Bénéfices santé des protéines sur la moelle osseuse ?

[Nutrimuscle-Conseils]

Soy-whey Dual-protein Alleviates Osteoporosis of Ovariectomized Rats via Regulating Bone Fat Metabolism through Gut-Liver-Bone Axis
Jingjie Zhang Nutrition Available online 6 May 2022, 111723

Highlights
• DP showed a protective effect against osteoporosis in OVX rats.
• DP suppressed adipogenesis and promoted osteogenesis in bone marrow.
• DP enhanced bone formation via regulation of gut microbiota.

Osteoporosis is increasingly prevalent, especially among postmenopausal women, both in China and worldwide. In previous work, soy-whey dual-protein (DP) intervention improved muscle status via regulation of gut microbiota. However, little information is available about the relationship between DP supplementation and osteoporosis. In this study the ovariectomized rat model was used and the results showed that significant improvement was observed in bone mineral density, bone microstructure, and bone biomechanics with both DP and zoledronic acid (positive control) intervention.

Meanwhile, DP supplementation dramatically reduced the levels of serum osteocalcin (OC) and parathyroid hormone (PTH) in ovariectomized rats. DP ingestion also resulted in a significant decrease in the number of bone marrow adipocytes and a marked increase in the number of osteoblasts, accompanied by elevated expression of the key regulator osteoprotegerin (OPG) at both mRNA and protein levels. In the analysis of fecal metabolites and intestinal microbiota, the fat metabolism-related molecules chenodeoxycholate, 21-hydroxypregnenolone, and tetrahydrocorticosterone were markedly upregulated with DP treatment, while the content of fatty acids such as oleic acid were significantly downregulated. The abundance of three bacterial taxa (upregulated: Ruminococcaceae UCG_002; downregulated: anaerobic digester metagenome and Enterorhabdus) dramatically changed with DP intervention and were closely related to fat metabolism-related metabolite content. These results suggest that DP intervention could improve osteoporosis via regulation of bone marrow adipose tissue content and mesenchymal stem cell lineage differentiation. Furthermore, this effect might be mediated by the interaction between intestinal microbiota and metabolites.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

La double protéine de soja et de lactosérum soulage l'ostéoporose des rats ovariectomisés en régulant le métabolisme des graisses osseuses via l'axe intestin-foie-os
Jingjie Zhang Nutrition Disponible en ligne le 6 mai 2022, 111723

Points forts
• Le DP a montré un effet protecteur contre l'ostéoporose chez les rats OVX.
• Le DP a supprimé l'adipogenèse et favorisé l'ostéogenèse dans la moelle osseuse.
• La DP a amélioré la formation osseuse via la régulation du microbiote intestinal.

L'ostéoporose est de plus en plus répandue, en particulier chez les femmes ménopausées, tant en Chine que dans le monde. Dans des travaux antérieurs, l'intervention de double protéine (DP) de soja et de lactosérum a amélioré l'état musculaire via la régulation du microbiote intestinal. Cependant, peu d'informations sont disponibles sur la relation entre la supplémentation en DP et l'ostéoporose. Dans cette étude, le modèle de rat ovariectomisé a été utilisé et les résultats ont montré qu'une amélioration significative a été observée dans la densité minérale osseuse, la microstructure osseuse et la biomécanique osseuse avec une intervention à la fois de DP et d'acide zolédronique (contrôle positif).

Pendant ce temps, la supplémentation en DP a considérablement réduit les taux sériques d'ostéocalcine (OC) et d'hormone parathyroïdienne (PTH) chez les rats ovariectomisés. L'ingestion de DP a également entraîné une diminution significative du nombre d'adipocytes de la moelle osseuse et une augmentation marquée du nombre d'ostéoblastes, accompagnées d'une expression élevée de l'ostéoprotégérine régulatrice clé (OPG) aux niveaux de l'ARNm et des protéines. Dans l'analyse des métabolites fécaux et du microbiote intestinal, les molécules liées au métabolisme des graisses, le chénodésoxycholate, la 21-hydroxyprégnénolone et la tétrahydrocorticostérone, ont été nettement régulées à la hausse avec le traitement DP, tandis que la teneur en acides gras tels que l'acide oléique a été considérablement régulée à la baisse. L'abondance de trois taxons bactériens (régulé positivement : Ruminococcaceae UCG_002 ; régulé négativement : métagénome du digesteur anaérobie et Enterorhabdus) a radicalement changé avec l'intervention DP et était étroitement liée à la teneur en métabolites liés au métabolisme des graisses. Ces résultats suggèrent que l'intervention DP pourrait améliorer l'ostéoporose via la régulation du contenu du tissu adipeux de la moelle osseuse et la différenciation de la lignée des cellules souches mésenchymateuses. De plus, cet effet pourrait être médié par l'interaction entre le microbiote intestinal et les métabolites.

