يتبع التكوين العضلي الهيكلي مجموعة مرتبة من التفاعلات الخلوية التي تتضمن خروج دورة الخلايا من الخلايا العضلية وتمايزها اللاحق والانصهار لتشكيل ألياف عضلية متعددة النواة في الجسم الحي أو الأنابيب المختبرية. في معظم الحالات، يتطلب نمو عضلات الثدييات دمج خلايا العضلات المتمايزة مع الخلية العضلية متعددة النوى المتزايدة.1 بإضافة نوى إضافية إلى خلايا العضلات أثناء النمو، يتم احتواء عدد متزايد من النوى داخل السيتوبلازم مما يسمح لكل نواة بتنظيم المزيد من السيتوبلازم.2 أحدث الاندماج هذه تسمح بزيادة تخليق البروتين وزيادة في حجم الخلية. فهم المسارات الجزيئية التي تنظم نمو العضلات مهم لعلاج اضطرابات العضلات وفقدان كتلة العضلات أثناء الشيخوخة. ومع ذلك، من المعروف أن القليل من الجزيئات يحفز زيادة اندماج خلايا العضلات ونمو العضلات الهيكلية.
البروستاجلاندين عبارة عن نظائر ترسل إشارات للجزيئات يتم توليفها من حمض الأراكيدونيك استجابة للسيتوكينات أو إصابة الخلايا أو عوامل النمو.3 تكوين البروستاجلاندين يشمل استقلاب حمض الأراكيدونيك بواسطة انزيمات الأكسدة الحلقية إلى جزيئات البروستاجلاندين الأولية (PGE2 وPGF2α وPGI2 وPGD2). بمجرد إنتاجها، يتم إفراز البروستاجلاندين وتتوسط إرسال إشارات من خلال مستقبلات البروتين G المميزة لكل نوع من أنواع البروستاجلاندين. يؤدي تنشيط مستقبلات البروستاجلاندين إلى حدوث تأثيرات في مجموعة من أنواع الخلايا والأنسجة بما في ذلك العضلات الهيكلية.
يرتبط البروستاجلاندين بنمو العضلات والهيكل العظمي. من أجل نمو العضلات الهيكلية، يجب أن يتوفر عدد من الخلايا المكونة للعضلات للتمييز والاندماج مع الألياف العضلية. يمكن أن تتحكم البروستاجلاندين المختلفة في التعدد4 والتمايز5 وكذلك اندماج الخلايا المكونة للعضلات.6 وبمجرد تشكيل الأنابيب العضلية، يستمر حجم خلايا العضلات في الزيادة من خلال تخليق البروتين المحسن. تنظم البروستاجلاندين هذه المرحلة من النمو عن طريق تغيير كل من تحلل البروتين وتخليق البروتين داخل الأنابيب العضلية.7 تمشيا مع الدور العام للبروستاجلاندين في نمو العضلات والهيكل العظمي، فإن تثبيط إنتاج البروستاجلاندين يمنع نمو الألياف العضلية في المختبر.8 تشير هذه البيانات إلى أن البروستاجلاندين تنظم نمو خلايا العضلات من خلال التأثير على خطوات متعددة من عملية تكوين العضلات. الوصف:
البروستاجلاندين إف 2 ألفا الذى يطلق عليه صيدلانيًا “كاربوبروست” وهو عبارة عن بروستاجلاندين يحدث بشكل طبيعي يستخدم في المجال الطبي لتحفيز المخاض وكدواء مسبب للإجهاض. في الثدييات المنزلية، يتم إنتاجه من الرحم عندما يتم تحفيزه بواسطة الأوكسيتوسين، في حالة عدم وجود تخصيب خلال مرحلة الجسم الأصفر. وهو يعمل على الجسم الأصفر ليحفز انحلال الجسم الأصفر وتشكيل الجسم الأبيض وإيقاف إنتاج هرمون البروجسترون. يعتمد عمل PGF2α على عدد المستقبلات على غشاء الجسم الأصفر. تم العثور على PGF2α isoform 8-iso-PGF2α بكميات متزايدة بشكل كبير في المرضى الذين يعانون من التهاب بطانة الرحم وبالتالي يصبح سبب محتمل في الإجهاد التأكسدي المرتبط بالبطانة.
الاستخدامات:
عند الحقن في الجسم أو الكيس الأمنيوسي يمكن للـ PGF2α أن يحفز المخاض أو يسبب الإجهاض اعتمادًا على التركيز المستخدم. الجرعات الصغيرة (1-4 ملجم/يوم) يعمل PGF2α على تحفيز انقباض عضلات الرحم مما يساعد في عملية الولادة. ومع ذلك، خلال الأشهر الثلاثة الأولى وبتركيزات أعلى (40 ملجم/يوم) يمكن أن يتسبب PGF2α في الإجهاض عن طريق انحلال الجسم الأصفر الذي يغذي الجنين في الرحم. بما أن الجنين غير قابل للحياة خارج الرحم في هذا الوقت، فإن قلة الغذاء تسبب جوع الجنين وإجهاضه يوم أو يومين.
