Envolvimento muscular em modelo experimental de osteoartrite

Abstract

Base teórica: A osteoartrite é uma doença crônica cuja principal característica é a degradação progressiva da cartilagem articular. Além do acometimento articular, frequentemente, os pacientes com osteoartrite apresentam fraqueza e atrofia dos músculos periarticulares. Apesar disso, os mecanismos moleculares envolvidos na perda muscular relacionada à osteoartrite não são conhecidos. Os principais mecanismos já estudados, em outras condições, estão relacionados ao aumento da degradação e à redução da síntese de proteínas musculares e a déficits na ativação das células-satélite, responsáveis pela regeneração muscular. A miostatina, um importante regulador negativo do crescimento da massa muscular, estimula o aumento da degradação e a redução da síntese de proteínas musculares. Por outro lado, MyoD e miogenina, são marcadores de proliferação e de diferenciação de células-satélite, respectivamente. Objetivos: Investigar os mecanismos moleculares envolvidos na perda muscular em um modelo animal de osteoartrite induzida por transecção do ligamento cruzado anterior em ratas. Métodos: Ratas Wistar fêmeas foram alocadas em dois grupos: OA (submetidas à cirurgia de transecção do ligamento cruzado anterior do joelho direito) e SHAM (submetidas à cirurgia fictícia do joelho direito). Durante o período experimental de 12 semanas foram avaliados, semanalmente, o peso corporal e a locomoção exploratória espontânea. Após a eutanásia, foram coletadas as articulações do joelho direito para confirmação do desenvolvimento da doença. Os músculos gastrocnêmio, tibial-anterior e sóleo, da pata posterior direita, foram dissecados, pesados e congelados. O músculo gastrocnêmio foi utilizado para a avaliação da atrofia muscular, através da análise da área seccional da miofibra, e para análise da expressão proteica de miostatina, MyoD e miogenina. Resultados: A locomoção exploratória espontânea, o peso corporal e o peso dos músculos gastrocnêmio, tibial-anterior e sóleo não apresentaram diferença significativa entre os grupos OA e SHAM. A histopatologia da articulação do joelho confirmou o desenvolvimento da doença nos animais do grupo OA. A área do músculo gastrocnêmio demonstrou redução de aproximadamente 10% no grupo OA, em comparação com o grupo SHAM. O grupo OA apresentou aumento na expressão proteica de miostatina e redução na expressão proteica de miogenina. A expressão proteica de MyoD não apresentou diferença entre os grupos. Conclusão: A atrofia do músculo gastrocnêmio presente na osteoartrite induzida por transecção do ligamento cruzado anterior envolve aumento na expressão de miostatina e redução na expressão de miogenina. Nesse modelo, a perda muscular pode estar relacionada à proteólise induzida pelos níveis aumentados de miostatina e ao déficit na diferenciação das células-satélite devido à redução na expressão de miogenina.

Background: Osteoarthritis is a chronic joint disease primarily characterized by cartilage loss. In addition to joint impairment, patients with osteoarthritis often suffer from weakness and atrophy of the periarticular muscles. However, the molecular mechanisms involved in osteoarthritis-related muscle wasting are not known. The main mechanisms studied, in other conditions, are related to increased degradation and reduced synthesis of muscle protein and to deficits in the activation of satellitecells, which are responsible for muscle regeneration. Myostatin, an important negative regulator of muscle growth, stimulates the increase of degradation and the reduction of synthesis of muscle protein. Moreover, MyoD and myogenin are markers of proliferation and differentiation of satellite-cells, respectively. Objective: To investigate the pathways involved in muscle wasting in a model of osteoarthritis induced by anterior cruciate ligament transection (ACL) in rats. Methods: Female Wistar rats were allocated into two groups: OA (submitted to the ACL transection) and SHAM (submitted to surgical procedures without ACL transection). The spontaneous exploratory locomotion and the body weight of animals were evaluated weekly. In the twelfth week after the induction of disease, animals were euthanized and the right knee joints were collected for further confirmation of the disease by histopathology. Gastrocnemius, tibialis-anterior and soleus muscles from right hind paw were dissected, weighed and frozen. Gastrocnemius was used for evaluation of muscle atrophy, by cross-sectional area measurement, and protein expression of myostatin, MyoD and myogenin. Results: Spontaneous exploratory locomotion, body weight and weight of muscles showed no difference between OA and SHAM groups. The histopathology of the knee joints confirmed the development of the disease in animals from OA group. Gastrocnemius area of animals from OA group had a reduction of about 10% compared to animals from SHAM group. Protein expression of myostatin was increased in animals from OA group, while myogenin expression was decreased. MyoD expression was similar in both OA and SHAM groups. Conclusion: Gastrocnemius atrophy in osteoarthritis induced by ACL transection involves increased protein expression of myostatin and decreased protein expression of myogenin. In this model, muscle wasting may be linked to myostatininduced proteolysis and to deficits in satellite-cell differentiation due to decreased expression of myogenin.