La navette de lactate dans les muscles squelettiques a un impact sur les types de myofibres et l’activité physique

Une équipe de recherche dirigée par les professeurs Chen Yan et Yang Lifeng de l’Institut de nutrition et de santé de Shanghai de l’Académie chinoise des sciences a révélé une fonction physiologique du transporteur de monocarboxylate 1 (MCT1) dans la médiation du transport intracellulaire et extracellulaire du lactate dans le muscle squelettique. .

L’équipe a découvert que MCT1 régule la biogenèse mitochondriale des muscles squelettiques et de l’activité physique, et que la suppression du gène MCT1 favorise la production de fibres musculaires oxydatives, améliore l’endurance à l’exercice et améliore les phénotypes métaboliques. Cette étude a été publiée dans Avancées scientifiques.

Dans les années 1980, le professeur George Brooks a proposé la théorie de la « navette lactate », selon laquelle le lactate sert de substrat énergétique, produit par des cellules ou des tissus dépendant principalement de la glycolyse pour leur énergie, mais consommé par des cellules ou des tissus utilisant principalement le métabolisme oxydatif.

En tant que plus grand organe du corps pour le métabolisme énergétique, le muscle squelettique est à la fois un producteur et un consommateur majeur de lactate. Le transport du lactate dans le muscle squelettique dépend de la famille de protéines MCT, notamment MCT1 et MCT4.

Dès 1998, les scientifiques ont découvert que l’expression de MCT1 dans le muscle squelettique est positivement corrélée à sa capacité oxydative, tandis que MCT4 présente une corrélation négative.

Le muscle squelettique des mammifères se compose principalement de quatre types différents de fibres musculaires, composées de différents types de myosine et de caractéristiques métaboliques. Ces fibres musculaires comprennent les fibres oxydatives à contraction lente de type 1, les fibres oxydatives à contraction rapide de type 2A et les fibres glycolytiques de type 2X et 2B.

Les caractéristiques métaboliques du muscle squelettique dépendent de la proportion de ces quatre types de fibres musculaires. Plus la proportion de fibres musculaires oxydatives est élevée, plus la capacité métabolique oxydative du muscle squelettique est forte, et vice versa.

Cependant, le transport du lactate entre différents types de fibres musculaires, ainsi que la distribution et la fonction spécifiques de MCT1 dans différents types de fibres musculaires squelettiques, n’ont pas encore été clairement élucidés.

Dans cette étude, les chercheurs ont observé la distribution spécifique des transporteurs monocarboxylates MCT1 et MCT4 dans les fibres musculaires squelettiques, suggérant l’existence possible d’une « navette lactate » dépendante de MCT1 et MCT4 entre les fibres musculaires.

Compte tenu de l’expression plus élevée de MCT1 par rapport à MCT4 dans le muscle squelettique, les chercheurs ont construit un modèle animal avec une inactivation musculaire spécifique de MCT1 (mKO) pour étudier le métabolisme du lactate médié par MCT1 dans les fibres musculaires.

Ils ont constaté que les souris mKO présentaient une amélioration de l’endurance à l’exercice, une augmentation de la proportion de fibres musculaires oxydatives et une diminution de la proportion de fibres musculaires glycolytiques.

Au niveau métabolique, ils ont découvert que les souris mKO avaient une tolérance au glucose améliorée, un taux métabolique accru et une meilleure utilisation du glucose dans le cycle de l’acide tricarboxylique (TCA) dans le muscle squelettique, en utilisant l’analyse du flux métabolique et la métabolomique combinées à des expériences animales.

Mécaniquement, les chercheurs ont proposé que le transport du lactate dans les fibres musculaires squelettiques dépendait de deux navettes, la « navette lactate cellule-cellule » entre les fibres musculaires et la « navette lactate intracellulaire » au sein des fibres musculaires oxydatives. Cette hypothèse a été validée par des analyses avec les souris mKO.

Les chercheurs ont découvert que le transport normal du lactate entre les fibres musculaires dépendait de l’implication combinée de MCT1 et MCT4. Le lactate produit dans les fibres musculaires glycolytiques était transporté de manière extracellulaire via MCT4, puis absorbé par les fibres musculaires oxydatives via MCT1.

Dans les fibres musculaires oxydatives, les mitochondries absorbent également le lactate via MCT1, où la lactate déshydrogénase mitochondriale convertit le lactate en pyruvate, consommant des quantités équivalentes de NAD+, permettant au pyruvate d’entrer dans le cycle du TCA. En l’absence de MCT1 dans le muscle squelettique, l’absorption du lactate par les fibres musculaires oxydatives et son entrée dans les mitochondries étaient altérées, entraînant une augmentation des taux intracellulaires de NAD+.

Cela a augmenté l’activité de SIRT1, une désacétylase dépendante du NAD+, renforçant la désacétylation et l’activité de la PGC-1α. Par la suite, la formation oxydative de fibres musculaires et la biogenèse mitochondriale ont augmenté, ainsi que leur activité et leur fonction, entraînant une série de changements dans les fonctions musculaires.

Cette étude a révélé les rôles physiologiques du transport du lactate au niveau des fibres musculaires et des cellules. Il a non seulement validé et affiné la théorie de la « navette lactate » du professeur George Brooks, mais a également mis en lumière les processus physiologiques du muscle squelettique, fournissant ainsi une nouvelle base théorique pour l’étude de la physiologie et de la pathologie du muscle squelettique.

De plus, la conversion des types de fibres musculaires squelettiques constitue depuis longtemps un point chaud de la recherche en physiologie de l’exercice. Compte tenu des différentes caractéristiques métaboliques des types de fibres musculaires et de leur résistance variable aux dommages et au vieillissement, ainsi que de leurs contributions à différentes formes d’exercice, cette étude a ouvert une nouvelle direction pour la recherche sur les améliorations métaboliques, les dommages pathologiques et la physiologie de l’exercice.