Les infections et les maladies neurodégénératives provoquent une inflammation du cerveau. Mais pour des raisons inconnues, les patients atteints d’une inflammation cérébrale développent souvent des problèmes musculaires qui semblent indépendants du système nerveux central. Des chercheurs de la faculté de médecine de l’université de Washington à Saint-Louis ont révélé comment l’inflammation cérébrale libère une protéine spécifique qui se déplace du cerveau vers les muscles et provoque une perte de fonction musculaire.
L'étude, réalisée sur des mouches à fruits et des souris, a également identifié des moyens de bloquer ce processus, ce qui pourrait avoir des implications pour le traitement ou la prévention de la fonte musculaire parfois associée aux maladies inflammatoires, notamment les infections bactériennes, la maladie d'Alzheimer et le COVID long.
L'étude est publiée le 12 juillet dans la revue Immunologie scientifique.
« Nous souhaitons comprendre la fatigue musculaire très profonde associée à certaines maladies courantes », a déclaré l'auteur principal Aaron Johnson, Ph. D., professeur associé de biologie du développement. « Notre étude suggère que lorsque nous tombons malades, les protéines messagères du cerveau circulent dans la circulation sanguine et réduisent les niveaux d'énergie dans les muscles squelettiques. Il ne s'agit pas seulement d'un manque de motivation à bouger parce que nous ne nous sentons pas bien. Ces processus réduisent les niveaux d'énergie dans les muscles squelettiques, diminuant ainsi la capacité à bouger et à fonctionner normalement. »
Pour étudier les effets de l'inflammation cérébrale sur la fonction musculaire, les chercheurs ont modélisé trois types de maladies différents : une Escherichia coli Les chercheurs ont découvert que l'IL-6 chez la souris et la protéine correspondante chez la mouche à fruits réduisaient la production d'énergie dans les mitochondries des muscles, les usines énergétiques des cellules. Lorsque le cerveau est exposé à des protéines inflammatoires caractéristiques de ces maladies, des substances chimiques nocives appelées espèces réactives de l'oxygène s'accumulent. Ces espèces provoquent la production par les cellules cérébrales d'une molécule liée au système immunitaire appelée interleukine-6 (IL-6), qui circule dans tout le corps via la circulation sanguine. Les chercheurs ont découvert que l'IL-6 chez la souris et la protéine correspondante chez la mouche à fruits réduisaient la production d'énergie dans les mitochondries des muscles, les usines énergétiques des cellules.
« Les mouches et les souris qui avaient des protéines associées au COVID dans le cerveau ont montré une fonction motrice réduite ; les mouches ne grimpaient pas aussi bien qu'elles auraient dû, et les souris ne couraient pas aussi bien ou autant que les souris témoins », a déclaré Johnson.
Nous avons observé des effets similaires sur la fonction musculaire lorsque le cerveau a été exposé à des protéines associées aux bactéries et à la protéine bêta-amyloïde de la maladie d'Alzheimer. Nous avons également constaté que cet effet peut devenir chronique. Même si une infection est rapidement éliminée, la diminution des performances musculaires persiste plusieurs jours de plus dans nos expériences.
Aaron Johnson, professeur associé en biologie du développement, faculté de médecine de l'université de Washington
Johnson, ainsi que des collaborateurs de l'Université de Floride et le premier auteur Shuo Yang, PhD -; qui a effectué ce travail en tant que chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Johnson -; soutiennent que les mêmes processus sont probablement pertinents chez les humains. On sait que la méningite, une infection bactérienne du cerveau, augmente les niveaux d'IL-6 et peut être associée à des problèmes musculaires chez certains patients, par exemple. Parmi les patients atteints de COVID-19, des protéines inflammatoires du SRAS-CoV-2 ont été trouvées dans le cerveau lors de l'autopsie, et de nombreux patients atteints de COVID longue durée signalent une fatigue extrême et une faiblesse musculaire même longtemps après la disparition de l'infection initiale. Les patients atteints de la maladie d'Alzheimer présentent également des niveaux accrus d'IL-6 dans le sang ainsi qu'une faiblesse musculaire.
L’étude identifie des cibles potentielles pour prévenir ou traiter la faiblesse musculaire liée à l’inflammation cérébrale. Les chercheurs ont découvert que l’IL-6 active ce qu’on appelle la voie JAK-STAT dans les muscles, ce qui provoque la réduction de la production d’énergie des mitochondries. Plusieurs traitements déjà approuvés par la Food and Drug Administration pour d’autres maladies peuvent bloquer cette voie. Les inhibiteurs de JAK ainsi que plusieurs anticorps monoclonaux contre l’IL-6 sont approuvés pour traiter divers types d’arthrite et gérer d’autres maladies inflammatoires.
« Nous ne savons pas exactement pourquoi le cerveau produit un signal protéique qui nuit autant à la fonction musculaire dans de nombreuses catégories de maladies différentes », a déclaré Johnson. « Si nous voulons spéculer sur les raisons possibles pour lesquelles ce processus a persisté tout au long de l'évolution humaine, malgré les dommages qu'il cause, il pourrait s'agir d'un moyen pour le cerveau de réaffecter des ressources à lui-même alors qu'il combat la maladie. Nous devons effectuer davantage de recherches pour mieux comprendre ce processus et ses conséquences dans tout le corps.
« En attendant, nous espérons que notre étude encouragera davantage de recherches cliniques sur cette voie et déterminera si les traitements existants qui bloquent diverses parties de celle-ci peuvent aider les nombreux patients qui souffrent de ce type de fatigue musculaire débilitante », a-t-il déclaré.
Yang S, Tian M, Dai Y, Wang R, Yamada S, Feng S, Wang Y, Chhangani D, Ou T, Li W, Guo X, McAdow J, Rincon-Limas DE, Yin X, Tai W, Cheng G, Johnson A. L'infection et les maladies chroniques activent un axe de signalisation systémique cerveau-muscle qui régule la fonction musculaire. Science Immunology. 12 juillet 2024.