الاستخدامات في مجال كمال الأجسام:
يتطلب نمو العضلات الهيكلية خطوات متعددة لتشكيل خلايا عضلية كبيرة متعددة النوى. قد تكون الجزيئات التي تحفز نمو العضلات ذات صفات علاجية لفقدان العضلات المرتبط بالشيخوخة أو الإصابات أو الأمراض. ومع ذلك، هناك عوامل قليلة معروفة لزيادة حجم خلية العضلات. نحن هنا نثبت أن البروستاجلاندين F2α (PGF2α) وكذلك اثنين من نظائره يسببان زيادة حجم خلية العضلات في المختبر. لا يرجع هذا الحجم المتزايد للأنابيب إلى اندماج الخلايا المعزز الخاص بـ PGF2α الذي يشكل في البداية أنابيب عضلية، بل يرجع إلى تسبب PGF2α في تحفيز دمج الخلايا مع الخلايا متعددة النواة الموجودة مسبقًا. يتوسط هذا النمو من خلال مستقبلات PGF2α (مستقبلات FP). نظرًا لأن مستقبلات FP يمكن أن تزيد من مستويات الكالسيوم داخل الخلايا، فقد تم فحص اندماج عامل النسخ النووي الذي ينظمه الكالسيوم في العامل النووي للخلايا التائية المنشطة (NFAT) في التوسط لنمو الخلايا المعزز الخاص بـ PGF2α. لقد أظهرنا أن NFAT يتم تنشيطه بواسطة PGF2α، وأن الشبيه NFATC2 مطلوب لنمو خلايا العضلات الناتج عن PGF2α والتراكم النووي، مما يوضح التقاطع الأول بين تنشيط مستقبلات البروستاجلاندين وإشارات العامل النووي للخلايا التائية المنشطة. بالنظر إلى هذا الدور الجديد لـ PGF2α في نمو خلايا العضلات الهيكلية، تثير هذه الدراسات حذرًا من أن الاستخدام المطول للأدوية التي تمنع إنتاج البروستاجلاندين مثل الأدوية المضادة للالتهابات قد يكون ضارًا لنمو العضلات.
مسارات الإشارة التي يتم تنشيطها بواسطة الكالسيوم مهمة لنمو العضلات الهيكلية.9 وقد ثبت أن البروستاجلاندين تعمل على تنشيط الزيادات في الكالسيوم داخل الخلايا ضمن مجموعة متنوعة من أنواع خلايا العضلات.10 على وجه التحديد، يمكن لـ PGF2α وPGE2 تنشيط الزيادات في الكالسيوم داخل الخلايا من خلال مستقبلاتهم وهى مستقبلات PGF2 ومستقبلات وEP1 / EP3 على التوالي.11 أحد المسارات التي ينظمها الكالسيوم والمشترك في نمو العضلات الهيكلية هي عائلة عوامل النسخ والعامل النووي للخلايا التائية المنشطة.12 يتم التعبير عن العديد من أشكال العامل النووي للخلايا التائية المنشطة في العضلات الهيكلية. وتنظيم العامل النووي الوحيد يبدو أنه يحدث على مستوي الإزاحة النووية.13 على سبيل المثال، يتم تنشيط النظير NFATC2 فقط في الأنابيب العضلية المشكلة حديثًا أو الناشئة ولكن ليس في مراحل أخرى من عملية تكوين الخلايا.14 لقد أظهرنا أن النظير NFATC2 مهم بالنسبة لنمو العضلات الهيكلية15 ولكن لم يتم توضيح المنشطات الأولية لهذا المسار.
نظرًا لأن PGF2α يمكن أن يزيد من مسارات الكالسيوم وإشارات الكالسيوم داخل الخلايا، فهي مهمة لمراحل عديدة من التزايد العضلي التي تساهم في نمو العضلات وقد افترضنا أن PGF2α قد ينظم نمو العضلات الهيكلية. على الرغم من أن PGF2α يمكنه تنظيم المراحل النهائية لنمو العضلات عن طريق تحفيز تخليق البروتين16 إلا أننا سعينا إلى استكشاف دور PGF2α في خطوات أخرى من عملية التخليق العضلي التي تتطلب الكالسيوم، مثل التمايز17 والاندماج.18 نبيِّن أن PGF2α يعزز التراكم النووي بعد التكوين الأولي للأنابيب العضلية مما يؤدي إلى زيادة في حجم الأنابيب العضلية. علاوة على ذلك، فإن النمو الناجم عن PGF2α يحدث من خلال مسار معتمد على العامل النووي للخلايا التائية المنشطة. لا تتضمن هذه البيانات وظيفة جديدة لـ PGF2α في نمو العضلات الهيكلية فقط ولكن أيضًا تقاطع جديد بين مسارات إشارات البروستاجلاندين والعامل النووي للخلايا التائية.
