补充HMB可经由mTOR通道刺激大鼠骨骼肌肥大

1、補充HMB可經由mTOR通道刺激大鼠骨骼肌肥大報告學生：涂君瑋報告日期：2011.03.10-Hydroxy- -methylbutyrate (HM ) supplementation stimulates skeletal muscle hypertrophy in rats via the mTOR pathway. Pimentel et al. Nutrition & Metabolism 2011, 8:11前言 白胺酸： 刺激骨骼蛋白合成。 減緩蛋白質水解。 可代謝為HMB。 HMB： 抗分解代謝物。 降低因運動壓力、癌症、充血性心臟衰竭、敗血病和愛滋病所產生的肌肉萎縮。

2、(Hider RC, et al., 1969; Nissen S, et al., 1996; Caperuto EC, et al., 2007)前言 HMB最佳劑量：3g/day，效果優於1.5g/day。(Zanchi NE, Gerlinger-Romero F, Guimares-Ferreira F, et al., 2010) HMB可由KIC轉胺而成。 人體：約有5%白胺酸可轉化為HMB。 70公斤：0.2-0.4g HMB/day。 HMB為透過飲食而產生的蛋白質。(Wilson GJ, Wilson JM, Manninen AH, 2008)前言 評估HMB對類風濕性關

3、節炎、愛滋病及肌肉損傷指標結果 生化指標呈現。(Marcora S, et al., 2005; Paddon-Jones D, et al., 2001; Wilson JM, et al., 2009) HMB對骨骼肌的影響多。 HMB對周邊組織(脂肪組織及肝臟)的影響少。 肝臟的蛋白質合成與HMB的補充有關。(Holecek M, Muthny T, Kovarik M, et al., 2009) HMB文獻大部分都是配合運動或其他分解代謝進行研究。研究目的 補充HMB對骨骼肌肥大，包含胰島素訊息在內的蛋白質表現量有何影響。方法_實驗動物 威斯達大鼠14隻(male)。 年齡：8 -

4、9週大。 體重：200 - 250g。 餵食低脂飼料且水量不限制。 日夜循環各12小時。 恆溫：221。 恆濕：605%。 本實驗在一週環境適應期後實施。方法_HMB的補充 以胃導管(管飼法)餵食HMB。 劑量：320mg/kg BW，放入1ml水中稀釋。 每日餵食時間固定(在光照期)。 餵養一個月，直到大鼠3-4個月大。方法_血糖及血脂測量 口服HMB後15-18小時、空腹12小時後。 動物以斷頭方式進行安樂死。 採取血液，將血清樣本存放於-80冰箱。 Labtest kits 空腹血糖、總膽固醇、 HDL-c及TG濃度。 樣本以酵素法(Enzymatic Method)分析。方法_血糖及血

5、脂測量 LDL-c和VLDL-c： 以Friedwald公式計算 LDL-c = total cholesterol-(HDL-c)-(TG/5) VLDL = TG/5(Friedewald T, Levy RI, Frederickson DS, 1972) LDL-c子集合是良好的氧化LDL-c預測因子，用以下公式計算 LDL-c = TG/HDL-c(Tsimihodimos V, Gazi I, Kostara C, et al., 2007)方法_荷爾蒙濃度 血清空腹胰島素、睪固酮和腎上腺皮質酮以ELISA方式定量。 胰島素的ELISA kit Millipore corp. 睪固

6、酮及腎上腺皮質酮kit Assay designs, Inc.方法_以西方墨點法分析蛋白質 取伸趾長肌、腹膜後脂肪組織及肝組織 均質於1.5ml的緩衝液中 加熱至沸騰10分鐘 萃取液以轉速12000rpm於4離心40分鐘 移除不可溶解的物質。方法_以西方墨點法分析蛋白質 將蛋白質加入含有二硫蘇糖醇的Laemmli sample buffer中 加熱至沸騰5分鐘 放入10% SDS-PAGE膠體內 將蛋白質以電子轉移方式從膠體轉至硝化棉上 在Bio-Rad semi-dry transfer電泳槽中以固定15V電壓跑1小時。 非特異蛋白質結合至硝化棉會在環境22 2小時的blocking buf

7、fer中降低。方法_以西方墨點法分析蛋白質 硝化棉模分別加入抗體 phospho-p70S6K、phospho-Akt、 mTOR、GLUT-4、Akt/PKB或 AMPK、p70S6K、IR(insulin receptor)和 -tubulin等抗體(Santa Cruz)。方法_以西方墨點法分析蛋白質 在4環境隔夜，以blocking buffer稀釋並加入1%牛血清蛋白(BSA)，之後加入過氧化物酶結合二級抗體1小時。 特定帶會以化學發光進行檢測，以RX軟片膜曝光，以自動射線照相術、利用光學密度測定來定量。統計分析 GraphPad Prism statistics software

