生物学、北海道大学医学院毕业,日本札幌
³部门的心血管医学,医学科学教师,九州大学,日本福冈
⁴部门的心血管医学、心血管病学研究所,医学科学教师,九州大学,日本福冈

运动一直是有效改善和增强骨骼肌功能和性能。运动对远程的有利影响器官除了骨骼肌是众所周知的,但潜在的机制仍然难以捉摸。最近的研究表明,骨骼肌不仅使身体运动,也有利于身体内稳态和系统性的应激反应通过细胞因子的表达和/或分泌物(所谓myokines)。不仅肌肉收缩的感应本身,而且胞内钙离子浓度的变化([Ca^{2 +}]我)已经提出参与myokine生产和分泌。咖啡因是众所周知的Ca^{2 +}离子载体,可以改善骨骼肌功能和运动性能(即。,一个“生力的援助”)。有趣的是,一些研究报道,咖啡因或增加(Ca^{2 +}我增强了表达和/或myokines的分泌。在本文中,我们讨论咖啡因之间的关系作为一个生力的援助和myokine监管。

介绍

运动训练对骨骼肌已经证明有积极作用的功能和系统运动性能(1,2)。运动对远程的有利影响器官除了骨骼肌是众所周知的(3,4),但是这种现象的潜在机制仍不清楚。最近的研究表明,骨骼肌不仅使身体运动,也有利于身体内稳态和系统性的应激反应通过的分泌可溶性蛋白(3,4)。有人建议,这些蛋白质,细胞因子和其他产生的肽,表达和分泌的肌肉纤维,发挥旁分泌、自分泌,或者内分泌的影响,应该归类为“myokines”(5)。不仅肌肉收缩的感应本身,而且胞内钙离子浓度的变化([Ca^{2 +}]我)已经提出参与myokine生产和分泌(6- - - - - -10)(图1)。它也知道myokine分泌促进活化的5′-AMP-activated蛋白激酶(AMPK)信号(11,12)(图1)。

图1

图1。咖啡因是由myokines生力的影响。

咖啡因是众所周知的Ca^{2 +}离子载体和/或改善骨骼肌功能和运动性能的AMPK激活(即。一个“生力的援助”)(13- - - - - -16)(图1)。一些研究报告说,咖啡因,增加(Ca^{2 +}我,AMPK受体激动剂增强myokines的分泌,导致积极的对骨骼肌的影响(例如,增加脂肪酸或葡萄糖氧化和线粒体生物合成)和运动性能。(7- - - - - -9,11,12,17)。在本文中,我们讨论咖啡因之间的关系作为一个生力的援助和myokine监管。

咖啡因的生力的影响的证据

短期或长期的咖啡因生力的影响,包括增强脂肪酸和葡萄糖氧化、线粒体生物起源、培养的骨骼肌细胞和肌肉肥大信号和增加骨骼肌肉在啮齿动物(18- - - - - -20.)。同样,咖啡因被确认为一种生力的援助运动性能,包括有氧耐力、肌肉力量、肌肉耐力在人类通过荟萃分析(14)。因此,生力的咖啡因对运动性能的影响的证据的(14,15,18- - - - - -22)。

生力的咖啡因的影响由myokine分泌增加(Ca^{2 +}我和/或AMPK活化

咖啡因的上述生力的作用机制之一涉及calcium-induced从肌浆网钙释放,从而增加(Ca^{2 +})我(23- - - - - -25)。增加(Ca^{2 +}]我不仅涉及到蛋白表达增强钙信号和/或修改,包括AMPK途径,而且在细胞外的分泌蛋白(6,7,11,26,27)。

Myokine生产被认为发生在肌肉收缩反应(5,28),但具体机制尚不清楚。有趣的是,它已经表明,myokine在急性电刺激分泌更多的取决于细胞内钙离子通量比骨骼肌收缩本身(9)。此外,增加(Ca^{2 +})我有可能促进骨骼肌myokine表达式(7,8,29日)。另一方面,咖啡因是一种著名的AMPK激活(30.,31日),AMPK活化参与myokine监管11,12)。接下来,我们将关注代表myokines可以调节通过增加(Ca^{2 +})我和/或AMPK活化,最近被证明参与骨骼肌和其他器官的功能,以及运动性能。