[Nutrimuscle-Conseils]

Bone marrow adipose tissue in metabolic health
Gisela Pachón-Peña Trends in Endocrinology & Metabolism Volume 33, Issue 6, June 2022, Pages 401-408

Highlights
BMAT constitutes over 10% of total body fat and is distinct from white or brown adipose tissue.

BMAT is a secretory and metabolic organ that responds to nutritional challenges and expands during caloric restriction.

Excessive fat content in marrow with aging can alter the functionality of MSC in the fatty marrow and reduce the potential to support hematopoiesis.

BMAT quantity and composition can be assessed noninvasively and longitudinally without ionizing radiation, using proton MR spectroscopy (1H-MRS).

BMAT content and composition assessed by 1H-MRS can determine skeletal fragility and metabolic risk.


Recent studies have highlighted the role of bone marrow adipose tissue (BMAT) as a regulator of skeletal homeostasis and energy metabolism. While long considered an inert filler, occupying empty spaces from bone loss and reduced hematopoiesis, BMAT is now considered a secretory and metabolic organ that responds to nutritional challenges and secretes cytokines, which indirectly impact energy and bone metabolism. The recent advances in our understanding of the function of BMAT have been enabled by novel noninvasive imaging techniques, which allow longitudinal assessment of BMAT in vivo following interventions. This review will focus on the latest advances in our understanding of BMAT and its role in metabolic health. Imaging techniques to quantify the content and composition of BMAT will be discussed.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Tissu adipeux de la moelle osseuse dans la santé métabolique
Gisela Pachón-Peña Tendances en endocrinologie et métabolisme Volume 33, Numéro 6, Juin 2022, Pages 401-408

Points forts
Le BMAT constitue plus de 10% de la graisse corporelle totale et se distingue du tissu adipeux blanc ou brun.

BMAT est un organe sécrétoire et métabolique qui répond aux défis nutritionnels et se développe pendant la restriction calorique.

Une teneur excessive en graisse dans la moelle avec le vieillissement peut altérer la fonctionnalité des MSC dans la moelle grasse et réduire le potentiel de soutien de l'hématopoïèse.

La quantité et la composition de BMAT peuvent être évaluées de manière non invasive et longitudinalement sans rayonnement ionisant, en utilisant la spectroscopie MR du proton (1H-MRS).

Le contenu et la composition de BMAT évalués par 1H-MRS peuvent déterminer la fragilité du squelette et le risque métabolique.


Des études récentes ont mis en évidence le rôle du tissu adipeux de la moelle osseuse (BMAT) en tant que régulateur de l'homéostasie squelettique et du métabolisme énergétique. Longtemps considérée comme une charge inerte, occupant les espaces vides de la perte osseuse et de la réduction de l'hématopoïèse, la BMAT est désormais considérée comme un organe sécrétoire et métabolique qui répond aux défis nutritionnels et sécrète des cytokines, qui ont un impact indirect sur le métabolisme énergétique et osseux. Les avancées récentes dans notre compréhension de la fonction de BMAT ont été rendues possibles par de nouvelles techniques d'imagerie non invasives, qui permettent une évaluation longitudinale de BMAT in vivo après des interventions. Cette revue se concentrera sur les dernières avancées dans notre compréhension du BMAT et de son rôle dans la santé métabolique. Les techniques d'imagerie pour quantifier le contenu et la composition de BMAT seront discutées

[Nutrimuscle-Conseils]

Effects of Soy–Whey Protein Nutritional Supplementation on Hematopoiesis and Immune Reconstitution in an Allogeneic Transplanted Mice
by Xiaoliang Wu, Nutrients 2022, 14(15), 3014;

Profound malnutrition and immunodeficiency are serious negative effects of radiotherapy and bone marrow transplantation for hematologic malignancy patients. This study aimed to evaluate the effects of nutritional supplementation with a soy–whey protein mixture on hematopoietic and immune reconstitution in an allogeneic transplant mouse model. Male BALB/c (H-2Kd) mice, 6–8 weeks-old, were divided randomly into five groups and then provided with different protein nutrition support.

