Вісник Львівського університету. Серія біологічна

М’язова тканина становить значний відсоток маси тіла, а її метаболізм впливає практично на всі системи організму. Незважаючи на досить велику кількість фізіологічних спостережень, які підтверджували необхідність регулярних фізичних навантажень для збереження здоров’я, молекулярні механізми такого впливу довший час залишалися невстановленими. Дослідження останніх років підтвердили, що скелетні м›язи є ендокринним органом, який продукує широкий спектр біорегуляторів, синтез і екскреція котрих стимулюються під час фізичних навантажень. Багато факторів, які опосередковують метаболічні та фізіологічні реакції у м’язах та інших органах, були ідентифіковані й названі міокінами. Найбільш вивченими міокінами на сьогоднішній день є інтерлейкіни (IL- 6, LIF, IL-4, IL-7, IL-8, та IL-15), міостатин, міонектин (CTRP15), ірисин, фактор росту фібробластів 21 (FGF21), нейротрофічний фактор мозку (BDNF), інсуліноподібний фактор росту-1 (IGF-1), фолістатиноподібний білок-1 (FSTL-1), декорин і SPARC (остеонектин). Більшість міокінів здійснюють свою дію через паракринні та/або аутокринні шляхи регуляції всередині м›язів, а багато з них також діють як ендокринні агенти – через лімфу і кров. Біологічна активність міокінів реалізується через модуляцію активності загальних глобальних регуляторних механізмів, таких як сигнальні каскади SMAD, p38/MAPK, Erk1/2 MAPK, PI3K/Akt/GSK-3β, cAMP/Akt, AMPK-залежна регуляція, шлях передачі сигналів JNK. Водночас міокіни задіяні у регуляції активності міогенних транскрипційних факторів MyoD, myf5, міогеніну та низки протеїнів, залучених у сенсингу і транспорті глюкози та жирних кислот. Міокіни відіграють одну з головних ролей у взаємодії між скелетними м’язами, печінкою, кістковою та жировою тканинами. Вони підвищують чутливість тканин до інсуліну та задіяні у регуляції важливих метаболічних процесів, таких як вуглеводний, білковий і ліпідний обміни. Міокіни відіграють значну роль у регуляції таких процесів як міогенез, остеогенез, термогенез, ліполіз, ріст і поділ клітин м’язової та нервової тканин, васкуляризація тощо. З огляду на те, що експресія міокінів індукується скороченням м›язів, вивченняїх дає змогу розкрити молекулярні механізми реалізації позитивних ефектів фізичних навантажень. Подальші дослідження міокінів і механізмів їхньої дії необхідні для розробки персоніфікованих програм і рекомендацій в ерготерапії, лікувальній фізичній культурі та лікарському контролі занять фізкультурою і спортом.

Гащишин В. Р., Параняк Н. М., Тимочко-Волошин Р. І. та ін. Запальні процеси та роль стовбурових клітин у регенерації мікропошкоджень структури скелетних м'язів під час фізичної реабілітації // Спортивна медицина, фізична терапія та ерготерапія. 2022. № 1. С. 121-129. https://doi.org/10.32652/spmed.2022.1.121-129

Adhikary S., Choudhary D., Tripathi A. K. et al. FGF‐2 targets sclerostin in bone and myostatin in skeletal muscle to mitigate the deleterious effects of glucocorticoid on musculoskeletal degradation // Life Sciences. 2019. Vol. 229. Р. 261-276. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2019.05.022

Ahsan M., Garneau L., Aguer C. The bidirectional relationship between AMPK pathway activation and myokine secretion in skeletal muscle: How it affects energy metabolism // Front Physiol. 2022. Vol. 13. Р. 10408-09. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.1040809

Aoi W., Naito Y., Takagi T. et al. A novel myokine, secreted protein acidic and rich in cysteine (SPARC), suppresses colon tumorigenesis via regular exercise // Gut. 2013. Vol. 62(6). Р. 882-9. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2011-300776