作为一个myokine咖啡因调节分泌白细胞介素- 6

运动被发现增加循环的水平和肌肉白介素6 (IL),人类最知名myokine, (5)。同样,咖啡因被发现增加循环和骨骼肌在小鼠il - 6蛋白水平(17)。另一个Ca A23187^{2 +}离子载体,也增加了il - 6 mRNA表达骨骼肌的老鼠和C2C12肌管(32)。此外,众所周知,il - 6促进脂肪酸和葡萄糖氧化在人类和组织文化(5,33- - - - - -35)。虽然结果是有争议的,il - 6也参与肌肉肥大和肌细胞生成(28,36)。

一般来说,毫米水平的咖啡因可以促进Ca^{2 +}从肌浆网(SR)代理直接在阿诺定受体(RyR) (6,37)。Ducreux等人表明,经RyR受体激动剂激活RyR 4-chloro-m-cresol,肌管释放il - 6;这是依赖新创蛋白质合成和被丹曲洛林(一种物质,特别是钙通道关闭,从而阻止钙释放SR)和环孢霉素(物质块calcium-dependent钙调磷酸酶由核转录因子的激活t细胞激活)(6)。此外,在一个实验中,咖啡因被添加到C2C12骨骼肌培养细胞,方舟子等人发现,咖啡因mM-level文化上层清液分泌il - 6 (17)。然而,这份报告没有证实咖啡因政府是否会影响(Ca^{2 +})我。此外,它还没有得到证实caffeine-induced il - 6分泌是否抑制减少(Ca^{2 +})我。另一方面,在一个实验中,il - 6分泌细胞C2C12培养的骨骼肌的收缩引起的电刺激,据报道,(Ca的增加^{2 +}我比收缩的细胞本身更重要(9)。因此,增加(Ca^{2 +}我被认为是重要的il - 6的分泌。这些结果表明,咖啡因可以通过增加调节il - 6的分泌(Ca^{2 +})我。此外,生理浓度和μM水平的咖啡因也直接作用于骨骼肌带来一个生力的影响,并认为胞内钙的动员也参与这一效应(38)。相反,咖啡因并没有影响(即。,did not induce) IL-6 vesicle secretion even after 70 min of intravenous administration to mice at the highest possible dose (85 mg/kg) (11)。在这项研究中,共焦成像用于可视化内源性il - 6蛋白糖酵解的小鼠胫骨前肌的快速纤维。此外,2 h孵化的趾长伸肌肌腱牵向前(EDL)和比目鱼肌与Ca老鼠^{2 +}在中没有显著增加离子载体ionomycin il - 6水平(39)。然而,ionomycin刺激显示趋势的增加从骨骼肌释放il - 6,尤其是来自比目鱼肌。另一方面,咖啡因诱导释放从人类myotubular细胞il - 6,和它的最大释放发生4到6 h后添加咖啡因(6)。同样,孵化的隔离大鼠比目鱼肌ionomycin 60分钟孵化媒体增加蛋白质水平的il - 6 (40)。一个可能的解释这些先前的研究之间的差异对il - 6的分泌骨骼肌可能由于不同纤维类型(糖酵解与氧化)或动物(大鼠和小鼠)用于每个研究。事实上,大家都知道,大鼠比目鱼肌包含氧化纤维比鼠标比目鱼肌(41)。从大鼠比目鱼肌的il - 6分泌大于比目鱼肌的老鼠,在每个动物骨骼肌纤维类型的差异可以解释的差异响应il - 6分泌增加细胞内钙的咖啡因和其他Ca^{2 +}离子载体。

另一方面,据报道,静脉急性爱卡刺激(100分钟内)减少的IL-6-vesicles老鼠骨骼细胞,这表明AMPK活化可以参与myokine分泌(11)。此外,孵化培养人类肌管爱卡4 - 24小时内增加的il - 6水平mRNA (42)。这些结果表明,AMPK信号的机制之一的生力的影响咖啡因迄今报告,可以调节myokine的表达和释放。

