ME Research UK, 3 april 2015
In de historische literatuur was het belangrijkste kenmerk van myalgische encefalomyelitis (ME) spiervermoeidheid, vaak als reactie op een geringe mate van inspanning. Spierkrampen, fasciculaties (spiertrekkingen) en extreem gevoelige spieren kwamen ook vaak voor. Zoals Dr. Melvin Ramsay zei in de Postgraduate Medical Journal in 1978 “Dit was soms duidelijk als de patiënten huiverden bij zelfs lichte palpatie van de getroffen spier, maar veel vaker nam het de vorm aan van minuscule gebieden van spiergevoeligheid die zorgvuldig gezocht moesten worden in de trapeziusspier en gastrocnemius spier.” Vandaag de dag benadrukken patiënten met de diagnose ME/CVS vaak het belang van perifere vermoeidheid – zoals vermindering van spierkracht – in hun beleving van de ziekte.
Onderzoek bij andere ziekten heeft gewezen op belangrijke biologische mechanismen die ten grondslag lijken te liggen aan spiervermoeidheid. Sinds 2006 heeft ME Research UK pilootfinanciering voorzien voor veel verschillende projecten aan de Universiteit van Newcastle om de rol van deze mechanismen in ME/CVS te onderzoeken (zie onderzoeksprogramma’s). In een van deze studies toonden magnetische resonantie beelden van perifere spieren (een scantechniek die kijkt naar de manier waarop de spier werkt) belangrijke afwijkingen in de verwerking van melkzuur in de spieren – wat suggereert dat de opstapeling van melkzuur tijdens inspanning bij ME/CVS-patiënten mogelijk te wijten is aan een defect van de spiercellen en hun functie. Om deze en ander interessante paden te verkennen, kent ME Research UK verder fondsen toe in 2009 aan Prof. David Jones en Prof. Julia Newton om in vitro studies uit te voeren op basis van primaire analyse en cultuur van spiercellen (myocyten) afkomstig van ME/CVS-patiënten en gezonde controles volgens de bestaande technieken gebruik makende van bestaande myocyt cellijnen. De eerste wetenschappelijke publicatie van deze reeks onderzoeken is net gepubliceerd in het tijdschrift PLoS ONE (download de publicatie) en het is zeker fascinerend, doch gecompliceerd, om te lezen.
Voor deze experimenten hebben de auteurs culturen van geïsoleerde spierweefselcellen onderzocht (verkregen via naaldbiopsie van de vastus lateralis spier) van 10 ME/CVS-patiënten en 7 controles van dezelfde leeftijd. Er werd gedurende maximaal 24u Elektrische Puls Stimulatie (EPS) toegepast om een ‘inspanningsoefening’ te simuleren door het opwekken van samentrekkingen in de gecultiveerde myotubes, zodat het effect van ‘inspanning’ rechtstreeks op de cellen zelf waargenomen kon worden. Zoals de onderzoekers opmerkten, is het voordeel om spiercelculturen te gebruiken dat “ze onderworpen zijn aan dezelfde gestandaardiseerde condities, zodat eventuele verschillen die ontstaan tussen de culturen van de patiënten en controles veranderingen zullen weerspiegelen…in de in cultuur gebrachte cellen”, eerder dan de vele intra-persoonlijke of intra-groepsverschillen die klinische studies kunnen compliceren.
De belangrijkste bevindingen waren dat, in vergelijking met de niet-gestimuleerde cellen, de culturen van de gezonde controlegroep significant verhoogde gehaltes van AMP-geactiveerde proteïne kinase (AMPK) fosforylering en glucose-opname hadden na een volledige 16 uur van ‘inspanning’ gestimuleerd door EPS, terwijl culturen van ME/CVS-patiënten geen dergelijke stijgingen vertoonden. Bovendien was de afgifte van interleukine 6 (IL-6) (die betrokken is bij inflammatie of ontsteking) als respons op EPS, significant gereduceerd bij ME/CVS in vergelijking met de celculturen van de controles. Tot slot was de expressie van myogenin (die de ontwikkeling en het herstel van de skeletspier coördineert) zelfs zonder ‘inspanning’ hoger in spiercelculturen van ME/CVS-patiënten dan in de culturen van de controles.
De twee gevonden defecten in de gecultiveerde skeletspiercellen van ME/CVS-patiënten – verminderde activatie van AMPK en verminderde stimulatie van glucose-opname – zijn bijzonder intrigerend. Het feit dat ME/CVS-culturen niet in staat waren om de hoeveelheid glucose-opname als respons op ‘inspanning’ te verhogen, weerspiegelt waarschijnlijk de verminderde activering van AMPK, een complex enzym. Alle levende cellen moeten een hoge ratio van ATP t.o.v. ADP handhaven om te kunnen overleven. In dierlijke cellen worden ADP en fosfaat omgezet in ATP (te vergelijken met het opladen van een batterij), terwijl cellulaire processen hun energie verkrijgen door ATP om te zetten in ADP en fosfaat (de batterij ontladen). De verhoudingen van deze energie vereisende processen in de cel zijn bijna perfect in balans, en deze balans wordt bereikt door gesofisticeerde regulerende systemen in de cellen. Het AMPK-systeem speelt een belangrijke rol hierin als een sensor voor de cellulaire energiestatus. Zoals de auteurs opmerken, wijst het gebrek van AMPK-activering tijdens ‘inspanning’ in de spiercellen van ME/CVS op een spierafwijking op het niveau van AMPK (die normaal gezien geactiveerd wordt tijdens spiercontractie) of in andere regulerende enzymen verderop in de biochemische pathway, en ze zijn van plan om deze ook te onderzoeken met behulp van het experimentele in vitro spiersysteem die ze reeds ontwikkeld hebben.