Arany Z., Foo S. Y., Ma Y. et al. HIF-independent regulation of VEGF and angiogenesis by the transcriptional coactivator PGC-1alpha // Nature. 2008. Vol. 451(7181). Р. 1008-12. https://doi.org/10.1038/nature06613

Boström P., Wu J., Jedrychowski M. P. et al. A PGC1-α-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis // Nature. 2012. Vol. 481(7382). Р. 463-8. https://doi.org/10.1038/nature10777

Brekken R. A., Sage E. H. SPARC, a matricellular protein: at the crossroads of cell-matrix communication // Matrix Biol. 2001. Vol. 19(8). Р. 816-27. https://doi.org/10.1016/S0945-053X(00)00133-5

Broholm C., Mortensen O. H., Nielsen S. et al. Exercise induces expression of leukaemia inhibitory factor in human skeletal muscle // J. Physiol. 2008. Vol. 586(8). Р. 2195-201. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2007.149781

Brondani L. A., Boelter G., Assmann T. S. et al. Irisin - encoding gene (FNDC5) variant is associated with changes in blood pressure and lipid profile in type 2 diabetic women but not in men // Metabolism: Clinical and Experimental. 2015. Vol. 64(9). Р. 952-957. https://doi.org/10.1016/j.metabol.2015.05.005

Chan M. H. S., Carey A. L., Watt M. J. et al. Cytokine gene expression in human skeletal muscle during concentric contraction: evidence that IL-8, like IL-6, is influenced by glycogen availability // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2004. Vol. 287(2). Р. 322-7. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00030.2004

Chang Y. H., Tsai J. N., Chen T. L. et al. Interleukin-4 Promotes Myogenesis and Boosts Myocyte Insulin Efficacy // Mediators Inflamm. 2019. Vol. 2019:4182015. Р. 1-14. https://doi.org/10.1155/2019/4182015

Chen W., Wang L., You W., Shan T. Myokines mediate the cross talk between skeletal muscle and other organs // J. Cell Physiol. 2021. Vol. 236(4). Р. 2393-2412. https://doi.org/10.1002/jcp.30033

Chow L. S., Gerszten R. E., Taylor J. M. et al. Exerkines in health, resilience and disease // Nat Rev Endocrinol. 2022. Vol. 18(5). Р. 273-289. https://doi.org/10.1038/s41574-022-00641-2

Danielson K. G., Fazzio A., Cohen I. et al. The human decorin gene: intron-exon organization, discovery of two alternatively spliced exons in the 5' untranslated region, and mapping of the gene to chromosome 12q23 // Genomics. 1993. Vol. 15(1). Р. 146-60. https://doi.org/10.1006/geno.1993.1022

Das D. K., Graham Z. A., Cardozo C. P. Myokines in skeletal muscle physiology and metabolism: Recent advances and future perspectives // Acta Physiol (Oxf). 2020. Vol. 228(2). Р. 133-67. https://doi.org/10.1111/apha.13367

Delezie J., Weihrauch M., Maier G. et al. BDNF is a mediator of glycolytic fiber-type specification in mouse skeletal muscle // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2019. Vol. 116(32). Р. 16111-16120. https://doi.org/10.1073/pnas.1900544116

Frydelund-Larsen L., Penkowa M., Akerstrom T. et al. Exercise induces interleukin-8 receptor (CXCR2) expression in human skeletal muscle // Exp. Physiol. 2007. Vol. 92(1). Р. 233-40. https://doi.org/10.1113/expphysiol.2006.034769

Furmanczyk P. S., Quinn L. S. Interleukin-15 increases myosin accretion in human skeletal myogenic cultures // Cell Biol. Int. 2003. Vol. 27(10). Р. 845-51. https://doi.org/10.1016/S1065-6995(03)00172-0

