Comprendre la croissance musculaire: IGF-1, TNF-α, IL-15 & Co. et leur rôle émergeant sur l’axe auto-immune/endocrinien dans l’hypertrophie du muscle squelettique

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L'inflammation est un processus nécessaire à la croissance musculaire

Le mot «inflammation» déclenche des associations d’idées qui empêchent une compréhension appropriée de la complexité de la réponse immunitaire «inflammatoire» qui est d’une importance vitale pour reconstruire le tissu musculaire.

Juste pour m’assurer que je ne vais pas vous diriger sur une autre digression, encore une fois, je vais reprendre de suite où je vous ai laissé dans le dernier opus des réflexions sur la « croissance musculaire » car je vous avais promis d’examiner de plus près la relation complexe entre l’inflammation induite par l’exercice et l’élévation du facteur de croissance analogue à l’insuline (IGF-1) spécifique au muscle avec ses variantes d’épissage dont le facteur de croissance mécanique 1 (MGF-1). Avant que nous regardions comment l’un influence l’autre, nous devrons déjà établir une compréhension cohérente du phénomène de «l’inflammation». Bien qu’il soit sur toutes les lèvres, celui-ci est généralement mal compris et/ou confondu avec «l’oxydation». C’est un peu comme pour l’oxydation des substances «inflammables» que vous avez très souvent rencontré sous la forme de l’image (concrète ou imagée) du feu ou de la rouille.

Qu’est-ce que l’inflammation ? Est-ce un bon ou un mauvais principe ?

Si nous nous basons simplement sur notre compréhension quotidienne de l’inflammation, nous passerons totalement à côté de la véritable signification d’un réseau très complexe de processus biologiques, certains scientifiques qualifiant de manière maladroite le terme (d’) « inflammation », qui n’est pas en rapport avec les processus destructifs liés au « feu » pour de nombreux, mais en aucun cas dans tous les cas, du processus oxydatif lui-même, mais approprié, ou, comme dans le cas des réactions auto-immunes, de réactions physiologiques inappropriées à celui-ci. Que cette réaction trompeuse de vos cellules immunitaires soit « appropriée » et donc saine ou « inappropriée » et donc préjudiciable, dépend de toute une série de facteurs parmi lesquels la distinction entre l’inflammation chronique subclinique et les réponses inflammatoires aiguës est probablement la plus importante.

Stress et saillance des exercices

Illustration 1: Relation théorique entre la courbe hormétique biphasique et la saillance de l’exercice (Nunn 2010 tableau 1)

Alors que les scientifiques pensent qu’un niveau d’inflammation chronique faible ou élevé est à l’origine de presque toutes les maladies modernes, la réaction inflammatoire aiguë aux véritables sources de stress serait le moteur de ces processus d’adaptation hormonaux à propos desquels Alistair V. Nunn et ses collègues de l’Impérial College of London écrivent que leur «déclin […] dans notre vie quotidienne peut conduire à une augmentation du tonus inflammatoire subclinique systémique, à une diminution de la flexibilité métabolique et à la suppression du « facteur mélioratif » engendré par l’exercice» et ainsi préparer à l’obésité, au syndrome métabolique, au diabète, aux maladies vasculaires et même au cancer » (Nunn, 2010). De là, il semble cohérent de la part des chercheurs d’exiger ceci:

  • Que cela vous semble agréable ou pas, une vie longue et saine doit nécessairement inclure l’exposition régulière à une certaine quantité de stress environnemental de manière occasionnelle et cela inclut le jeûne, des changements de température, les polyphénols et l’exercice. Même s’il est entendu que l’intelligence humaine nous permet désormais de supprimer la plupart des facteurs de stress, le bon sens pourrait nous suggérer de réintroduire certains d’entre eux.

Et tandis que je pourrais incontestablement entrer plus en détails sur le concept de l’hormèse en soulignant son importance fondamentale pour notre santé, il s’agit surtout ne pas perdre de vue l’intention réelle de cet article sur la compréhension de la croissance musculaire, qui est d’élucider la relation complexe entre la réponse inflammatoire locale à l’exercice, l’expression intramusculaire de l’IGF-1 et de ses variantes d’épissage en rapport à l’augmentation de la masse et de la force du muscle squelettique induites par l’exercice.

