Миокин је један од неколико стотина цитокина или других малих протеина (~5–20 kDa) и протеогликанских пептида које производе и ослобађају ћелије скелетних мишића (мишићна влакна) као одговор на мишићне контракције. Они имају аутокрине, паракрине и/или ендокрине ефекте; њихови системски ефекти се јављају у пикомоларним концентрацијама.
Рецептори за миокине налазе се на ћелијама мишића, масти, јетре, панкреаса, костију, срца, имунског система и мозга. Локација ових рецептора одражава чињеницу да миокини имају вишеструке функције. Пре свега, они су укључени у метаболичке промене повезане са вежбањем, као и у метаболичке промене након адаптације на тренинг. Они такође учествују у регенерацији и поправци ткива, одржавању здравог функционисања организма, имуномодулацији; као и у ћелијској сигнализацији, експресији и диференцијацији.
Историја
Дефиниција и употреба термина миокин први пут су се појавиле 2003. године. Године 2008. идентификован је први миокин, миостатин. Цитокин рецептора gp130 IL-6 (интерлеукин 6) био је први миокин за који је утврђено да се лучи у крвоток као одговор на мишићне контракције.
Секреција При понављајућим контракцијама скелетних мишића Све је веће разумевање скелетних мишића као секреторног органа, и миокина као медијатора физичке спремности кроз праксу редовних физичких вежби (аеробне вежбе и тренинг снаге), као и нова свест о антиинфламаторним аспектима и аспектима превенције болести вежбања. Различити типови мишићних влакана — спороконтрахујућа мишићна влакна, оксидативна мишићна влакна, интермедијарна мишићна влакна и брзоконтрахујућа мишићна влакна — ослобађају различите групе миокина током контракције. Ово имплицира да варијација типова вежби, посебно аеробни тренинг/тренинг издржљивости и мишићна контракција уз оптерећење (тренинг снаге), може пружити различите користи изазване миокинима.
Функције „Неки миокини остварују своје ефекте унутар самог мишића. Тако су миостатин, LIF, IL-6 и IL-7 укључени у хипертрофију мишића и миогенезу, док су BDNF и IL-6 укључени у оксидацију масти посредовану АМПК-ом. IL-6 такође изгледа има системске ефекте на јетру, масно ткиво и имунски систем, и посредује у комуникацији између цревних Л ћелија и панреасних острваца. Други миокини укључују остеогене факторе IGF-1 и FGF-2; FSTL-1, који побољшава ендотелну функцију васкуларног система; и од PGC-1алфа зависни миокин иризин, који покреће развој сличан смеђем масном ткиву. Студије у последњих неколико година сугеришу постојање још увек неидентификованих фактора, које луче мишићне ћелије, а који могу утицати на раст ћелија рака и функцију панкреаса. Многи протеини које производе скелетни мишићи зависе од контракције; стога, физичка неактивност вероватно доводи до измењеног одговора миокина, што би могло да представља потенцијални механизам за повезаност између седећег начина живота и многих хроничних болести.”
У функцијама мозга повезаним са неуропластичношћу, памћењем, сном и расположењем Физичко вежбање убрзано покреће значајне промене на нивоу организма, укључујући лучење миокина и метаболита од стране мишићних ћелија. На пример, аеробно вежбање код људи доводи до значајних структурних промена у мозгу, док трчање у точку код глодара подстиче неурогенезу и побољшава синаптички пренос, посебно у хипокампусу. Штавише, физичко вежбање покреће модификације хистона и синтезу протеина који на крају позитивно утичу на расположење и когнитивне способности. Значајно је да је редовно вежбање у одређеној мери повезано са бољим квалитетом сна, што би могло бити посредовано мишићним секретомом.