Gaussin V., Depre C. Myostatin, the cardiac chalone of insulin-like growth factor-1 // Cardiovasc Res. 2005. Vol. 68. Р. 347-349. https://doi.org/10.1016/j.cardiores.2005.09.007

Gomarasca M., Banfi G., Lombardi G. Myokines: The endocrine coupling of skeletal muscle and bone // Adv. Clin. Chem. 2020. Vol. 94. Р. 155-218. https://doi.org/10.1016/bs.acc.2019.07.010

Görgens S. W., Eckardt K., Jensen J. et al. Exercise and Regulation of Adipokine and Myokine Production // Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 2015. Vol. 135. Р. 313-36. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2015.07.002

Hamrick M. W. The skeletal muscle secretome: an emerging player in muscle-bone crosstalk // Bonekey Rep. 2012. Vol. 1(60). Р. 1-5. https://doi.org/10.1038/bonekey.2012.60

Hashchyshyn V., Tymochko-Voloshyn R., Paraniak N. et al. Regeneration of Skeletal Muscle Fibers and Regulation of Myosatellitocytes Metabolism // Cytol. Genet. 2022. Vol. 56. Р. 253-260. https://doi.org/10.3103/S0095452722030033

Haugen F., Norheim F., Lian H. et al. IL-7 is expressed and secreted by human skeletal muscle cells // Am J Physiol Cell Physiol. 2010. Vol. 298(4). Р. 807-16. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00094.2009

Hoffmann C., Weigert C. Skeletal Muscle as an Endocrine Organ: The Role of Myokines in Exercise Adaptations // Cold Spring Harb Perspect Med. 2017. Vol. 7(11):a029793. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a029793

Huh J. Y. The role of exercise-induced myokines in regulating metabolism // Arch. Pharm. Res. 2018. Vol. 41(1). Р. 14-29. https://doi.org/10.1007/s12272-017-0994-y

Inoue K., Fujie S., Horii N. et al. Aerobic exercise training-induced follistatin-like 1 secretion in the skeletal muscle is related to arterial stiffness via arterial NO production in obese rats // Physiol Rep. 2022. Vol. 10(10):e15300. https://doi.org/10.14814/phy2.15300

Izumiya Y., Bina H. A., Ouchi N. et al. FGF21 is an Akt-regulated myokine // FEBS Lett. 2008. Vol. 582(27). Р. 3805-10. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2008.10.021

Jensen L., Bangsbo J., Hellsten Y. Effect of high intensity training on capillarization and presence of angiogenic factors in human skeletal muscle // J. Physiol. 2004. Vol. 557 (Pt 2). Р. 571-82. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2003.057711

Jørgensen L. H., Jepsen P. L., Boysen A. et al. SPARC Interacts with Actin in Skeletal Muscle in Vitro and in Vivo // Am J Pathol. 2017. Vol. 187(2). Р. 457-474. https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2016.10.013

Kainulainen H., Papaioannou K.G., Silvennoinen M. et al. Myostatin/activin blocking combined with exercise reconditions skeletal muscle expression profile of mdx mice // Mol. Cell Endocrinol. 2015. Vol. 399. Р. 131-142. https://doi.org/10.1016/j.mce.2014.10.001

Kanzleiter T., Rath M., Gorgens S. W. et al. The myokine decorin is regulated by contraction and involved in muscle hypertrophy // Biochem Biophys Res Commun. 2014. Vol. 450(2). Р. 1089-1094. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2014.06.123

Khalafi M., Alamdari K. A., Symonds M. E. et al. Impact of acute exercise on immediate and following early post-exercise FGF-21 concentration in adults: systematic review and meta-analysis // Hormones (Athens). 2021. Vol. 20(1). Р. 23-33. https://doi.org/10.1007/s42000-020-00245-3