8、package version 5.0 for Windows。 meanSEM。 Kolmogorov-Smirnov test 進行常態標準化。 student-t test 比較兩組差異。 p0.05為顯著。結果_身體質量結果_血糖、血脂、血清賀爾蒙及肝臟總脂質含量6%245%48.7%65%結果_肌肉蛋白質分析 (EDL)429.2%470%結果_包含葡萄糖攝入的蛋白質表現量及胰島素訊息傳遞272%討論 本研究結果： 補充HMB 增加mTOR表現量。 增加EDL中p70S6K磷酸化。 提昇空腹血糖及睪固酮/腎上腺皮質酮比值。 降低空腹葡萄糖及血清中腎上腺皮質酮。 過去研究指出白胺酸及H

9、MB可刺激骨骼肌蛋白合成並活化骨骼肌mTOR通道，在肝細胞亦同。討論 本研究中 HMB組可增加mTOR蛋白濃度並活化p70S6K，這與EDL骨骼肌肌肉質量增加有關。 相同結果 異型接合基因小鼠比起野生型小鼠，腓長肌質量及蛋白質合成在mTOR降低時大量下降。(Lang CH, Frost RA, Bronson SK, et al., 2010) 可總結，不只活性，mTOR濃度對骨骼肌質量調節也有重要影響。 相反結果 未觀察到補充HMB後EDL及比目魚肌有蛋白質合成增加的狀況，但有蛋白質降解降低的情形。(Ostaszewski P, Kostiuk S, Balasinska B, et al.

10、, 2000; Holecek M, Muthny T, Kovarik M, et al., 2009)討論 本研究結果： AMPK表現量並未發現兩組有所差異，但其對肌肉蛋白質合成的調節是很重要的。 並未發現EDL的Akt/PKB通道有所改變。 推測補充HMB增加骨骼肌蛋白質質量是直接藉由mTOR表現量增加，而非由於Akt/PKB的磷酸化。 然而，過去有些研究提到，Akt/PKB活性增加亦可能誘發骨骼肌肥大。 (Lai KM, Gonzalez M, Poueymirou WT, et al., 2004; Izumiya Y, Hopkins T, Morris C, et al., 20

11、08)討論 推測mTOR/p70S6K的活化在補充後可持續數小時，故分子分析是在口服HMB 15-18小時後進行。 研究指出，mTOR峰值及胰島素訊號反應會出現在餐後1-3小時。 (Norton LE, Layman DK, Bunpo P, et al., 2009) 在補充HMB 15-18小時及隔夜進食後測量，有可能錯過一些訊息。 HMB在補充後的立即影響和胰島素訊號等延伸因子，可做為未來研究目標。討論 本研究探討藉由HMB在細胞內訊號通道所誘導的蛋白質合成增加。 荷爾蒙的分泌也非常重要，可能對某些組織的蛋白質合成增加與代謝有重大影響。 本研究觀察到增加胰島素濃度可能與mTOR濃度增加及

12、p70S6K磷酸化增加有關。 沒有直接數據可以解釋這個想法，且現今研究亦不支持空腹胰島素濃度(高於基準值)可刺激mTOR/p70S6K通道的說法。討論 本研究發現HMB可增加mTOR/p70S6K通道訊號且提升蛋白質合成與肌肉肥大。 蛋白質合成通道非常多。 其他重要蛋白質(ex. eIF4E/2B)可能影響肌肉肥大。討論 荷爾蒙控制合成代謝/分解代謝通道： 對胰島素、睪固酮有幫助。 對抗骨骼肌中醣皮質類固醇賀爾蒙(glucocorticoid hormones)的合成代謝。 補充HMB後： 低濃度血清腎上腺皮質酮。 高睪固酮/腎上腺皮質酮比值。 有助於骨骼肌肥大。討論 蛋白質含量豐富的飲食 增

13、加蛋白質合成。 減低蛋白質降解。 補充HMB後 可降低腎上腺皮質酮。 提升胰島素濃度，對降低空腹血糖有幫助。(Olza J, Mesa MD, Poyatos RM, et al., 2010) 補充白胺酸後可改善葡萄糖體內恆定。(Guo K, Yu YH, Hou J, et al., 2010)討論 在表2中，肝臟脂質濃度並無變化。 與血清脂質濃度變化不大是一致的。 有些研究指出，HMB代謝成HMG-CoA後，在某些組織可再重新合成膽固醇，包含在肝臟。 (Nissen SL, Abumrad NN, 1997; Holecek M, Muthny T, Kovarik M, et al., 2009) 然而，這樣的結論是備受爭議的。討論 補充HMB： 增加血清膽固醇濃度。 (Holecek M, Muthny T, Kovarik M, et al., 2009) 降低LDL-c。 (Nissen SL, Abumrad NN, 1997) 增加EDL及比目魚肌的骨骼肌質量。 總體重、脂肪質量或肝臟重並無變化。 其他體脂肪的脂肪堆積大小，像是內臟脂肪可能會有變化。 補充HMB的影響在週邊組織並沒有被積極研究。 補充白胺酸可增加肝臟蛋白質含量。(Pedrosa RG, Donato J, Pires IS, et al., 2010) 長期補充HMB