After 28 days, blood samples, bone marrow, spleen, and thymus were harvested to measure the effects. The results showed that soy–whey blended protein supplements promoted hematopoietic stem cell engraftment, body weight recovery, and the recovery of white blood cells, lymphocytes, and neutrophils; triggered the expansion of hematopoietic stem cells and progenitor cell pools by increasing the numbers of the c-kit+ progenitor, Lin-Sca1+c-kit+, short-term hematopoietic stem cells, and multipotent progenitors; enhanced thymus re-establishment and splenic subset recovery in both organ index and absolute number; improved overall nutritional status by increasing total serum protein, albumin, and globulin; protected the liver from radiation-induced injury, and increased antioxidant capacity as indicated by lower concentrations of alanine aminotransferase, aspartate aminotransferase, malondialdehyde, and 4-hydroxynonenal.

This study indicated that soy–whey blended protein as important nutrients, from both plant and animal sources, had a greater positive effect on patients with hematological malignancies to accelerate hematopoiesis and immune reconstitution after bone marrow transplantation.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Effets de la supplémentation nutritionnelle en protéines de soja et de lactosérum sur l'hématopoïèse et la reconstitution immunitaire chez une souris transplantée allogénique
par Xiaoliang Wu, Nutriments 2022, 14(15), 3014 ;

La malnutrition profonde et l'immunodéficience sont des effets négatifs graves de la radiothérapie et de la greffe de moelle osseuse chez les patients atteints d'hémopathie maligne. Cette étude visait à évaluer les effets d'une supplémentation nutritionnelle avec un mélange de protéines de soja et de lactosérum sur la reconstitution hématopoïétique et immunitaire dans un modèle de souris greffée allogénique. Des souris mâles BALB/c (H-2Kd), âgées de 6 à 8 semaines, ont été divisées au hasard en cinq groupes, puis ont reçu un soutien nutritionnel protéique différent.

Après 28 jours, des échantillons de sang, de moelle osseuse, de rate et de thymus ont été prélevés pour mesurer les effets. Les résultats ont montré que les suppléments de protéines mélangées à base de soja et de lactosérum favorisaient la greffe de cellules souches hématopoïétiques, la récupération du poids corporel et la récupération des globules blancs, des lymphocytes et des neutrophiles ; déclenché l'expansion des cellules souches hématopoïétiques et des pools de cellules progénitrices en augmentant le nombre de progéniteurs c-kit+, Lin-Sca1+c-kit+, de cellules souches hématopoïétiques à court terme et de progéniteurs multipotents ; amélioration du rétablissement du thymus et de la récupération du sous-ensemble splénique à la fois en index d'organe et en nombre absolu ; amélioration de l'état nutritionnel global en augmentant les protéines sériques totales, l'albumine et la globuline ; a protégé le foie des lésions radio-induites et a augmenté la capacité antioxydante comme indiqué par des concentrations plus faibles d'alanine aminotransférase, d'aspartate aminotransférase, de malondialdéhyde et de 4-hydroxynonénal.
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Cette étude a indiqué que les protéines mélangées de soja et de lactosérum en tant que nutriments importants, d'origine végétale et animale, avaient un effet positif plus important sur les patients atteints d'hémopathies malignes pour accélérer l'hématopoïèse et la reconstitution immunitaire après une greffe de moelle osseuse.[/b]

[Nutrimuscle-Conseils]

The influence of association between aging and reduced protein intake on some immunomodulatory aspects of bone marrow mesenchymal stem cells: an experimental study
Renaira Oliveira da Silva European Journal of Nutrition volume 61, pages3391–3406 (2022)

Purpose
Dietary protein deficiency is common in the elderly, compromising hematopoiesis and the immune response, and may cause a greater susceptibility to infections. Mesenchymal stem cells (MSCs) have immunomodulatory properties and are essential to hematopoiesis. Therefore, this study aimed to investigate, in an aging model subjected to malnutrition due a reduced protein intake, aspects related to the immunomodulatory capacity of MSCs.