La réponse de l’IGF-1 à l’inflammation aiguë

Contrairement à ce que vous avez pu tirer d’une lecture superficielle de la littérature sur les « dangers » du facteur de croissance analogue à l’insuline « promoteur de la croissance » et donc potentiellement cancérogène, ni le polypeptide mature de 70 acides aminés de l’IGF-1 ni aucune de ses variantes d’épissage ne sont en eux mêmes, et hors d’eux-mêmes, cancérigènes. C’est l’effet de stimulation de la croissance (voir l’encadré gris clair) qu’ils exercent sur les tissus cibles via des interactions avec leurs récepteurs de l’IGF-1 respectifs qui favoriseront la croissance et la prolifération de toutes sortes de cellules, dont les cellules cancéreuses, et qui est responsable de leur mauvaise réputation.

 

 
IGF 1 et récepteurs cellulaires

Image 2: L’IGF-1 en soi n’est pas un facteur de croissance qui « engraisse » mais cela serait plutôt dû à une résistance cellulaire à l’IGF-1 (récepteurs).

Saviez-vous qu’une étude réalisée en 2008 par un groupe de scientifiques de l’Université de Leipzig en Allemagne a montré que l’effet «promoteur de croissance» de l’IGF-1 sur les adipocytes serait négligeable. L’effet de ce dernier sur l’expression systémique de l’IGF-1 via un feedback négatif, serait en revanche assez profond (Klöting 2008). En fait, ce n’est pas l’IGF-1, mais son absence, ou devrais-je dire, son incapacité à activer le récepteur IGF-R désactivé chez des souris qui serait la cause sous-jacente des deux augmentations statistiquement significatives du poids corporel, du taux de graisse et du poids des organes, ainsi que des niveaux sériques d’IGF-1 élevés de 20%. Situation physiologique similaire aux effets d’engraissement de l’insuline pour son cousin structurel (voir insuline vs facteur de croissance analogue à l’insuline dans l’épisode précédent), ce n’est donc pas l’expression physiologique de l’IGF-1, mais son incapacité à déclencher les cascades de signalisation cellulaire nécessaires et une rétroaction négative qui pourrait être au cœur des perturbations métaboliques qui vont souvent de pair avec des taux élevés d’IGF-1 circulant.

 

 

 

 

 

Dans ce contexte, les résultats passionnants d’une méta-analyse réalisée par Claudio Franceschi et ses collègues sur les gènes impliqués dans l’étiologie de la longévité me viennent à l’esprit (Franceschi 2005):

  • Une étude longitudinale a récemment montré que des femmes âgées ayant des taux sériques bas d’IGF-I et des taux sériques élevés d’IL-6 présentent le plus haut risque d’invalidité et de mortalité, en comparaison avec des femmes ayant de faibles taux d’IL-6 et des taux élevés d’IGF-1 (Cappola et al., 2003). Un tel effet bénéfique du niveau élevé de l’IGF-1 sérique chez les personnes âgées est en contraste apparent avec les données rapportées ci-dessus montrant que les taux plasmatiques réduits d’IGF-I sont associés à la longévité (Bonafè et al., 2003b). Afin de concilier cette discordance apparente, on peut supposer que la diminution de l’IGF-1 plasmatique observée chez les nonagénaires et les centenaires pourrait minimiser le risque de cancer chez ces sujets en réduisant une stimulation mitogène généralisée. Le prix à payer serait la fragilité et la réduction massive de la force musculaire, deux caractéristiques très communes chez ces personnes très âgées.

Avec ce lien entre la surexpression de la cytokine inflammatoire interleukine 6 (IL-6) et la faible, ou insuffisante expression de l’IGF-1 chez les personnes âgées, nous voici retournés à notre question initiale: De quelle manière l’inflammation et l’expression de l’IGF-1 vont-ils de pair ?

 

 
Les citokines sont des messagers cellulaires

Image 3: Contrairement à Hermès, le messager grec des dieux, les cytokines ne présentent pas ce côté pernicieux; leur diffamation est injuste.

Bien que ce ne soit certainement pas une bonne idée de résumer un phénomène aussi complexe que la libération de molécules de signalisation et la réponse conséquente du système immunitaire sous le terme d’«inflammation», le nom «cytokine» est en fait tout à fait approprié au contexte exprimé.