لاختبار الفرضية التي تقترح أن PGF2α له دور في نمو خلايا العضلات الهيكلية، تم التعامل مع تمايز أنواع العضلات الأساسية بجرعات مختلفة من PGF2α أو مع نظير اصطناعي مستقر لـPGF2α وهو 17 فينيل-PGF2α ترينور. بعد 24 ساعة، يتم تمييز غالبية الخلايا وتشكيل عدد قليل من الخلايا متعددة النوى. على الرغم من عدم وجود فرق واضح بين المجموعات التي تعالجها المركبات والعقاقير في 24 ساعة، إلا أنه بعد مرور 48 ساعة تكون الأنابيب العضلية المُعالجة بالأدوية أكبر في الحجم مقارنةً بغيرها مما يوحي بأن PGF2α يمكنه تنظيم نمو العضلات.
يتطلب تكوين خلية متعددة النوى عمليات خلوية متعددة بما في ذلك تشكيل عدد كافٍ من الخلايا العضلية من خلال تكاثر الخلايا وتمايزها وانصهار الغشاء الملاحق. لتحديد ما إذا كان PGF2α يزيد من تكاثر الخلايا و / أو بقاء الخلية في اختبارنا، تم تقدير كمية الحمض النووي. لا يوجد فرق في محتوى الحمض النووي بين PGF2α والخلايا المعالجة بغيره. تم تقييم التمايز في العضلات التي عولجت بـ PGF2α والتي عولجت بغيره خلال 24 و48 ساعة من خلال صبغات سلسلة الميوسين الثقيلة الجنينية (EMyHC) وهو علامة على التمايز وعد عدد النوى الموجودة داخل الخلايا الإيجابية EMyHC. لا تختلف النسبة المئوية للخلايا المتباينة بين العضلات التي تعالجها الأدوية الأخرى أو PGF2α في 24 أو 48 ساعة. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد مؤشر الانصهار. لا تختلف نسبة النوى في الأنابيب العضلية بين العضلات التي تعالجها الأدوية الأخرى أو PGF2α. تشير هذه البيانات إلى أن PGF2α لا يؤثر على تمايز الخلايا الجذعية أو بقائها أو تزايدها أو اندماجها مما يؤدي إلى نمو العضلات. بعد الانصهار الأولي للخلايا العضلية التي تشكل خلية متعددة النوى، يحدث نمو الخلايا من خلال دمج خلايا العضلات المتمايزة مع الأنبوب العضلي الحديث لزيادة عدد الخلايا النووية وحجم الخلية.19 على الرغم من أن مؤشر الانصهار يحدد النسبة المئوية لمجموع عدد الخلايا التي انصهرت ضمن الألياف العضلية، إلا أنه ليس مقياسًا لعدد من النوي داخل الأنبوبة العضلية الواحدة. من خلال تحليل العدد النووي العضلي داخل الأنابيب الفردية، يمكن تحديد اندماج الخلية الذي يساهم في نمو العضلات. لتحديد ما إذا كان PGF2α يزيد من حجم الخلية العضلية عن طريق تعزيز إضافة نوي إلى الأنابيب العضلية الحالية، تم تحديد عدد النوى في الأنابيب العضلية الفردية في العضلات التي عولجت بمركبات أخرى وتلك التي عولجت باستخدام PGF2α لمدة 48 ساعة. باستخدام علاج الأدوية الأخرى، توجد نسبة متساوية من الأنابيب التي تحتوي على نواتين إلى أربعة نوى مثل تلك التي تحتوي على خمس نوى أو أكثر. ومع ذلك، مع العلاج 10-6 م PGF2α، تحدث زيادة كبيرة في النسبة المئوية للأنابيب التي تحتوي على خمسة أو أكثر من النوى مع انخفاض مواز في النسبة المئوية للأنابيب التي تحتوي على اثنين إلى أربعة نوي. وقد تبين أن هذه الجرعة من PGF2α تعطي تأثيرات كبيرة في المقاييس التي تستخدم خلايا العضلات القلبية والعضلات الناعمة.20 لا تختلف الجرعات الأخرى من PGF2α التي تم اختبارها بشكل كبير عن الأدوية الأخرى. وبالمثل، فإن معالجة الخلايا باستخدام 17-phPGF2α يزيد أيضًا من عدد النوى العضلية بنفس درجة PGF2α ولكن عند تناول الجرعات المنخفضة وهو ما يتسق مع تقاربها العالي وثباتها الأيضي الأكبر.21 تشير هذه البيانات إلى أن PGF2α يزيد من اندماج الخلية مع الأنابيب العضلية لتسهيل الزيادات في حجم العضلات.
