Giảm cơ bắp là một tình trạng liên quan đến tuổi tác phổ biến được đặc trưng bởi sự suy giảm dần dần khối lượng cơ bắp, sức mạnh và chức năng. Thông thường, các cá nhân có thể bắt đầu phát triển các triệu chứng liên quan ở độ tuổi 40 và sau 75 tuổi, bệnh sẽ tăng tốc (Roubenoff&Hughes, 2000). Giảm cơ có ảnh hưởng đáng kể đến người cao tuổi và có thể dẫn đến khuyết tật, suy nhược và giảm chất lượng cuộc sống (Rong et al. 2020; Manrique-Espinoza et al. 2017). Nguyên nhân tiềm ẩn của căn bệnh này khá phức tạp và liên quan đến nhiều yếu tố. Rối loạn đường dẫn tín hiệu, đặc biệt là phá hủy cân bằng ty thể, có thể làm suy yếu khả năng sản xuất năng lượng của các tế bào cơ, có liên quan đến sự khởi đầu của giảm cơ (Boengler et al. 2017; Yin và cộng sự, 2021). Mặc dù giảm cơ có ảnh hưởng đáng kể đến dân số lớn tuổi, nhưng hiện tại không có can thiệp dược phẩm nào được phê duyệt dành riêng cho căn bệnh này. Điều này nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết phải tìm kiếm các cách khác để ngăn ngừa hoặc làm chậm sự tiến triển của giảm cơ.
"Histone beta-hydroxybutyrylation is critical in reversal of sarcopenia" (tạm dịch: Lịch sử beta-hydroxybutyrylation là phản biện của sarcopenia) được công bố trên tạp chí Aging Cell, thông qua nghiên cứu mô hình tuyến trùng và chuột đã phát hiện ra rằng axit beta-hydroxybutyrylate (β-HB) có thể gây ra histone beta-hydroxybutyrylation (Kbhb), tăng cường chức năng ty thể, từ đó cải thiện cơ bắp và chức năng vận động, cung cấp một hướng đi mới trong điều trị giảm cơ bắp.
Bối cảnh nghiên cứu:
Giảm cơ có liên quan đến lão hóa, dẫn đến giảm khối lượng và chức năng cơ bắp, và hiện tại thiếu thuốc hiệu quả. Các can thiệp như hạn chế calo (CR), chế độ ăn ketogenic (KD) và tập thể dục có thể làm giảm giảm cơ bắp và làm tăng mức beta-HB, nhưng vai trò của beta-HB trong đó vẫn chưa rõ ràng.
Nội dung nghiên cứu và kết luận:
Mối quan hệ giữa beta-HB và khối lượng cơ bắp: Phân tích dòng chuột BXD cho thấy khả năng sản xuất beta-HB có liên quan tích cực đến khối lượng cơ và giảm khả năng sản xuất beta-HB ở chuột, linh trưởng và con người khi chúng ta già đi.
2, Tác dụng của beta-HB đối với những thay đổi trong giảm cơ in vitro: Trong các thí nghiệm in vitro, beta-HB có thể ngăn ngừa sự suy giảm nồng độ protein myHC C2C12 gây ra bởi TNF-alpha và ức chế những thay đổi trong giảm cơ in vitro.
Tác dụng của beta-HB đối với chức năng cơ bắp và chất xơ ở chuột già: Bổ sung beta-HB cho chuột 23 tháng tuổi có thể tăng cường sức chịu đựng và phối hợp vận động, tăng trọng lượng và diện tích mặt cắt ngang của cơ ruột, cải thiện chức năng cơ bắp và cấu trúc sợi.
4, Ảnh hưởng của beta-HB đối với chức năng vận động của tuyến trùng lão hóa và tính toàn vẹn của sợi cơ: Trong các thí nghiệm tuyến trùng lão hóa, beta-HB phụ thuộc vào liều lượng để cải thiện chức năng vận động của nó, tăng mức protein myo3 trong sợi cơ và cải thiện tính toàn vẹn của sợi cơ.
Tác động của việc cải thiện khả năng sản xuất beta-HB nội sinh: HMGS-1, enzyme giới hạn tốc độ được tạo ra bởi beta-HB trong tuyến trùng biểu hiện quá mức, có thể cải thiện chức năng vận động của tuyến trùng lão hóa, cho thấy cải thiện khả năng sản xuất beta-HB nội sinh có thể giúp cải thiện giảm cơ.
6, ảnh hưởng của beta-HB đối với chức năng ty thể: beta-HB có thể tăng cường phiên mã gen liên quan đến ty thể, cải thiện tỷ lệ tiêu thụ oxy của ống cơ C2C12, cải thiện số lượng và hình thái ty thể của ty thể của giun tròn già, nâng cao chức năng ty thể.
