Διερεύνηση μηχανισμών φλεγμονής και αναγέννησης του ανθρώπινου σκελετικού μυός μετά από ασκησιογενή μυϊκή βλάβη

Abstract

INTRODUCTION: Exercise-induced muscle damage caused by eccentric exercise triggers a temporally coordinated sequence of inflammation, mitochondrial quality control and muscle tissue regeneration. However, the simultaneous in vivo mapping of these processes in humans remains limited. The aim of this doctoral thesis was to characterize in parallel the temporal evolution of inflammation, mitophagy and muscle regeneration mechanisms in human skeletal muscle following a standardized model of exercise-induced muscle damage.METHODS: Ten healthy adult males (aged 25.4 ± 1.6 years) performed an eccentric exercise protocol (2×25 maximal contractions) of the knee extensors. Sequential vastus lateralis biopsies were obtained (6 hours, 2, 5 and 15 days post-exercise) alongside bloodsampling. Assessments included clinical/functional indices (DOMS, muscle function), systemic biochemical markers (serum LDH, myoglobin, TAC, 8-OHdG, IL-6, IL-15) and local molecular markers in muscle tissue biopsies (IL-1β, IL-6, IL-8, TNFα, TGFβ, p-NFκB,AMPKα, p-ULK1, PINK1, Parkin, SQSTM1/p62, BNIP3L/NIX, LC3A/B, PGC1α, p-Stat3, p-Erk, Myogenin, p-Akt).RESULTS: Eccentric exercise-induced muscle damage was confirmed by functional and biochemical markers, with no significant changes being observed in TAC or 8-OHdG, indicating mechanical rather than oxidative muscle damage. At 6 hours, NF-κB wasactivated alongside with increased pro-inflammatory cytokine expression (IL-1β, IL-6, IL8, TNFα) in muscle, while systemic increase in IL-6 was subsequently followed by IL-15 elevation (day 5), implying the transition from the pro-inflammatory to the antiinflammatory phase of muscle regeneration. Mitochondrial quality control was characterized by AMPK/ULK1 axis activation (days 2–5), upregulation of mitophagy receptor BNIP3L/NIX (days 5–15), autophagy adaptor SQSTM1/p62 (day 5) and sustainedPGC1α overexpression (days 2–15), while the PINK1/Parkin pathway remained unchanged. The regenerative phase was marked by TGF-β upregulation (day 2), STAT3 activation and myogenin upregulation (days 2–5), and late p-Akt elevation (day 15).CONCLUSIONS: This study provides the first comprehensive human in vivo characterization of the temporal sequence of inflammation, receptor-mediated mitophagy and muscle regeneration following exercise-induced damage, revealing a functional linkbetween mitochondrial quality control and inflammatory resolution in muscle regeneration.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ: Η ασκησιογενής μυϊκή βλάβη που προκαλείται από έκκεντρη άσκηση ενεργοποιεί μια χρονικά ρυθμιζόμενη αλληλουχία φλεγμονής, ελέγχου ποιότητας των μιτοχονδρίων και αναγέννησης του μυϊκού ιστού. Ωστόσο, η ταυτόχρονη χαρτογράφηση αυτών των διεργασιών σε ανθρώπινο in vivo μοντέλο παραμένει περιορισμένη. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η παράλληλη διερεύνηση της χρονικής εξέλιξης μηχανισμών φλεγμονής, μιτοφαγίας και μυϊκής αναγέννησης στον ανθρώπινο σκελετικό μυ μετά από πρόκληση ασκησιογενούς μυϊκής βλάβης.ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ: Δέκα υγιείς ενήλικες άνδρες (ηλικίας 25,4 ± 1,6 ετών) εκτέλεσαν πρωτόκολλο έκκεντρης άσκησης (2×25 μέγιστες συστολές) των εκτεινόντων μυών του γόνατος. Ελήφθησαν διαδοχικές βιοψίες από τον έξω πλατύ μηριαίο μυ (6 ώρες, 2, 5 και 15 ημέρες μετά την άσκηση) με παράλληλη αιμοληψία. Αξιολογήθηκαν δείκτες κλινικοί/μυϊκής λειτουργίας (ΚΜΠ, μυϊκή λειτουργική ικανότητα), βιοχημικοί στη συστηματική κυκλοφορία (LDH, μυοσφαιρίνη, TAC, 8-OHdG, IL-6, IL-15 ορού) και μοριακοί σε επίπεδο μυϊκού ιστού (βιοπτικά μυϊκά ιστοτεμάχια) (IL-1β, IL-6, IL-8, TNFα, TGFβ, p-NFκB, AMPKα, p-ULK1, PINK1, Parkin, SQSTM1/p62, BNIP3L/NIX, LC3A/B, PGC1α, p-Stat3, p-Erk, Μυογενίνη,p-Akt).ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Η επαγόμενη από την έκκεντρη άσκηση μυϊκή βλάβη τεκμηριώθηκε μέσω λειτουργικών και βιοχημικών δεικτών, χωρίς σημαντικές μεταβολές σε TAC και 8-OHdG, υποδηλώνοντας βλάβη μηχανικής και όχι οξειδωτικής αιτιολογίας. Στις 6 ώρες μετά την άσκηση ενεργοποιήθηκε ο NF-κΒ με ταυτόχρονη αυξημένη έκφραση φλεγμονωδών κυτταροκινών (IL-1β, IL-6, IL-8, TNFα), ενώ η αύξηση της IL-6 στη συστηματική κυκλοφορία ακολουθήθηκε από αύξηση της IL-15 (5η ημέρα), υποδηλώνοντας τη μετάβαση από τη φλεγμονώδη στην αντιφλεγμονώδη φάση της μυϊκής αναγέννησης. Ο έλεγχος ποιότητας των μιτοχονδρίων χαρακτηρίστηκε από ενεργοποίηση του άξονα AMPK/ULK1 (2η–5η ημέρα), αύξηση των υποδοχέων αυτοφαγίας SQSTM1/p62 και μιτοφαγίας BNIP3L/NIX (5η–15η ημέρα) και παρατεταμένη υπερέκφραση του PGC1α (2η–15η ημέρα), ενώ η οδός PINK1/Parkin παρέμεινε αμετάβλητη. Η αναγεννητική φάση χαρακτηρίστηκε από αύξηση του TGF-β (2η ημέρα), ενεργοποίηση της STAT3 και αύξηση της έκφρασης της μυογενίνης (2η–5η ημέρα) και όψιμη σηματοδότηση της Akt (15η ημέρα).ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η παρούσα μελέτη χαρακτηρίζει για πρώτη φορά σε ανθρώπινο (in vivo) μοντέλο τη χρονική αλληλουχία φλεγμονής, μιτοφαγίας διαμεσολαβούμενης από υποδοχείς και μυϊκής αναγέννησης μετά από ασκησιογενή βλάβη, αναδεικνύοντας έναν λειτουργικό σύνδεσμο μεταξύ μιτοχονδριακής λειτουργίας και φλεγμονής στη μυϊκή αναγέννηση.