Methods
Male C57BL/6 mice from young and elderly groups were fed with normoproteic or hypoproteic diets (12% and 2% of protein, respectively) and nutritional, biochemical and hematological parameters were evaluated. MSCs from bone marrow were isolated, characterized and their secretory parameters evaluated, along with gene expression. Additionally, the effects of aging and protein malnutrition on MSC immunomodulatory properties were assessed.

Results
Malnourished mice lost weight and demonstrated anemia, leukopenia, and bone marrow hypoplasia. MSCs from elderly animals from both groups showed reduced CD73 expression and higher senescence rate; also, the malnourished state affected CD73 expression in young animals. The production of IL-1β and IL-6 by MSCs was affected by aging and malnutrition, but the IL-10 production not. Aging also increased the expression of NFκB, reducing the expression of STAT-3. However, MSCs from malnourished groups, regardless of age, showed decreased TGF-β and PGE2 production. Evaluation of the immunomodulatory capacity of MSCs revealed that aging and malnutrition affected, mainly in lymphocytes, the production of IFN-γ and IL-10.

Conclusion
Aging and reduced protein intake are factors that, alone or together, influence the immunomodulatory properties of MSCs and provide basic knowledge that can be further investigated to explore whether MSCs’ therapeutic potential may be affected.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

L'influence de l'association entre le vieillissement et la diminution de l'apport en protéines sur certains aspects immunomodulateurs des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse : une étude expérimentale
Renaira Oliveira da Silva Journal européen de nutrition volume 61, pages 3391–3406 (2022)

Objectif
La carence en protéines alimentaires est fréquente chez les personnes âgées, compromettant l'hématopoïèse et la réponse immunitaire, et peut entraîner une plus grande susceptibilité aux infections. Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) ont des propriétés immunomodulatrices et sont essentielles à l'hématopoïèse. Par conséquent, cette étude visait à investiguer, dans un modèle vieillissant soumis à la dénutrition en raison d'un apport protéique réduit, les aspects liés à la capacité immunomodulatrice des CSM.

Méthodes
Des souris mâles C57BL/6 de groupes jeunes et âgés ont été nourries avec des régimes normoprotéiques ou hypoprotéiques (12 % et 2 % de protéines, respectivement) et les paramètres nutritionnels, biochimiques et hématologiques ont été évalués. Les CSM de la moelle osseuse ont été isolées, caractérisées et leurs paramètres de sécrétion évalués, ainsi que l'expression des gènes. De plus, les effets du vieillissement et de la malnutrition protéique sur les propriétés immunomodulatrices des CSM ont été évalués.

Résultats
Les souris mal nourries ont perdu du poids et ont présenté une anémie, une leucopénie et une hypoplasie de la moelle osseuse. Les CSM d'animaux âgés des deux groupes ont montré une expression réduite de CD73 et un taux de sénescence plus élevé ; de plus, l'état de malnutrition affectait l'expression de CD73 chez les jeunes animaux. La production d'IL-1β et d'IL-6 par les CSM a été affectée par le vieillissement et la malnutrition, mais pas la production d'IL-10. Le vieillissement a également augmenté l'expression de NFκB, réduisant l'expression de STAT-3. Cependant, les MSC des groupes souffrant de malnutrition, quel que soit leur âge, ont montré une diminution de la production de TGF-β et de PGE2. L'évaluation de la capacité immunomodulatrice des CSM a révélé que le vieillissement et la malnutrition affectaient, principalement au niveau des lymphocytes, la production d'IFN-γ et d'IL-10.

Conclusion
Le vieillissement et la réduction de l'apport en protéines sont des facteurs qui, seuls ou ensemble, influencent les propriétés immunomodulatrices des CSM et fournissent des connaissances de base qui peuvent être approfondies pour déterminer si le potentiel thérapeutique des CSM peut être affecté.