咖啡因可以调节myokine脑源性神经营养因子的分泌

锻炼肌肉增加循环和脑源性神经营养因子(BDNF),这是一个myokine,在人类和小鼠(43)。BDNF促进脂肪酸氧化和培养的骨骼肌细胞线粒体生物起源和老鼠的骨骼肌(43- - - - - -45)。我们还发现血BDNF水平在健康受试者和心力衰竭(HF)患者积极密切与全身运动能力(峰值摄氧量)单变量分析和被确认为独立的峰值耗氧量的因素多变量分析(46)。管理重组人类脑源性神经营养因子(rhBDNF),以及运动训练,提高正常小鼠全身运动性能(45)。

BDNF的电刺激分泌的骨骼肌(43)。然而,BDNF骨骼肌分泌物是否受咖啡因或ionomycin仍然未知。中央的影响咖啡因被认为依赖于各种神经递质释放的抑制腺苷A1受体和负责(37)。咖啡因也减少在运动时骨骼肌疼痛的影响,这被认为是与它抑制腺苷A1受体(37)。因此,中央咖啡因的影响及其对骨骼肌的影响被认为是类似的。众所周知,添加咖啡因在培养的海马神经元脑源性神经营养因子分泌增加,这是由于增加(Ca^{2 +})我通过阿诺定受体(47)。目前尚未阐明咖啡因是否诱发脑源性神经营养因子在骨骼肌细胞分泌。然而,考虑到相似性的中心和外围影响咖啡因,BDNF可能myokine分泌通过caffeine-induced增加(Ca^{2 +})我。

咖啡因可以调节分泌musclin myokine

Musclin表达特别是骨骼肌(29日),被认为是myokine因为锻炼会增加骨骼肌musclin蛋白质和mRNA水平,和musclin循环水平(8)。的基因中断musclin导致身体耐力和线粒体减少内容,包括线粒体生物起源的信号(8)。相比之下,骨骼阳性musclin过度使用腺相关病毒6也增加循环musclin (29日)。这表明骨骼肌musclin可以分泌到血液循环。另一方面,信使rna表达水平musclin也被报道增加(Ca^{2 +})我(添加钙离子载体和本身)端依赖方式培养小鼠和人类基本成肌细胞(8)。虽然尚未证实,咖啡因政府有可能诱发musclin可以分泌增加musclin的表达水平。

激活AMPK调节IL-15 myokine

在骨骼肌IL-15主要是表达(12),被认为是myokine因为锻炼会增加骨骼肌IL-15蛋白质和mRNA水平,和循环水平IL-15蛋白(12,48)。同样,爱卡,AMPK的活化剂,发现增加小鼠骨骼肌IL-15 mRNA水平(12)。此外,众所周知,IL-15促进脂肪酸和葡萄糖氧化,与线粒体氧化功能supercomplex形成肌肉组织的电子传递链(49- - - - - -53)。IL-15也抑制骨骼肌肌肉退化和核细胞凋亡(54- - - - - -56),增加肌肉握力(12)。此外,循环IL-15和骨骼肌IL-15Ra表达式与蛋白质合成后抵抗运动(57)。此外,老鼠overexpressing IL-15在骨骼肌脂/低能量饮食和高脂肪高能量饮食增加瘦体重,包括骨骼肌(58)。如上所述,IL-15被认为是myokine对骨骼肌,通常有一个积极的影响,但其表达和分泌是否可以由咖啡因是未来研究的一个主题。

myokines协会的急性和慢性影响咖啡因的刺激在体外

运动可以是急性或慢性的影响(1,59)。同样,急性和慢性肌肉收缩的影响是不同的(10),但是否有差异myokine分泌尚不清楚。在本文中,我们假设,讨论了咖啡因的生力的影响是由myokine分泌。长期(即。,chronic) as well as single, short-term (i.e., acute) administration of caffeine produces ergogenic effects通过增加细胞内钙和AMPK信号(图1)(10)。这是认为模拟急性和慢性运动的影响(1,59)。从细胞内钙的角度增加,AMPK信号myokine分泌被认为发挥重要作用在咖啡因的影响。然而,目前,il - 6是唯一myokine已被证明是直接分泌从骨骼肌短期咖啡因刺激(6)。因此,全面调查的类型所分泌的myokines咖啡因刺激是一个重要的研究课题。此外,研究myokine分泌的慢性咖啡因刺激也是一个悬而未决的问题。众所周知,慢性骨骼肌咖啡因政府提高葡萄糖和脂质氧化,和线粒体生物起源,这可以解释为脑源性神经营养因子的镇定效果(44,45)。