У регулацији архитектуре срца Срчани мишић је подложан двема врстама стреса: физиолошком стресу (нпр. вежбање) и патолошком стресу (повезаном са болешћу). Сходно томе, срце има два потенцијална одговора на било који стрес: срчану хипертрофију, што је нормалан, физиолошки, адаптивни раст; или срчано ремоделовање, што је абнормалан, патолошки, неадаптивни раст. Након што буде изложено било ком стресу, срце „бира” да укључи један од одговора и искључи други. Ако је изабрало абнормалан пут, тј. ремоделовање, вежбање може преокренути овај избор искључивањем ремоделовања и укључивањем хипертрофије. Механизам за поништавање овог избора је микроРНК miR-222 у ћелијама срчаног мишића, који вежбање појачава преко непознатих миокина. miR-222 потискује гене укључене у фиброзу и контролу ћелијског циклуса.
У имуномодулацији Имуномодулација и имунорегулација биле су посебан фокус раних истраживања миокина, пошто су, према речима др Бенте Кларлунд Педерсен и њених колега, „интеракције између вежбања и имунског система пружиле јединствену прилику да се процени улога основних ендокриних и цитокинских механизама.”
Мишић има утицај на кретање и запаљење лимфоцита и неутрофила. Током вежбања, и неутрофили и НК ћелије и други лимфоцити улазе у крв. Дуготрајно вежбање високог интензитета доводи до смањења броја лимфоцита, док се концентрација неутрофила повећава кроз механизме који укључују адреналин и кортизол. Показано је да интерлеукин 6 (IL-6) посредује у повећању кортизола: IL-6 стимулише производњу кортизола и стога изазива леукоцитозу и лимфоцитопенију.
Специфични миокини
Миостатин
И аеробне вежбе и тренинг снаге (вежбе са отпором) ублажавају експресију миостатина, а инактивација миостатина појачава корисне ефекте вежби издржљивости на метаболизам.
Интерлеукини Аеробно вежбање изазива системски цитокински одговор, укључујући, на пример, IL-6, антагонист IL-1 рецептора (IL-1ra) и IL-10 (интерлеукин 10), а концентрације хемокина, IL-8, макрофагног инфламаторног протеина α (MIP-1α), MIP-1β и MCP-1 расту након енергичног вежбања. IL-6 је идентификован као миокин на основу запажања да се повећавао на експоненцијалан начин пропорционалан дужини вежбања и количини мишићне масе ангажоване у вежби. Ово повећање је праћено појавом IL-1ra и антиинфламаторног цитокина IL-10. Генерално, одговор цитокина на вежбање и сепсу разликује се у погледу ТНФ-α. Тако, цитокинском одговору на вежбање не претходи повећање ТНФ-α у плазми. Након вежбања, базална концентрација IL-6 у плазми може се повећати до 100 пута, али чешћа су мање драматична повећања. Повећање нивоа IL-6 у плазми изазвано вежбањем јавља се на експоненцијалан начин и вршни ниво IL-6 се достиже на крају вежбе или убрзо након тога. Комбинација начина, интензитета и трајања вежбе одређује величину повећања нивоа IL-6 у плазми изазваног вежбањем.
Интерлеукин 6 С обзиром да су студије показале да интерлеукин 6 има проинфламаторне функције када се процењује у вези са сепсом и гојазношћу, првобитно се претпостављало да је одговор IL-6 изазван вежбањем повезан са оштећењем мишића. Међутим, недавна студија сугерише да ексцентрично вежбање није повезано са већим повећањем IL-6 у плазми од вежбања које укључује концентричне „неоштећујуће” мишићне контракције. Ово откриће подржава хипотезу да оштећење мишића није неопходно да би се изазвало повећање IL-6 у плазми током вежбања.
