タバコの煙にさらされたマウスの磁気共鳴分光法による骨格筋の生体エネルギー欠損の早期検出

Early detection of skeletal muscle bioenergetic deficit by magnetic resonance spectroscopy in cigarette smoke-exposed mice.

• Sandra Pérez-Rial
• Esther Barreiro
• María Jesús Fernández-Aceñero
• María Encarnación Fernández-Valle
• Nicolás González-Mangado
• Germán Peces-Barba

抄録

骨格筋の機能不全は慢性閉塞性肺疾患（COPD）患者の一般的な合併症であり、重要な予後因子である。それは下肢の内在性筋異常と関連しているが、その存在を容易に予測する方法があるかどうかは知られていない。慢性的なタバコの煙への暴露のマウスモデルを使用して、我々は、磁気共鳴分光法は、肺疾患の初期段階での筋肉の生体エネルギー赤字を検出することができるという仮説を検証しました。我々は、アデノシン三リン酸（ATP）の合成速度を評価し、肺気腫性マウスの腓腹筋で同時にミトコンドリアのダイナミクスパターンを特徴付けるために、この技術を採用した。肺気腫マウスの腓腹筋のミトコンドリア動態パターンを明らかにするために、線維型組成、クエン酸合成酵素（CtS）およびチトクロームc酸化酵素サブユニットIV（COX4）の酵素活性を評価した。その結果、タバコの煙に暴露したマウスの遠位骨格筋でATP合成速度が低下していることがわかった。肺炎マウスでは、腓腹筋のCtS活性が有意に増加したため、体重増加、総繊維の断面積、COX4とCtS活性の比が有意に減少した。これらのデータは、肺疾患の初期段階では、骨格筋のATP合成の低下を検出することができるという仮説を支持していますが、その一部は高い酸化性ミトコンドリア酵素活性によって引き起こされています。これらの知見は、ミトコンドリアをCOPDの合併症の治療のための潜在的な治療ターゲットとして配置するだけでなく、肺疾患の初期段階での骨格系の生体エネルギーの欠如の存在を予測するために関連している可能性があります。

Skeletal muscle dysfunction is a common complication and an important prognostic factor in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). It is associated with intrinsic muscular abnormalities of the lower extremities, but it is not known whether there is an easy way to predict its presence. Using a mouse model of chronic cigarette smoke exposure, we tested the hypothesis that magnetic resonance spectroscopy allows us to detect muscle bioenergetic deficit in early stages of lung disease. We employed this technique to evaluate the synthesis rate of adenosine triphosphate (ATP) and characterize concomitant mitochondrial dynamics patterns in the gastrocnemius muscle of emphysematous mice. The fibers type composition and citrate synthase (CtS) and cytochrome c oxidase subunit IV (COX4) enzymatic activities were evaluated. We found that the rate of ATP synthesis was reduced in the distal skeletal muscle of mice exposed to cigarette smoke. Emphysematous mice showed a significant reduction in body weight gain, in the cross-sectional area of the total fiber and in the COX4 to CtS activity ratio, due to a significant increase in CtS activity of the gastrocnemius muscle. Taken together, these data support the hypothesis that in the early stage of lung disease, we can detect a decrease in ATP synthesis in skeletal muscle, partly caused by high oxidative mitochondrial enzyme activity. These findings may be relevant to predict the presence of skeletal bioenergetic deficit in the early stage of lung disease besides placing the mitochondria as a potential therapeutic target for the treatment of COPD comorbidities.