[Nutrimuscle-Conseils]

Protein restriction impairs the response activation/responsivity of MAPK signaling pathway of hematopoietic stem cells
Ed Wilson Santos Nutrition Research Volume 116, August 2023, Pages 12-23

Protein restriction (PR) leads to bone marrow hypoplasia with changes in stromal cellularity components of the extracellular matrix in hematopoietic stem cells (HSCs). However, the underlying signaling mechanisms are poorly understood. We hypothesize that PR impairs the HSC mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway response activation. Our aim is to evaluate the activation of MAPK and interleukin-3 (IL-3) proteins in HSC to explain PR-induced bone marrow hypoplasia, which causes altered proliferation and differentiation. C57BL/6 male mice were subjected to a low-protein diet (2% protein) or normoproteic (12% protein). PKC, PLCγ2, CaMKII, AKT, STAT3/5, ERK1/2, JNK, and p38d phosphorylation were evaluated by flow cytometry, and GATA1/2, PU.1, C/EBPα, NF-E2, and Ikz-3 genes (mRNAs) assessed by quantitative real-time-polymerase chain reaction. Pathway proteins, such as PLCγ2, JAK2, STAT3/5, PKC, and RAS do not respond to the IL-3 stimulus in PR, leading to lower activation of ERK1/2 and Ca2+ signaling pathways, consequently lowering the production of hematopoietic transcription factors. Colony forming units granulocyte-macrophage and colony forming units macrophage formation are impaired in PR even after being stimulated with IL-3. Long-term hematopoietic stem cells, short-term hematopoietic stem cells, granulocyte myeloid progenitor, and megakaryocyte-erythroid progenitor cells were significantly reduced in PR animals. This study shows for the first time that activation of MAPK pathway key proteins in HSCs is impaired in cases of PR. Several pathway proteins, such as PLCγ2, JAK2, STAT3, PKC, and RAS do not respond to IL-3 stimulation, leading to lower activation of extracellular signal-regulated protein kinase 1/2 and consequently lower production of hematopoietic transcription factors GATA1/2, PU.1, C/EBPa, NF-E2, and Ikz3.

These changes result in a reduction in colony-forming units, proliferation, and differentiation, leading to hypocellularity.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

La restriction protéique altère l'activation/la réactivité de la voie de signalisation MAPK des cellules souches hématopoïétiques
Ed Wilson Santos Nutrition Research Volume 116, août 2023, pages 12-23

La restriction protéique (PR) entraîne une hypoplasie de la moelle osseuse avec des modifications des composants de la cellularité stromale de la matrice extracellulaire dans les cellules souches hématopoïétiques (CSH). Cependant, les mécanismes de signalisation sous-jacents sont mal compris. Nous émettons l'hypothèse que la PR altère l'activation de la réponse de la voie de signalisation de la protéine kinase activée par les mitogènes HSC (MAPK). Notre objectif est d'évaluer l'activation des protéines MAPK et interleukine-3 (IL-3) dans les CSH pour expliquer l'hypoplasie de la moelle osseuse induite par la PR, qui provoque une altération de la prolifération et de la différenciation. Des souris mâles C57BL/6 ont été soumises à un régime pauvre en protéines (2 % de protéines) ou normoprotéique (12 % de protéines). La phosphorylation de PKC, PLCγ2, CaMKII, AKT, STAT3/5, ERK1/2, JNK et p38d a été évaluée par cytométrie en flux, et les gènes GATA1/2, PU.1, C/EBPα, NF-E2 et Ikz-3 ( ARNm) évalués par réaction quantitative en chaîne par polymérase en temps réel. Les protéines de la voie, telles que PLCγ2, JAK2, STAT3/5, PKC et RAS ne répondent pas au stimulus IL-3 dans PR, ce qui entraîne une activation plus faible des voies de signalisation ERK1/2 et Ca2+, réduisant ainsi la production de facteurs de transcription hématopoïétiques . La formation d'unités formant colonies granulocytes-macrophages et d'unités formant colonies macrophages est altérée dans PR même après avoir été stimulée par l'IL-3. Les cellules souches hématopoïétiques à long terme, les cellules souches hématopoïétiques à court terme, les cellules progénitrices myéloïdes des granulocytes et les cellules progénitrices mégacaryocytes-érythroïdes ont été significativement réduites chez les animaux PR. Cette étude montre pour la première fois que l'activation des protéines clés de la voie MAPK dans les CSH est altérée en cas de RP. Plusieurs protéines de la voie, telles que PLCγ2, JAK2, STAT3, PKC et RAS ne répondent pas à la stimulation par l'IL-3, ce qui entraîne une activation plus faible de la protéine kinase régulée par le signal extracellulaire 1/2 et par conséquent une production plus faible de facteurs de transcription hématopoïétiques GATA1/2 , PU.1, C/EBPa, NF-E2 et Ikz3.

Ces changements entraînent une réduction des unités formant colonies, de la prolifération et de la différenciation, conduisant à l'hypocellularité.