Muscle NAD+ depletion and Serpina3n as molecular determinants of murine cancer cachexia – the effects of blocking myostatin and activins

Abstract

Syöpäkakeksia on patofysiologialtaan vielä suurelta osin tuntematon, monitekijäinen aineenvaihdunnallinen sairaus, jossa paino ja lihaskudoksen määrä laskevat. Kakeksia vaikuttaa suuren osaan syöpäpotilaista lisäten heidän kuolleisuuttaan ja heikentäen elämänlaatua. Eläinmalleilla lihaskadon estäminen kokeellisella hoidolla, aktiviinireseptorin salpauksella, on parantanut selviytymistä ja vähentänyt lihasmassan katoa, vaikka syöpä itsessään ei ole parantunut. Tutkimuksemme tavoitteena oli selvittää tämän hoidon vaikutusmekanismi, sillä se on tällä hetkellä vielä epäselvää.

Tutkimuksessa hiirille injektoitiin suolistosyöpäsoluja (C26) selän rasvakudokseen, mikä aiheuttaa pahanlaatuisen kasvaimen muodostumisen ja nopean lihaskadon. Hiirille annettiin kokeellista hoitoa yhdisteellä, joka estää lihasmassan kasvua rajoittavien proteiinien, aktiviinien ja myostatiinien, kiinnittymistä niiden solureseptoreihin. Havaitsimme laajoissa proteiinianalyyseissa akuutin faasin reaktion, erityisesti Serpina3n-proteiinin, lisääntymisen ja lihaksen mitokondrioiden energiaa tuottavan oksidatiivisen fosforylaation (OXPHOS) komponenttien määrän vähentyneen syöpäryhmässä. Niinpä analysoimme tarkemmin mitokondrioiden aktiivisuutta histokemiallisesti in situ ja määritimme mitokondrioiden energiantuotantoreaktioissa toimivan elintärkeän kofaktorin, nikotiiniamidiadeniinidinukleotidin (NAD+), pitoisuuksia lihaskudoksessa. Mitokondrioaktiivisuus in situ oli osittain heikentynyt syöpäryhmässä, jossa myös NAD+:n ja sen metaboliitin NADH:n määrät vähentyivät. Lisäksi havaitsimme voimakkaan laskun NAD+-biosynteesiin osallistuvan geenin, Nrk2:den ilmaantumisessa. Proteiineista Serpina3n määrä korreloi selkeimmin painonlaskuun, mutta se paljastui ennemmin hoitamattoman kakeksian kuin yleisen lihasmassan biomarkkeriksi. Serpina3n-määrä yhdistyi myös Nrk2:den ilmentymiseen, joka viittaisi yhteyteen lihaksen Nrk2-ekspressiossa ja tulehduksen säätelyssä akuutin faasin reaktion kautta. Aktiviinireseptorin salpauksella pystyimme korjaamaan NAD+-aineenvaihdunnan häiriötä ja lieventämään OXPHOS-muutoksia.

Osoitimme tässä tutkimuksessa ensimmäistä kertaa, että syöpäkakeksian taustalla on NAD+-aineenvaihdunnan häiriö ja että aktiviinireseptorien salpauksella voidaan lihaskadon estämisen lisäksi parantaa NAD+-tasoja. Vielä ei tiedetä, vaikuttaako tämä kokeellinen hoito suoraan vai välillisesti NAD+-aineenvaihduntaan. Tulevaisuudessa olisi lisäksi tärkeä tutkia Nrk2:den roolia syöpäkakeksiassa ja selvittää, voidaanko NAD+-esiasteita käyttää syöpäkakeksian hoitona.