للمزيد من دراسة تأثير PGF2α على الزيادات في عدد النوى العضلية، تم علاج خلايا العضلات المتباينة مع PGF2α في مراحل مختلفة من عملية الانصهار. لتحديد ما إذا كان يمكن لـ PGF2α العمل في المراحل الأولية من انصهار أو اندماج الخلية، تم علاج الخلايا فقط باستخدام PGF2α في بداية التمايز في 0 ساعة في بيئة التمايز. لتحديد ما إذا كان PGF2α يعمل خلال أحداث الاندماج اللاحقة، تم علاج الخلايا فقط على مدار 24 ساعة، في الوقت الذي بدأت فيه الخلايا في الانصهار ويوجد عدد قليل من خلايا العضلات متعددة النوى. في كلتا الحالتين، تم تحليل العدد النووي للأنابيب في 48 ساعة. عندما يتم تناول PGF2α في بداية التمايز (0 ساعة)، لا يوجد فرق كبير في النسبة المئوية للأنابيب التي تحتوي على خمس نوى أو أكثر مقارنة بالعضلات المُعالجة بأدوية أخرى. ومع ذلك، عندما يتم تناول PGF2α في 24 ساعة فإن النسبة المئوية للأنابيب التي تحتوي على خمسة نوى أو أكثر أعلى بكثير من الخلايا التي يتم معالجتها بأدوية أخرى. يشبه هذا الاختلاف الزيادة في الرقم النووي عند إضافة PGF2α في كل من 0 و24 ساعة. تؤكد هذه البيانات كذلك أن PGF2α يعمل في المراحل اللاحقة من اندماج خلايا العضلات للسماح بزيادة حجم خلايا العضلات.
الآثار الجانبية:
في 17 مريضًا يعانون من اضطرابات القلب، أظهر البروستاجلاندين F2a الذى يتم تناوله عن طريق الحقن الوريدي بمعدلات تسريب متتالية من 25 إلى 100 ميكروجرام / دقيقة التأثيرات التالية بطريقة تعتمد على الجرعة: إطالة الانقباض الكهروميكانيكية الكلي وفترة ما قبل الانقباض ووقت طرد البطين الأيسر مما يشير إلى وجود نشاط مؤثر في التقلص العضلي السلبي، وزيادة في ضغط الدم الانقباضي والانبساطي وحدوث آثار جانبية أخرى. تم استبعاد مريضين إضافيين من التقييم الموحد لأنه تم تغيير جرعة PGF2a بسبب تسببه في اضطراب ضربات القلب بشكل واضح في أحدهم وآثار جانبية خطيرة في الآخر. النتائج مكملة للنتائج الإكلينيكية الدوائية لـ PGF2a.
1 Darr and Schultz, 1989; Rosenblatt and Parry, 1992; Phelan and Gonyea, 1997; Barton-Davis et al., 1999; Horsley et al., 2001; Mitchell and Pavlath, 2001
2 Allen et al., 1999
3 Funk, 2001
4 Zalin, 1987
5 Schutzle et al., 1984
6 Zalin, 1977; David and Higginbotham, 1981; Entwistle et al., 1986; Rossi et al., 1989
7 Rodemann and Goldberg, 1982; Palmer, 1990; Vandenburgh et al., 1990
8 Templeton et al., 1986; McLennan, 1987
9 Abbott et al., 1998; Dunn et al., 1999; Musaro et al., 1999; Semsarian et al., 1999; Delling et al., 2000; Friday et al., 2000; Horsley et al., 2001; Mitchell et al., 2002
10 Asboth et al., 1996; Chen et al., 1997; Yew et al., 1998; Yousufzai and Abdel-Latif, 1998
11 Breyer et al., 2001
12 NFAT; Horsley and Pavlath, 2002
13 Abbott et al., 1998
14 Abbott et al., 1998
15 Horsley et al., 2001
16 Vandenburgh et al., 1990
17 Shainberg et al., 1969; Morris and Cole, 1979
18 Shainberg et al., 1969; Knudsen and Horwitz, 1977
19 Bate, 1990; Horsley et al., 2001
20 Adams et al., 1996; Griffin et al., 1998; Kunapuli et al., 1998; Yew et al., 1998; Katsuyama et al., 2002
21 Lake et al., 1994; Pierce et al., 1997
