Myokine

Datei:Muscle-Organ Crosstalk (Myokine).jpg

Kommunikation zwischen Muskeln und Organen durch Myokine

Myokine sind hormonähnliche Botenstoffe, die von der Muskulatur der Säugetiere bei Bewegung und Kontraktion ausgeschüttet werden. Der Name leitet sich aus dem griechischen „Mys“: Muskel und „kinema“: Bewegung ab. Sie sind seit 2007 als Unterart der Interleukine (IL-x), zu den Zytokinen zählende Peptidhormone, eingestuft, d. h., sie sind als körpereigene Botenstoffe der Muskelzellen eingestuft. Ihre Entdeckung geht auf das Centre of Inflammation and Metabolism<ref>Centre of Inflammation and Metabolism: About CIM</ref>, Department of Infectious Diseases and Copenhagen Muscle Research Centre, Rigshospitalet, University of Copenhagen, Faculty of Health Sciences, in Dänemark zurück. Es werden über 600<ref>J. H. Lee, H. S. Jun: Role of Myokines in Regulating Skeletal Muscle Mass and Function. In: Frontiers in Physiology. Band 10, 2019, S. 42, doi:10.3389/fphys.2019.00042, PMID 30761018. </ref> verschiedene Arten angegeben, die nicht alle vollständig erforscht sind. Sie stellen ein aktuelles Forschungsgebiet der Zellbiologie dar.

Wirkung

Bisher sind Wirkungen auf Typ-II-Diabetes, das Herzkreislaufsystem, den Stoffwechsel und die Dehnbarkeit von Gefäßen bekannt.<ref>Christa Broholm, Matthew J. Laye, Claus Brandt, Radhika Vadalasetty, Henriette Pilegaard, Bente Klarlund Pedersen, Camilla Scheele: LIF is a contraction-induced myokine stimulating human myocyte roliferation. In: Journal of Applied Physiology. 2011;111:251-259. doi:10.1152/japplphysiol.01399.2010</ref><ref>Bente Klarlund Pedersen, Thorbjörn C. A. Åkerström, Anders R. Nielsen and Christian P. Fischer: Role of myokines in exercise and metabolism. (PDF; 69 kB) In: J Appl Physiol 103:1093-1098, 2007. doi:10.1152/japplphysiol.00080.2007</ref><ref>E. Wolsk, H. Mygind, T. S. Grøndahl, B. K. Pedersen, G. van Hall: IL-6 selectively stimulates fat metabolism in human skeletal muscle. In: American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. 2010;299:S. E832–E840, doi:10.1152/ajpendo.00328.2010. PMID 20823453.</ref><ref>C. Brandt, B. K. Pedersen: The role of exercise-induced myokines in muscle homeostasis and the defense against chronic diseases. In: Journal of biomedicine & biotechnology. Band 2010, 2010, S. 520258, ISSN 1110-7251. doi:10.1155/2010/520258. PMID 20224659. PMC 2836182 (freier Volltext). (Review).</ref>

Diese systemische Interaktion wird als Muscle-Organ-Crosstalk (Muskel-Organ-Kreuzdialog) bezeichnet, da die hochstoffwechselaktive Muskulatur durch die Myokinausschüttung endokrine, parakrine oder autokrine Effekte in weit entfernten Geweben auslöst<ref name="Severinsen2020"></ref>. Werden ähnliche hormonelle Botenstoffe durch Bewegung aus anderen Organen freigesetzt, spricht man übergreifend von Exerkinen<ref name="Chow2022"></ref>.

Spezifische Myokine und ihre Funktionen

Interleukin-6 (IL-6): IL-6 ist das am besten untersuchte Myokin und wird bereits bei moderater Alltagsbelastung wie ausdauerndem Gehen signifikant ausgeschüttet<ref name="Kistner2024"></ref>. Es fördert in der Erholungsphase nach dem Sport gezielt den Fettsäuretransport sowie die Fettakkumulation in der Muskulatur, ohne die Glykogenresynthese (das Auffüllen der Kohlenhydratspeicher) zu beeinträchtigen<ref name="Kistner2025"></ref>. Zudem kann muskuläres IL-6 in erhöhter Konzentration die Blut-Hirn-Schranke passieren und zentral den Appetit regulieren<ref name="Malandrino"></ref>. Es entfaltet ein starkes antientzündliches Profil, welches sich von dem in Ruhe produzierten, krankmachenden IL-6 unterscheidet. Letzteres wird als entzündungsförderndes Nicht-Myokin-IL-6 insbesondere vom Fettgewebe (Adipozyten) produziert und ausgeschüttet<ref name="Laube2023_Fett">W. Laube: Bewegungsmangel: Dekonditionierung, Krankheit, Schmerzen, Altern. Springer, Berlin/Heidelberg 2023, ISBN 978-3-662-67753-7, S. 242–243, 531, doi:10.1007/978-3-662-67753-7. </ref>.