Kwon J. H., Moon K. M., Min K. W. Exercise-Induced Myokines can Explain the Importance of Physical Activity in the Elderly: An Overview // Healthcare (Basel). 2020 Vol. 8(4). Р. 378. https://doi.org/10.3390/healthcare8040378

Lafreniere J. F., Mills P., Bouchentouf M., Tremblay J. P. Interleukin-4 improves the migration of human myogenic precursor cells in vitro and in vivo // Exp Cell Res. 2006. Vol. 312(7). Р. 1127-41. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2006.01.002

Le Moal E., Pialoux V., Juban G. et al. Redox Control of Skeletal Muscle Regeneratio // Antioxid Redox Signa. 2017. Vol. 27(5). Р. 276-310. https://doi.org/10.1089/ars.2016.6782

Mazur-Bialy A. I., Kozlowska K., Pochec E. et al. Myokine irisin - induced protection against oxidative stress in vitro. Involvement of heme oxygenase-1 and antioxidazing enzymes superoxide dismutase-2 and glutathione peroxidase // J Physiol Pharmacol. 2018. Vol. 69(1). Р. 117-125. https://doi.org/10.26402/jpp.2018.1.13

McPherron A. C., Lawler A. M., Lee S. J. Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-beta superfamily member // Nature. 1997. Vol. 387. Р. 83-90. https://doi.org/10.1038/387083a0

Milewska M., Domoradzki T., Majewska A. et al. Interleukin-8 enhances myocilin expression, Akt-FoxO3 signaling and myogenic differentiation in rat skeletal muscle cells // J Cell Physiol. 2019. Vol. 234(11). Р. 19675-19690. https://doi.org/10.1002/jcp.28568

Muñoz-Cánoves P., Scheele C., Pedersen B. K., Serrano A. L. Interleukin-6 myokine signaling in skeletal muscle: a double-edged sword? // FEBS J. 2013. Vol. 280(17). Р. 4131-48. https://doi.org/10.1111/febs.12338

Neirijnck Y., Papaioannou M. D., Nef S. The Insulin/IGF System in Mammalian Sexual Development and Reproduction // Int J Mol. Sci. 2019. Vol. 20(18). Р. 4440. https://doi.org/10.3390/ijms20184440

Nielsen A. R., Mounier R., Plomgaard P. et al. Expression of interleukin-15 in human skeletal muscle - effect of exercise and muscle fibre type composition // J Physiol. 2007. Vol. 584. Р. 305-312. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2007.139618

Norheim F., Raastad T., Thiede B. et al. Proteomic identification of secreted proteins from human skeletal muscle cells and expression in response to strength training // Am J Physiol Endocrinol Metab. 2011. Vol. 301(5). Р. 1013-21. https://doi.org/10.1152/ajpendo.00326.2011

Otaka N., Shibata R., Ohashi K. et al. Myonectin Is an Exercise-Induced Myokine That Protects the Heart From Ischemia-Reperfusion Injury // Circ Res. 2018. Vol. 123(12). Vol. 1326-1338. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.118.313777

Pedersen B. K., Febbraio M. A. Muscles, exercise and obesity: skeletal muscle as a secretory organ // Nat Rev Endocrinol. 2012. Vol. 8(8). Р. 457-65. https://doi.org/10.1038/nrendo.2012.49

Pedersen B.K., Steensberg A., Fischer C. et al. Searching for the exercise factor: is IL-6 a candidate? // J Muscle Res Cell Motil. 2003. Vol. 24(2-3). Р. 113-9. https://doi.org/10.1023/A:1026070911202

Perakakis N., Triantafyllou G. A., Fernández-Real J. M. et al. Physiology and role of irisin in glucose homeostasis // Nat Rev Endocrinol. 2017. Vol. 13(6). Р. 324-337. https://doi.org/10.1038/nrendo.2016.221

Prokopchuk O., Liu Y., Wang L. et al. Skeletal muscle IL-4, IL-4Ralpha, IL-13 and IL-13Ralpha1 expression and response to strength training // Exerc Immunol Rev. 2007. Vol. 13. Р. 67-75. PMID: 18198661

