Infiltrazione di cellule mieloidi nel muscolo scheletrico dopo scarico combinato degli arti posteriori ed esposizione alle radiazioni nei topi

npj Microgravity volume 9, Numero articolo: 40 (2023) Citare questo articolo

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Il muscolo scheletrico e il sistema immunitario sono fortemente influenzati dall’ambiente spaziale. La diafonia tra questi organi, sebbene accertata, non è completamente compresa. Questo studio ha determinato la natura dei cambiamenti delle cellule immunitarie nel muscolo scheletrico murino in seguito allo scarico (degli arti posteriori) combinato con una sessione acuta di irradiazione (HLUR). I nostri risultati mostrano che 14 giorni di HLUR inducono un aumento significativo dell’infiltrazione di cellule immunitarie mieloidi nel muscolo scheletrico.

Il volo spaziale presenta molteplici sfide per l’organismo, che deve cercare di adattarsi ai fattori di stress ambientale, principalmente alla microgravità e alle radiazioni ionizzanti1. Le radiazioni durante le missioni in orbita terrestre bassa (ad esempio sulla Stazione Spaziale Internazionale) influiscono sulla salute degli astronauti2 e questi effetti diventeranno ancora maggiori e pericolosi durante le missioni nello spazio profondo a causa della natura e della dose delle radiazioni3,4. Due degli organi più colpiti durante i viaggi spaziali sono il muscolo scheletrico e il sistema immunitario5,6. Ad esempio, il muscolo scheletrico di topi sottoposti a microgravità e radiazioni mediante scarico degli arti posteriori (HLU; un analogo animale validato per il volo spaziale7) mostra una rapida perdita di massa muscolare e mostra una disregolazione dei regolatori molecolari critici della crescita muscolare e del metabolismo8. È interessante notare che vi sono prove crescenti di forti associazioni tra crescita, metabolismo e infiammazione nel muscolo scheletrico9,10. Ne consegue che le alterazioni nel sistema immunitario dovute a fattori di stress spaziale potrebbero a loro volta modificare le basi molecolari all’interno del muscolo, potenzialmente esacerbando gli effetti deleteri della microgravità e delle radiazioni su questo organo. Tuttavia, i meccanismi che spiegano la diafonia tra il muscolo scheletrico e il sistema immunitario in condizioni simili allo spazio sono lungi dall’essere compresi. Durante i processi rigenerativi muscolari in condizioni di gravità normale e di radiazioni ionizzanti, tale diafonia sembra essere mediata dall'infiltrazione di cellule immunitarie mieloidi e linfoidi nel muscolo11,12,13. Non è noto, tuttavia, se l’ambiente spaziale inneschi qualche risposta nelle popolazioni di cellule immunitarie mieloidi e/o linfoidi presenti nel muscolo scheletrico.

In considerazione della mancanza di informazioni riguardanti le conseguenze del volo spaziale sull'interazione e sull'integrità del sistema immunitario-muscolo scheletrico, abbiamo progettato uno studio per indagare le potenziali alterazioni delle cellule immunitarie che si verificano all'interno del muscolo scheletrico dopo un periodo di scarico ed esposizione alle radiazioni (HLUR) nei topi. Abbiamo concentrato i nostri sforzi nel determinare la natura dei cambiamenti delle cellule immunitarie nel muscolo scheletrico dal punto di vista dell’espressione genica, per poi confermare i nostri risultati utilizzando un approccio immunoistochimico. Da quanto sopra, abbiamo ipotizzato che HLUR indurrebbe un'infiltrazione di cellule mieloidi e linfoidi nel muscolo scheletrico.

Dopo 14 giorni di scarico degli arti posteriori e una sessione acuta di radiazioni (giorno 7), è stata riscontrata una diminuzione significativa del peso totale di M. soleus bagnato ma non di M. gastrocnemius. (Fig. 1a, b). La riduzione del peso di M. soleus è avvenuta in concomitanza con un'aumentata espressione genica della miostatina, un noto inibitore della massa muscolare, che non è stata riscontrata in M. gastrocnemius (Fig. 1c, d). La miostatina induce atrofia muscolare sovraregolando i geni correlati all'atrofia e inibendo la via di segnalazione Akt/mTOR9. Recentemente si è scoperto che la via di segnalazione Akt/mTOR è disregolata in seguito allo scarico e all'irradiazione8. Inoltre, è stato suggerito che lo stesso percorso sia sottoregolato a seguito di un aumento dei livelli di citochine inibitorie, come il TNF-α9, indicando un potenziale crosstalk immuno-scheletrico in condizioni di stimolazione dell'atrofia.

a, b peso e livelli MSTN di M. soleus. c, d peso e livelli MSTN di M. gastrocnemius. Gruppo di scarico e radiazione degli arti posteriori HLUR, gruppo di controllo CTRL. *Significativamente diverso dal gruppo CTRL (t-test non appaiati; p < 0,05). Le barre di errore rappresentano la deviazione standard.