Loss of skeletal muscle mass is a primary feature of sarcopenia and cancer cachexia. In cancer patients, tumor-derived inflammatory factors promote muscle atrophy via tumor-to-muscle effects, which is closely associated with poor prognosis. During the past decade, skeletal muscle has been considered to function as an autocrine, paracrine, and endocrine organ by releasing numerous myokines. The circulating myokines can modulate pathophysiology in the other organs, as well as in the tumor microenvironment, suggesting myokines function as muscle-to-tumor signaling molecules. Here, we highlight the roles of myokines in tumorigenesis, particularly in terms of crosstalk between skeletal muscle and tumor. Better understanding of tumor-to-muscle and muscle-to-tumor effects will shed light on novel strategies for the diagnosis and treatment of cancer.
Immoderate energy intake, a sedentary lifestyle, and aging have contributed to the increased prevalence of obesity, sarcopenia, metabolic syndrome, type 2 diabetes, and cardiovascular disease. There is an urgent need for the development of novel pharmacological interventions that can target excessive fat accumulation and decreased muscle mass and/or strength. Adipokines, bioactive molecules derived from adipose tissue, are involved in the regulation of appetite and satiety, inflammation, energy expenditure, insulin resistance and secretion, glucose and lipid metabolism, and atherosclerosis. Recently, there is emerging evidence that skeletal muscle and the liver also function as endocrine organs that secrete myokines and hepatokines, respectively. Novel discoveries and research into these organokines (adipokines, myokines, and hepatokines) may lead to the development of promising biomarkers and therapeutics for cardiometabolic disease. In this review, I summarize recent data on these organokines and focus on the role of adipokines, myokines, and hepatokines in the regulation of insulin resistance, inflammation, and atherosclerosis.
Since the discovery of leptin secreted from adipocytes, specialized tissues and cells have been found that secrete the several peptides (or cytokines) that are characterized to negatively and positively regulate the metabolic process. Different types of adipokines, hepatokines, and myokines, which act as cytokines, are secreted from adipose, liver, and muscle tissue, respectively, and have been identified and examined for their physiological roles in humans and disease in animal models. Recently, various studies of these cytokines have been conducted in ruminants, including dairy cattle, beef cattle, sheep, and goat. Interestingly, a few cytokines from these tissues in ruminants play an important role in the post-parturition, lactation, and fattening (marbling) periods. Thus, understanding these hormones is important for improving nutritional management in dairy cows and beef cattle. However, to our knowledge, there have been no reviews of the characteristics of these cytokines in beef and dairy products in ruminants. In particular, lipid and glucose metabolism in adipose tissue, liver tissue, and muscle tissue are very important for energy storage, production, and synthesis, which are regulated by these cytokines in ruminant production. In this review, we summarize the physiological roles of adipokines, hepatokines, and myokines in ruminants. This discussion provides a foundation for understanding the role of cytokines in animal production of ruminants.
[Purpose] Epidemiological evidence has shown that leisure-time physical activity and structured exercise before and after breast cancer diagnosis contribute to reducing the risk of breast cancer recurrence and mortality. Thus, in this review, we aimed to summarize the physical activity-dependent regulation of systemic factors to understand the biological and molecular mechanisms involved in the initiation, progression, and survival of breast cancer. [Methods] We systematically reviewed the studies on 1) the relationship between physical activity and the risk of breast cancer, and 2) various systemic factors induced by physical activity and exercise that are potentially linked to breast cancer outcomes. To perform this literature review, PubMed database was searched using the terms "Physical activity OR exercise" and "breast cancer", until August 5th, 2020; then, we reviewed those articles related to biological mechanisms after examining the resulting search list. [Results] There is strong evidence that physical activity reduces the risk of breast cancer, and the protective effect of physical activity on breast cancer has been achieved by long-term regulation of various circulatory factors, such as sex hormones, metabolic hormones, inflammatory factors, adipokines, and myokines. In addition, physical activity substantially alters wholebody homeostasis by affecting numerous other factors, including plasma metabolites, reactive oxygen species, and microRNAs as well as exosomes and gut microbiota profile, and thereby every cell and organ in the whole body might be ultimately affected by the biological perturbation induced by physical activity and exercise. [Conclusion] The understanding of integrative mechanisms will enhance how physical activity can ultimately influence the risk and prognosis of various cancers, including breast cancer. Furthermore, physical activity could be considered an efficacious non-pharmacological therapy, and the promotion of physical activity is probably an effective strategy in primary cancer prevention.
Several studies have recently demonstrated that skeletal muscle is an endocrine organ releasing and expressing myokines acting in an endocrine or paracrine manner. Irisin is a hormene-like myokine induced after physical exercise by muscle fibers. It was primarily recognized as a molecule able to advance the "browning response" in white adipose tissue, however, it has been recetly identified that irisin also has a fundamental role in the control of bone mass. We study evidence for its possible skeletal effects, including the fundamental role that irisin is involved in the control of bone mass, with beneficial effects on geometry and cortical mineral density. As loss of muscle mass and bone density occurs with immobility, metabolic disease and aging, future studies researching the efficacy of irisin in reversing muscle wasting and restoring bone would be important to proving irisin as a molecule that combines helpful effects for treating muscular atrophy and osteoporosis in elderly people.