En effet, les mots grecs –cyto, pour « cellule » et –kinos, pour « mouvement », désignent les conséquences exactes de la libération des molécules de signalisation respectives: ils induisent un effet sur les cellules qui, dans le cas des « cytokines inflammatoires », sont des cellules immunitaires.

La diffamation contemporaine de toutes les cytokines « inflammatoires » est cependant injustifiée ! Voudriez-vous tenir responsable le type qui prend les appels sur la ligne de secours quant au départ d’un incendie (réaction immunitaire nécessaire) ou du déclenchement d’une autre alarme de nuisance (réaction auto-immune indésirable) ?

 

 

 

 

Un indice très important nous oriente dans la bonne direction. Il provient d’une étude réalisée en 2007 par Pelosi et al. (Pelosi 2007), qui a analysé le processus de régénération du tissu musculaire squelettique subit suite à des blessures. Les scientifiques ont analysé l’expression différentielle des deux principales cytokines inflammatoires TNF-alpha et IL-1-bêta, qui à son tour déclenche la libération de l’IL-6 susmentionnée (interleukine beaucoup mieux connue) dans le muscle squelettique (Luo. 2003) en réponse à l’injection de cartiotoxine (CTX) chez des souris standards et des souris sauvages génétiquement modifiées pour surexprimer spécifiquement le mIGF-1 (NdTmuscle-restricted insulin-like growth factor-1) dans des myofibres différenciées (MLC/mIGF-1).

 

 

IGF 1 inflammation et croissance musculaire

Tableau 1: Expression différentielle (relative au maximum) des TNF-alpha et IL-1b après injection musculaire à des souris de type sauvage et des souris de type MLC/IGF1 au cours des 10 jours de récupération (données adaptées de Pelossi. 2007).

 

Comme le montrent les données du Tableau 1, l’expression plus élevée de mIGF-1 (le «m-» indique une production autocrine: l’IGF-1 est produit directement au niveau du muscle squelettique) chez les souris génétiquement modifiées conduit à une amélioration statistiquement significative de l’expression des cytokines pro-inflammatoires, impliquées dans le recrutement des monocytes et des macrophages.

Une «anomalie» que vous aurez probablement remarquée concerne l’augmentation soudaine du marqueur inflammatoire au jour 5 après la blessure. A vrai dire, je ne saurais pas non plus si vous êtes familier avec le terme «douleur musculaire profonde» mais l’augmentation de «l’inflammation» me rappelle certainement le sentiment que j’ai tendance à avoir à chaque fois que j’ai abusé du squat. Savez-vous de quoi je parle ? Ce sentiment étrange de douleur crampes dans les quadriceps qui tend à apparaître juste au moment où vous pensiez que la douleur diminuait ? Chose intéressante, cette apparition soudaine de l’inflammation qui est d’ailleurs totalement absente chez les souris MLC/mIGF1, va de pair avec le pic d’une autre cytokine moins connue et qui porte le nom (révélateur) de Facteur d’Inhibition de la migration des Macrophages ou MIF. Cela contraste avec la réponse MIF chez les souris MLC/mIGF-1 où:

  • la régulation négative significative des MIF à 5 jours après l’injection de cartiotoxine dans le muscle MLC/mIGF-1 blessé peut faciliter l’émigration de pools cellulaires qui s’infiltrent, conduisant à une résolution rapide de la réponse inflammatoire.

Ces effets facilitateurs, ou plutôt dés-inhibiteurs, que l’IGF-1 semble exercer vis-à-vis du «lock-out» des macrophages bloqués par les MIF permettent une «restauration rapide du muscle transgénique mIGF-1 lésé», alors que Pelosi et al. ont trouvé que cela…

  • pouvait être associé avec le remodelage des tissus connectifs et une récupération rapide de leurs propriétés fonctionnelles

Ceci nous montre que le mIGF1 autocrine via son effet modulateur sur la réponse inflammatoire et sa capacité (connexe) de réduire la formation de fibrose musculaire « va créer un environnement qualitativement différent afin de soutenir une régénération et une réparation musculaire plus efficace » (Pelosi., 2007).