7, Tác dụng của histone β-hydroxybutyration: β-HB gây ra sự gia tăng sửa đổi histone Kbhb trong ống cơ C2C12, kết quả ChIP-seq cho thấy rằng sửa đổi H3K9bhb làm tăng đáng kể sự làm giàu của các vị trí gen liên quan đến ty thể, ức chế p300 (histone Kbhb transferase) loại bỏ tác dụng điều chỉnh tăng của β-HB đối với biểu hiện gen liên quan đến ty thể, cho thấy rằng β-HB tăng cường phiên mã gen liên quan đến ty thể bằng cách gây ra sửa đổi biểu sinh phụ thuộc vào Kbhb.
8, Vai trò của histone Kbhb trong việc đảo ngược giảm cơ: Ức chế hoặc làm im lặng p300 loại bỏ tác dụng bảo vệ của beta-HB đối với biểu hiện MyHC của ống cơ C2C12, ức chế histone Kbhb cũng loại bỏ tác dụng cải thiện của beta-HB và HMGS-1 biểu hiện quá mức đối với chức năng vận động và cấu trúc sợi cơ trong các thí nghiệm tuyến trùng lão hóa, cho thấy histone Kbhb rất quan trọng trong việc đảo ngược giảm cơ của beta-HB.
9, Mối quan hệ của CR với histone Kbhb: Các can thiệp chế độ ăn uống CR được thực hiện trên chuột, được tìm thấy để làm giảm tỷ lệ khối lượng cơ thể và khối lượng chất béo, tăng tỷ lệ khối lượng nạc và khối lượng cơ xương tương đối, và tăng mức độ beta-HB, đồng thời tăng mức độ H3K9bhb và biểu hiện gen hạ lưu trong cơ xương của chuột, cho thấy tác dụng có lợi của CR đối với cơ xương và giảm cơ có thể đạt được một phần bằng cách tăng mức độ beta-HB và histone Kbhb.
Thiết bị được sử dụng trong thí nghiệm:
Kiểm tra máy chạy bộ
Thử nghiệm máy chạy bộ chuột sử dụng máy chạy bộ động vật nhỏ KW-PT (Công ty TNHH Công nghệ sinh học Nam Kinh Calvin), phía sau vành đai thể thao của máy chạy bộ được trang bị lưới tản nhiệt kim loại tích điện, nếu chuột ngừng chạy, lưới tản nhiệt sẽ gây sốc cho nó. Trong thử nghiệm, chuột được đặt trên máy chạy bộ với góc nghiêng ban đầu là 10 °. Tốc độ máy chạy bộ tăng dần, bắt đầu với tốc độ 8 m/phút, tăng lên 16 m/phút sau 10 phút, 24 m/phút sau 20 phút và dừng thử nghiệm sau 30 phút. Ghi lại số lượng cú sốc điện mà chuột nhận được trong thử nghiệm 30 phút và lập bản đồ mối quan hệ giữa khoảng cách chạy và thời gian kiệt sức.
Kiểm tra thanh xoay
Máy đo độ mỏi chuột được sử dụng trong thí nghiệm là loại KW-6C (Công ty TNHH Công nghệ Sinh học Nam Kinh Calvin), được trang bị bộ hẹn giờ tự động và cảm biến thả. Khi thử nghiệm, chuột được đặt trên máy quay, tốc độ ban đầu được đặt là 6 m/phút, sau đó tốc độ quay tăng dần với biên độ 2 m/phút cho đến khi chuột bị mệt mỏi. Ghi lại thời gian và khoảng cách mà con chuột bám vào que trước khi rơi xuống để đo lường sự phối hợp vận động và sức chịu đựng của chúng.
Đo độ bám
Sử dụng máy đo độ bám chuột KW-ZL-1, (Nanjing Calvin Biotechnology Co., Ltd.) để đánh giá độ bám chi trên của chuột. Trong bài kiểm tra, lấy đuôi chuột để nâng nó lên, hướng dẫn con chuột nắm lấy lưới chắc chắn được kết nối với máy đo lực kỹ thuật số, sau đó nhẹ nhàng kéo đuôi chuột về phía sau cho đến khi nó nới lỏng tay cầm, khi đọc lực kéo được hiển thị trên máy đo lực kỹ thuật số là lực cào. Mỗi con chuột được kiểm tra 5 lần liên tiếp để tính toán giá trị trung bình của lực bám tối đa (tính bằng gram) của cơ chi.
Giới hạn nghiên cứu và triển vọng:
Nghiên cứu có những hạn chế, chẳng hạn như các nghiên cứu ngắn hạn không thể đánh giá tác dụng phụ lâu dài của bổ sung beta-HB, kết quả thử nghiệm trên động vật cần được xác minh ở người và tác động của chế độ ăn uống, tập thể dục và sự khác biệt trao đổi chất cá nhân không được đánh giá đầy đủ. Trong tương lai cần triển khai nghiên cứu dài hạn, thí nghiệm lâm sàng để nghiên cứu sâu hơn về vai trò của beta - HB.