IL-6, међу све већим бројем других недавно идентификованих миокина, остаје важна тема истраживања миокина. Он се појављује у мишићном ткиву и у циркулацији током вежбања на нивоима до сто пута већим од базалних вредности, као што је наведено, и може имати повољан утицај на здравље и функционисање организма уз пролазна повећања, као што су написали П. Муњоз Кановес (P. Muñoz-Cánoves) и сарадници: „У литератури се доследно појављује да IL-6, локално произведен од стране различитих типова ћелија, има позитиван утицај на пролиферативни капацитет мишићних матичних ћелија. Овај физиолошки механизам функционише тако да обезбеди довољно мишићних прогенитора у ситуацијама које захтевају велики број ових ћелија, као што су процеси регенерације мишића и хипертрофични раст након акутног стимулуса. IL-6 је такође оснивачки члан породице миокина — цитокина произведених у мишићима. Заиста, IL-6 произведен у мишићима након поновљених контракција такође има важне аутокрине и паракрине користи, делујући као миокин у регулацији енергетског метаболизма, контролишући, на пример, метаболичке функције и стимулишући производњу глукозе. Важно је напоменути да су ови позитивни ефекти IL-6 и других миокина обично повезани са његовом пролазном производњом и краткорочним деловањем.”
Интерлеукин 15 Интерлеукин 15 стимулише оксидацију масти, узимање глукозе, митохондријалну биогенезу и миогенезу у скелетним мишићима и масном ткиву. Код људи, базалне концентрације IL-15 и његовог алфа рецептора (IL-15Rα) у крви су обрнуто повезане са физичком неактивношћу и масном масом, посебно масном масом трупа. Штавише, као одговор на једну сесију вежбања са отпором, комплекс IL-15/IL-15Rα је повезан са синтезом миофибриларних протеина (хипертрофијом).
Мождани неуротрофни фактор (BDNF)
Мождани неуротрофни фактор (BDNF) је такође миокин, иако се BDNF произведен у мишићима током контракције не ослобађа у циркулацију. Уместо тога, изгледа да BDNF произведен у скелетним мишићима побољшава оксидацију масти. Активација скелетних мишића кроз вежбање такође доприноси повећању лучења BDNF-а у мозгу. Повољан ефекат BDNF-а на неуроналну функцију забележен је у бројним студијама. Др Педерсен пише:
„Неуротрофини су породица структурно сродних фактора раста, укључујући мождани неуротрофни фактор (BDNF), који већину својих ефеката на неуроне остварују првенствено преко Trk рецепторских тирозин киназа. Од њих, BDNF и његов рецептор TrkB су најшире и најобилније изражени у мозгу. Међутим, недавне студије показују да је BDNF такође експримиран у ненеурогеним ткивима, укључујући скелетне мишиће. Показано је да BDNF регулише развој неурона и модулише синаптичку пластичност. BDNF игра кључну улогу у регулисању преживљавања, раста и одржавања неурона, и има утицај на учење и памћење. Међутим, BDNF је такође идентификован као кључна компонента хипоталамусног пута који контролише телесну масу и енергетску хомеостазу.
У најновије време показали смо да BDNF изгледа игра главну улогу не само у централним метаболичким путевима, већ и као регулатор метаболизма у скелетним мишићима. Узорци хипокампуса донатора са Алцхајмеровом болешћу показују смањену експресију BDNF-а, а појединци са Алцхајмеровом болешћу имају низак ниво BDNF-а у плазми. Такође, пацијенти са великом депресијом имају нижи ниво BDNF-а у серуму од нормалних контролних субјеката. Друге студије сугеришу да је BDNF у плазми биомаркер оштећења памћења и опште когнитивне функције код старијих жена, а недавно је показано да је низак ниво циркулишућег BDNF-а независан и снажан биомаркер ризика од смртности код старих жена. Низак ниво циркулишућег BDNF-а такође се налази код гојазних особа и оних са дијабетесом типа 2. Поред тога, показали смо да постоји церебрални излаз BDNF-а и да је он инхибиран током услова хипергликемијске стезаљке код људи. Овај последњи налаз могао би да објасни истовремени налаз ниских нивоа циркулишућег BDNF-а код особа са дијабетесом типа 2 и повезаност између ниског BDNF-а у плазми и тежине инсулинске резистенције.