 

Traitement à base de facteurs de croissance de la tendinopathie

Image 4: L’administration locale de plasma riche en plaquettes (et facteur de croissance) est une stratégie de traitement reconnue pour les blessures musculaires et les maladies articulaires dégénératives chroniques comme la tendinopathie.

Saviez-vous qu’une étude de 2006 de l’Université de Melbourne a montré que le transfert du gène IGF-1 au muscle lésé (qui serait comparable à l’expression du gène mIGF-1 autocrine discuté dans le paragraphe précédent), ainsi que de l’administration de l’IGF-1 systémique par pompe mini-osmotique à 1,5 mg/kg/jour permettait de déclencher une « récupération fonctionnelle accélérée » dans les muscles antérieurs de souris artificiellement blessées au tibia antérieur ?

L’injection de plasma riche en plaquettes, avec divers facteurs de croissance, dans le tissu musculaire lésé est déjà pratiquée par de nombreux médecins travaillant avec des athlètes de compétition (Creany, 2007) . Cette méthode pourrait représenter une stratégie thérapeutique prometteuse pour d’autres pathologies non musculaires comme la tendinopathie dégénérative chronique (Vos. 2010).

 

 

Si nous plaçons ces résultats dans un contexte un peu plus large, il devient clair que les cytokines inflammatoires libérées à la suite de lésions musculaires précipitent l’arrivée des macrophages et d’autres cellules immunitaires au niveau du tissu lésé. La production concomitante de mIGF-1 local facilite leur migration dans le muscle où ils augmentent la prolifération des cellules satellites (Merly, 1999) et aide à (re)construire (du nouveau) tissu musculaire (Chazaud, 2003). L’effet « améliorateur » de l’IGF-1 sur l’inflammation n’est donc nullement comparable à l’effet « améliorateur » que les pompiers exercent sur un incendie. L’IGF-1 ne fonctionne pas contre la réponse inflammatoire (rappelez-vous: dans 99% des cas, cette dernière est une réaction physiologique parfaitement saine et bénéfique à une agression externe sur votre organisme !), Ce processus fonctionne de concert avec les forces motrices de « inflammation », les monocytes, en « ouvrant la porte au muscle » pour rajeunir le pool de cellules satellites à partir duquel, à son tour, il se repose sur les cellules immunitaires lors de l’incorporation de ces cellules progénitrices dans le tissu musculaire existant.

L’importance émergente d’un axe endocrinien-immunitaire dans l’hypertrophie du muscle squelettique

Image 5: Les myotubes témoins (A) et traités à l’IL-15 (B); les noyaux sont colorés en jaune; Notez la largeur des myotubes dans le muscle traité par IL-15 (img. Quinn 2002)

Cette interaction complexe entre le système endocrinien (IGF) et le système immunitaire (monocytes), si caractéristique de notre compréhension émergente de la véritable complexité de la physiologie des mammifères, me rappelle la question de Trevor la semaine dernière. Trevor, qui a manifestement fait ses devoirs sur la «connexion IGF-1/cytokine», voulait connaître mes réflexions sur l’interleukine-15, l’une des cytokines «inflammatoires» les moins étudiées, mais qui semble jouer un rôle central dans l’accumulation de protéines motrices à chaîne lourde de myosine (MHC) (si vous ne l’avez pas déjà fait, vous pouvez déjà en savoir plus sur le rôle des protéines motrices dans la partie II de cet article sur la croissance musculaire). Déjà en 1995, un groupe de scientifiques de l’American Lake VA Medical Center publiait un article novateur (encore malheureusement largement négligé) sur le rôle de l’interleukine-15 dans la myogenèse du muscle squelettique (Quinn, 1995). Quinn et al. étaient pour la première fois en mesure de montrer que:

  • L’IL-15 utilisée à des concentrations de 10 ou 100 ng/ml augmente l’accumulation par cinq de la chaine lourde de myosine dans les cultures de myoblastes C2 et 2,5 fois dans les cultures myogéniques bovines primaires. De plus, les myotubes C2 formés en présence d’IL-15 sont apparus plus nombreux que pour les groupes de contrôle.