Clusterin (CLU): Ein durch körperliche Aktivität stimuliertes Myokin, welches das Herz-Kreislauf-System schützt (beispielsweise vor schädlichen Umwelteinflüssen wie Feinstaub) und im Nervensystem antientzündlich wirkt, wodurch die kognitive Leistungsfähigkeit geschützt wird<ref name="Wu2023"></ref>.

Musclin und Osteonectin: Diese Botenstoffe reagieren unter anderem auf die Kombination aus Training und kalorienreduzierter Ernährung<ref name="Kysel2023"></ref>. Musclin wird durch Muskelaktivität angeregt und ist zentral für die Steigerung der physischen Ausdauerleistung, den Kraftzuwachs und die mitochondriale Biogenese<ref name="Kysel2023" />.

Interleukin-15 (IL-15) und Fibroblast Growth Factor 21 (FGF-21): Diese Myokine fördern die Fettoxidation, wirken einer mitochondrialen Dysfunktion entgegen und unterstützen die systemische Stoffwechselgesundheit sowie das Muskelwachstum<ref name="Zhang2023"></ref>.

Kommunikationsachsen (Crosstalks)

Der Informationsaustausch zwischen den Organen findet über hochspezifische Kommunikationswege statt:

Gehirn (Muscle-Brain-Crosstalk): Myokine wie Irisin, Cathepsin B (CatB), BDNF und Clusterin beeinflussen das Gehirn direkt<ref name="Zhang2023" />. Sie fördern das Nervenwachstum (Neurogenese) im Hippocampus, schützen kognitive Funktionen und dämpfen Entzündungsprozesse im Nervensystem<ref name="Wu2023" />.

Fettgewebe und Leber: Myokine wie Irisin und FGF-21 stimulieren die Umwandlung von weißem in wärmeerzeugendes braunes Fettgewebe (Browning) und kurbeln den Energieverbrauch an<ref name="Malandrino" />. IL-6 stimuliert zudem die Lipolyse in den Fettdepots und hilft der Leber, die Glukoseproduktion bei Belastung zu steuern<ref name="Malandrino" />.

Knochen (Muscle-Bone-Crosstalk): Die Muskulatur und das Skelett agieren als funktionelle Einheit und tauschen sich aus, um dem Muskel- und Knochenabbau (sarkopenische Adipositas) entgegenzuwirken<ref name="Zhang2023" />. Muskeln kommunizieren mit dem Knochen, während dieser über Osteokine (wie Osteocalcin) auf die muskulären Anpassungsprozesse einwirkt<ref name="Kysel2023" />

Bedeutung des biologischen Kontextes

Die gesundheitsfördernden Eigenschaften von Myokinen sind zwingend an den natürlichen physiologischen Auslöser der Muskelkontraktion gebunden<ref name="Laube2023_Fett" />. Das Doppelgesicht des Botenstoffs Interleukin-6 illustriert dies anschaulich: Während das bei körperlicher Belastung ausgeschüttete Myokin-IL-6 stark antientzündliche Eigenschaften besitzt, entfaltet das vom ruhenden Körper (beispielsweise von Fettzellen) produzierte Nicht-Myokin-IL-6 (insbesondere aus viszeralen Fett oder aus Immunzellen, z. B. Monozyten und Makrophagen) eine pro-entzündliche Wirkung<ref name="Laube2023_Fett" />. Dieses nicht-muskuläre IL-6 gilt als Schlüsselsubstanz bei chronischen Entzündungen, Makro- sowie Mikroangiopathien (wie Arteriosklerose) und onkologischen Pathologien. Eine künstliche, isolierte Zufuhr der Botenstoffe kann die exakt aufeinander abgestimmten Systemwirkungen des physiologischen Muskel-Organ-Crosstalks folglich nicht reproduzieren um positive Wirkungen entfalten zu wollen. Sie begünstigt im Gegenteil schwerwiegende Stoffwechselstörungen<ref name="Laube2023_Fett" />.

Weblinks

• The Journal of Physiology – Grafiken vorhanden, die zur Visualisierung beitragen (engl.).
• Heilsame Eiweißstoffe Beitrag der Sendung nano im 3sat vom 21. September 2018
• Warum sind starke Muskeln beim Älterwerden so wichtig? Artikel vom 28. September 2023 im Der Standard

Einzelnachweise

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