Physical exercise can be effective in preventing or ameliorating various diseases, including diabetes, cardiovascular diseases, neurodegenerative diseases, and cancer. However, not everyone may be able to participate in exercise due to illnesses, age-related frailty, or difficulty in long-term behavior change. An alternative option is to utilize pharmacological interventions that mimic the positive effects of exercise training. Recent studies have identified signaling pathways associated with the benefits of physical activity and discovered exercise mimetics that can partially simulate the systemic impact of exercise. This review describes the molecular targets for exercise mimetics and their effect on skeletal muscle and other tissues. We will also discuss the potential advantages of using natural products as a multi-targeting agent for mimicking the health-promoting effects of exercise.
Skeletal muscle is now regarded as an endocrine organ based on its secretion of myokines and exerkines, which, in response to metabolic stimuli, regulate the crosstalk between the skeletal muscle and other metabolic organs in terms of systemic energy homeostasis. This conceptual basis of skeletal muscle as a metabolically active organ has provided insights into the potential role of physical inactivity and conditions altering muscle quality and quantity in the development of multiple metabolic disorders, including insulin resistance, obesity, and diabetes. Therefore, it is important to understand human muscle physiology more deeply in relation to the pathophysiology of metabolic diseases. Since monolayer cell lines or animal models used in conventional research differ from the pathophysiological features of the human body, there is increasing need for more physiologically relevant in vitro models of human skeletal muscle. Here, we introduce recent studies on in vitro models of human skeletal muscle generated from adult myogenic progenitors or pluripotent stem cells and summarize recent progress in the development of three-dimensional (3D) bioartificial muscle, which mimics the physiological complexity of native skeletal muscle tissue in terms of maturation and functionality. We then discuss the future of skeletal muscle 3D-organoid culture technology in the field of metabolic research for studying pathological mechanisms and developing personalized therapeutic strategies.
Objective: To examine the regulatory effects of exercise on myokine expression in horse skeletal muscle cells, we compared the expression of several myokine genes (interleukin 6 [IL-6], IL-8, chemokine [C-X-C motif] ligand 2 [CXCL2], and chemokine [C-C motif] ligand 4 [CCL4]) after a single bout of exercise in horses. Furthermore, to establish in vitro systems for the validation of exercise effects, we cultured horse skeletal muscle cells and confirmed the expression of these genes after treatment with hydrogen peroxide. Methods: The mRNA expression of IL-6, IL-8, CXCL2, and CCL4 after exercise in skeletal muscle tissue was confirmed using quantitative-reverse transcriptase polymerase chain reactions (qRT-PCR). We then extracted horse muscle cells from the skeletal muscle tissue of a neonatal Thoroughbred. Myokine expression after hydrogen peroxide treatments was confirmed using qRT-PCR in horse skeletal muscle cells. Results: IL-6, IL-8, CXCL2, and CCL4 expression in Thoroughbred and Jeju horse skeletal muscles significantly increased after exercise. We stably maintained horse skeletal muscle cells in culture and confirmed the expression of the myogenic marker, myoblast determination protein (MyoD). Moreover, myokine expression was validated using hydrogen peroxide ($H_2O_2$)-treated horse skeletal muscle cells. The patterns of myokine expression in muscle cells were found to be similar to those observed in skeletal muscle tissue. Conclusion: We confirmed that several myokines involved in inflammation were induced by exercise in horse skeletal muscle tissue. In addition, we successfully cultured horse skeletal muscle cells and established an in vitro system to validate associated gene expression and function. This study will provide a valuable system for studying the function of exercise-related genes in the future.
노인들에서 근감소증은 의료-간호비용 증가의 주요 원인 중 하나가 되고 있다. 한국에서는 근감소증 예방 대책이 일반적으로 특정 질병이 없는 노인들을 대상으로 하지만, 요양원-요양병원에서 집단 거주하는 노인들의 근감소증 대책도 필요하다. 근감소증은 운동량 감소, 단백질 및 영양분(미네랄, 비타민 포함) 섭취 감소, 테스토스테론 및 성장호르몬 변화, 염증 등의 원인으로 발생한다. 분자 생물학적인 정확한 병태생리 기전의 이해가 요구된다. 근감소증은 골다공증, 낙상으로 인한 골절, 치매, 당뇨병, 심혈관 질환 등의 증상을 연결될 수 있다. 비타민 B 패밀리(B1-3, B5-7, B9 및 B12) 결핍을 근감소증 유발의 연구 대상으로 선택한 이유는 다음과 같다. 이는 비타민 B가 에너지 및 단백질 대사에 직접 관여하여 정상적인 신경 기능 유지에 필수적이다. 비타민 B 결핍은 신경-근육 질환, 신경성 질환으로 나타날 수 있으며, 노인성 근감소증과 병행하는 경우가 많다. 노인들은 적정치 이하의 비타민 B 패밀리 섭취, 흡수 장애 및 무식증 문제 등을 겪을 가능성이 높다. 초고령화 사회에서 elderly가 자립적으로 일상생활을 할 수 있는 'health lifetime'을 유지하는 것은 개인의 행복추구와 사회경제적 부담을 줄일수 있는 최고의 목표이다. 본 연구는 근감소증과 관련하여 노인들의 근육량 감소 및 근육 기능 저하를 조절하는 수용성 비타민 B 패밀리의 최신 정보를 제공한다. 또한, 비타민 B 패밀리를 통한 마이오카인에 의한 근감소증의 조절 가능성도 소개한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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