Fait intéressant, les chercheurs ont pu appréhender l’existence de l’interaction précédemment discutée entre le système endocrinien et le système immunitaire. Ils ont alors testé si cet effet dépendait de la présence de l’IGF-1:

 

Chaine lourde de myosine et Interleukine 15 impliquée dans l'hypertrophie musculaire

Tableau 2: Expression de chaînes lourdes de myosine (unités arbitraires) dans des cultures de muscle bovin après incubation avec IL-15 (dose en ng / ml), IGF-1 (dose en ng/ml) ou les deux (données adaptées de Quinn 1995).

 

 

D’après les données du tableau 2, il devient tout à fait évident que l’IL-15 présente plus qu’un effet facilitateur sur l’accumulation induite par l’IGF-1 de protéines motrices. Une étude de suivi réalisée en 2002 sur les myocytes de souris (Quinn 2002) et une étude de 2003 utilisant des cultures myogéniques de muscle squelettique humain (Quinn 2003) ont confirmé la validité de ces résultats initiaux.

Tableau 3: Expression de la chaîne lourde de la myosine, synthèse et dégradation protéique dans le muscle de rongeurs en réponse au traitement par l’IL-15 à différents niveaux de base d’IGF-1 (données adaptées de Quinn 2002)

 

Fait intéressant, l’effet synergique de l’IL-15 et de l’IGF-1 semble se limiter à l’accumulation de protéines motrices (voir tableau 3) et n’a que des effets marginaux sur la synthèse et la dégradation des protéines.

mTOR & Co, IGF-1, inflammation… et ensuite ?

Image 6: Le rôle des niveaux de testostérone naturellement atteignables pour l’accumulation du tissu musculaire maigre est-il surestimé ou non?

Avec la synthèse et la dégradation des protéines, nous sommes enfin revenus sur l’une des pierres angulaires de l’hypertrophie du muscle squelettique (voir Qu’est-ce que l’hypertrophie ?) article à partir duquel vous auriez dû apprendre quels sont les prérequis suffisants à une croissance musculaire durable. Sans l’IGF-1 médiée (NdT: local et par épissage) et, comme vous l’avez appris dans cette épisode concernant la (re) construction monocytaire (augmentation du nombre des myonuclei avec accumulation des protéines motrices) ni la structure sous-jacente du muscle, ni la réparation des dommages, ni la formation du nouveau tissu musculaire fonctionnel ne seraient possibles.

La question à laquelle nous devons encore répondre avant que nous puissions finalement intégrer l’ensemble de ces différentes voies dans un modèle qui nous permettrait de développer un régime d’entraînement, de nutrition et de supplémentation optimisés pour l’hypertrophie, concerne le rôle de la légendaire « Big T »: La testostérone ! sur laquelle nous devons encore faire la lumière. Alors restez avec moi et revenez (sur Espace Corps Esprit Forme !) pour la suite afin d’en savoir un peu plus sur le rôle réel de la principale hormone masculine dans le processus complexe de la croissance des muscles squelettiques.

Article SuppVersity original: Intermittent Thoughts on Building Muscle: IGF-1, TNF-α, IL-15 & Co and the Emerging Role of an Auto-/Endocrine-Immune Axis (…)

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Note: En entrant un peu plus dans le sujet, vous deviez certainement vous douter que la question des processus inflammatoires devait intervenir plus ou moins rapidement, et en toute logique, avec ou en parallèle à l’IGF-1. Vous deviez aussi vous douter qu’une déchirure (aussi microscopique qu’elle soit) entraînerait systématiquement une réaction du système immunitaire, raison pour laquelle nous avons pu croiser la route de certaines interleukines, ceci expliquant cela. Passage obligé après les questions de l’épissage de l’IGF-1 et autres cytokines ou myokines directement ou indirectement impliquées, nous reviendrons dans un domaine qui vous est peut-être un peu plus familier, celui de la testostérone, mais attendez-vous cependant à quelques surprises !

Eric Mallet

 

A propos de l'auteur

Passionné et pratiquant depuis plus de 20 ans, j'ai toujours porté un regard curieux sur le développement de la science des ergogènes et de la nutrition sportive. Diplômé des universités Lille 3 et Paris 7, je passe actuellement ma thèse en psychologie sur la question de la sublimation par la culture physique et la musculation. Espace Corps Esprit Forme est à considérer comme un blog de vulgarisation scientifique, destiné à aider le pratiquant tout en lui donnant des informations scientifiques utiles à sa pratique des sports de force.

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