Quinn L. S., Anderson B. G., Strait-Bodey L. et al. Oversecretion of interleukin-15 from ske­letal muscle reduces adiposity // Am J Physiol Endocrinol Metab. 2009. Vol. 296(1). Р. 191-202. https://doi.org/10.1152/ajpendo.90506.2008

Raschke S., Eckardt K., Bjørklund Holven K. et al. Identification and validation of novel contraction-regulated myokines released from primary human skeletal muscle cells // PLoS One. 2013. Vol. 8(4):e62008. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0062008

Raschke S., Eckel J. Adipo-myokines: two sides of the same coin--mediators of inflammation and mediators of exercise // Mediators Inflamm. 2013. Vol. 2013. Р. 1-16. https://doi.org/10.1155/2013/320724

Ryan A. S., Li G., Blumenthal J. B., Ortmeyer H. K. Aerobic exercise + weight loss decreases skeletal muscle myostatin expression and improves insulin sensitivity in older adults // Obesity (Silver Spring). 2013. Vol. 21(7). Р. 1350-6. https://doi.org/10.1002/oby.20216

Safdar A., Saleem A., Tarnopolsky M. A. The potential of endurance exercise-derived exosomes to treat metabolic diseases // Nat Rev Endocrinol. 2016. Vol. 12. Р. 504-517. https://doi.org/10.1038/nrendo.2016.76

Sakuma K., Yamaguchi A. The recent understanding of the neurotrophin's role in skeletal muscle adaptation // J Biomed Biotechnol. 2011. Vol. 2011. Р. 1-12. https://doi.org/10.1155/2011/201696

Sartori R., Gregorevic P., Sandri M. TGFβ and BMP signaling in skeletal muscle: potential significance for muscle-related disease // Trends Endocrinol Metab. 2014. Vol. 25(9). Р. 464-71. https://doi.org/10.1016/j.tem.2014.06.002

Schnyder S., Handschin C. Skeletal muscle as an endocrine organ: PGC-1α, myokines and exercise // Bone. 2015. Vol. 80. Р. 115-125. https://doi.org/10.1016/j.bone.2015.02.008

Seldin M. M., Peterson J. M., Byerly M. S. et al. Myonectin (CTRP15), a novel myokine that links skeletal muscle to systemic lipid homeostasis // J Biol Chem. 2012. Vol. 287(15). Р. 11968-80. https://doi.org/10.1074/jbc.M111.336834

Serrano A. L., Baeza-Raja B., Perdiguero E. et al. Interleukin-6 is an essential regulator of satellite cell-mediated skeletal muscle hypertrophy // Cell Metab. 2008. Vol. 7(1). Р. 33-44. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2007.11.011

Severinsen M. C. K., Pedersen B. K. Muscle-Organ Crosstalk: The Emerging Roles of Myo­kines // Endocr Rev. 2020. Vol. 41(4). Р. 594-609. https://doi.org/10.1210/endrev/bnaa016

Yu T., Chang Y., Gao X. L., Li H., Zhao P. Dynamic Expression and the Role of BDNF in Exercise-induced Skeletal Muscle Regeneration // Int J Sports Med. 2017. Vol. 38(13). Р. 959-966. https://doi.org/10.1055/s-0043-118343

Zhang J., Muri J., Fitzgerald G. et al. Endothelial Lactate Controls Muscle Regeneration from Ischemia by Inducing M2-like Macrophage Polarization // Cell Metab. 2020. Vol. 31(6). Р. 1136-1153. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2020.05.004

Zhu J., Li Y., Shen W. et al. Relationships between Transforming Growth Factor-β1, Myostatin, and Decorin // J Biol Chem. 2007. Vol. 282(35). Р. 25852-25863. https://doi.org/10.1074/jbc.M704146200