myokines其他器官的间接影响

咖啡因摄入量明显增加骨骼肌中il - 6含量和血,但不是在小鼠的肝脏。此外,咖啡因能够刺激骨骼肌il - 6生产缓解非酒精性脂肪肝病(NAFLD)的一种啮齿动物模型(17)。另一方面,过度的musclin骨骼肌被发现细小的左心室功能障碍和心肌纤维化小鼠长期压力超负荷引起的高频(29日)。这些结果表明,咖啡因改善心肌重构通过诱导肌肉和肝脏和心脏之间的串扰。另一方面,老鼠overexpressing IL-15在骨骼肌减少脂肪量和肥胖展示效果(52,58)。因此,增加骨骼肌myokine水平和循环由于运动和/或咖啡因的摄入量作为生力的援助可能预防或改善特定的疾病,如心肌重构高频,非酒精性脂肪肝和肥胖(图2)。

图2

图2。myokines增加骨骼肌可以改善心脏衰竭,非酒精性脂肪肝和肥胖。

未来的发展方向和观点

为什么锻炼对健康的好处超越整个身体的骨骼肌肉吗?虽然完整的机制仍然不清楚(1),发现分子运动的系统性影响的关键,即myokines,大大高级运动生理学领域(3,28)。通过发现myokines特定分子生理活性,可以分泌到血液,它已经表明,运动和咖啡因,一个练习模仿,不仅对骨骼肌的影响本身,但也在远程器官通过骨骼肌(4,29日,60)。此外,许多机制之间的关系导致细胞内钙动力学和胞内运输和分泌咖啡因刺激了(26,27),因为细胞内钙还演示了在肌肉收缩动力学特征,可以推测myokine分泌到血液是由运动(5,28)。

然而,它应该重申,细胞内事件复制咖啡因刺激反映一些机制模式的大框架内的运动锻炼。事实上,据报道,血液中蛋白质的组成变化的强度和类型的运动执行(61年),因此要注意什么类型的运动是复制的咖啡因。咖啡因有潜力增加我们对运动的理解myokine分泌及其系统性影响,这是一个跨学科的领域之间的运动生理学和细胞生物学。此外,澄清myokine分泌的机制引起的运动可以帮助解决老年人缺乏身体活动的影响和提高具有抑制受损康复延伸的功效。这是因为一些myokines已经被发现是临床上重要的(46,62年,63年)。此外,不足为奇的是,患者临床面临的挑战往往难以锻炼自己,所以myokines诱导的系统性影响咖啡因刺激作为练习模仿有很大的承诺(4,64年)。

综述,我们连接”(1)的积极作用myokines骨骼肌”与“(2)这些myokines咖啡因的分泌及其对骨骼肌的影响”中所示的假设图1。(1)和(2)的结果来自独立研究,咖啡因,因此尚不清楚是否有急性或慢性对骨骼肌的影响通过myokines,咖啡因可提高运动性能。

结论

咖啡因的生力的影响通过myokine介导的监管。澄清的底层机制需要说明不仅咖啡因的生力的影响,但也锻炼和myokines的影响的机制。

作者的贡献

所有作者列出了一大笔,直接和知识贡献的工作,批准发布。

资金

这项工作是支持的科研补助金(批准号。JP17H04758 ST和21 h03360 SK)和具有挑战性的探索性研究补助金(批准号19 k22791圣)从日本社会科学,促进秋山生命科学基金会的拨款(圣),Suhara纪念基金会(圣),应用酶学和日本基金会(ST)。

确认

作者感谢H.A. Popiel她批判阅读手稿。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

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引用

1。Egan B,鉴于JR .)运动代谢和骨骼肌的分子调节适应。细胞金属底座。(2013)17:162 - 84。doi: 10.1016 / j.cmet.2012.12.012