Algeheel wijst het bewijs van deze belangrijke studie op een inspanningsgerelateerde, primaire afwijking in de spieren van ME/CVS-patiënten die, omdat het waargenomen werd in gecultiveerde geïsoleerde spiercellen, mogelijk een genetische of epigenetische basis heeft. Zonder twijfel spannende resultaten.
En er is een interessant slot aan dit verhaal. In 2003 was ME Research UK gastheer van een Workshop op de Universiteit van Dundee waarin een van de sprekers Professor Grahame Hardie van Wellcome Trust Biocentre was. Zijn lezing ging over “Management van cellulaire energie door AMPK” (download het rapport), en hij eindigde met de woorden “Studies over spieren waaronder het werk over patiënten met de ziekte van McArdle die een typische geschiedenis van inspanningsintolerantie en myoglobinurie hebben, hebben aangetoond dat ontregeling van de pathways waarin AMPK betrokken is, een factor is die kan bijdragen aan spiervermoeidheid. Terwijl het te vroeg is om een directe rol van AMPK-ontregeling te veronderstellen in de pathogenese van ME/CVS, zouden onderzoekers in deze ziekte aangemoedigd moeten worden om deze mogelijkheid te overwegen.” Deze resultaten van het team aan de Universiteit van Newcastle suggereren dat zijn reactie van al die jaren terug inderdaad vooruitziend waren.
Samenvatting van de gepubliceerde studie
Afwijkingen van AMPK activatie en glucose opname in gecultiveerde skeletspiercellen van patiënten met chronisch vermoeidheidssyndroom
Brown AE, Jones DJ, Walker M, Newton JL
Instituut
Institute of Cellular Medicine, William Leech Building, Medical School, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, United Kingdom
Tijdschrift
PLoS ONE 2015 April 2; 10(4): e0122982.
Financiering
Dit onderzoek werd gesteund door ME Research UK en door het National Institute for Health Research (NIHR) Newcastle Biomedical Research Centre gevestigd in Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust en Newcastle University.
Achtergrond
Post-exertionele spiervermoeidheid is een hoofdkenmerk van chronisch vermoeidheidssyndroom (CVS). Er werden afwijkingen van de skeletspierfunctie geïdentificeerd in sommige maar niet alle patiënten met CVS. Om te proberen de potentiële verwarrende factoren die mogelijk bijdragen aan deze klinische heterogeniteit te beperken, hebben we een nieuw in vitro systeem ontwikkeld die vergelijking toelaat van AMP kinase (AMPK) activering en metabole responsen op inspanning in gecultiveerde skeletspiercellen van CVS-patiënten en controlepersonen.
Methoden
Er werden celculturen van skeletspieren gekweekt van 10 personen met CVS (nvdr: die voldoen aan de Fukuda criteria) en 7 controles van dezelfde leeftijd, en werden onderworpen aan Elektrische Puls Stimulatie (EPS) gedurende 24 uur en onderzocht op veranderingen die gepaard gaan met inspanning.
Resultaten
In de basale toestand vertoonden CVS-culturen verhoogde myogenin expressie maar verlaagde IL-6 secretie tijdens differentiatie in vergelijking met de controleculturen. Controleculturen onderworpen aan 16 uur EPS vertoonden een significante stijging in zowel AMPK fosforylering als glucose-opname in vergelijking met ongestimuleerde cellen. CVS-culturen daarentegen vertoonden geen stijging in AMPK fosforylering of glucose-opname na 16 uur EPS. Niettemin bleef de glucose-opname responsief op insuline in de CVS-cellen wat wijst op een inspanningsgerelateerd defect. IL-6 secretie in respons op EPS was significant verminderd bij CVS tegenover de controle culturen op alle gemeten tijdstippen.
Conclusie
EPS is een effectief model om spiercontractie en metabole veranderingen geassocieerd met inspanning, uit te lokken in gecultiveerde skeletspiercellen. We hebben vier belangrijke verschillen gevonden in de gecultiveerde skeletspiercellen van personen met CVS:
- Verhoogde myogenin expressie in de basale staat
- Verminderde activering van AMPK
- Verminderde stimulatie van glucose-opname en
- Verminderde vrijgave van IL-6.
De instandhouding van deze verschillen in gecultiveerde spiercellen van CVS-patiënten wijst op een genetisch/epigenetisch mechanisme, en biedt een systeem om nieuwe therapeutische targets te identificeren.
Hoe citeren?
Brown AE, Jones DE, Walker M, Newton JL (2015) Abnormalities of AMPK Activation and Glucose Uptake in Cultured Skeletal Muscle Cells from Individuals with Chronic Fatigue Syndrome. PLoS ONE 10(4): e0122982. doi:10.1371/journal.pone.0122982
© Vertaling ME-gids. Dank aan Pauliene voor de correctie.
Toelichting door Frank Twisk:
Het einde van psychosociale verklaringsmodellen. Newton: werking spiercellen in ME/CVS verstoord.
