Effects of fluoxetine, a serotonin reuptake inhibitor, on muscle stem cells and muscle regeneration
Effets de la fluoxétine, inhibiteur de la recapture de la sérotonine, sur les cellules souches musculaires et la régénération musculaire
Résumé
Fluoxetine (FLX), the first selective serotonin reuptake inhibitor developed 50 years ago, is the most prescribed antidepressant treatment worldwide. Several mechanisms of action underlie the antidepressant effect of this class, such as the reinforcement of serotonin (5-HT) neurotransmission but also the increase in hippocampal neurogenesis, neuronal survival, and cerebral angiogenesis. Peripherally, serotonin, mainly synthesized by the gut and stored in platelets, also showed positive effects on different stem cells and in several tissue regeneration models. The effects of FLX on stem cell behavior and tissue regeneration beyond the central nervous system have been little studied to date. Our objectives were, on the one hand, to characterize the modulation of 5-HT levels induced by FLX in the central, peripheral, and circulating compartments, and on the other hand, to investigate the regenerative properties of FLX in the periphery using the skeletal muscle ad integrum regeneration model. We first assessed by HPLC different levels of 5-HT over time in mice treated with FLX or placebo for 28 days. In the brain and gut, organs synthesizing 5-HT, FLX treatment resulted in an initial average reduction of 50% of intra-tissular 5-HT levels followed by a restoration of these levels as early as 14 days of treatment. In whole blood, FLX treatment resulted in a persistent depletion of more than 90% of 5-HT levels by day 3, while in plasma, it was associated with a peak of more than 500% of 5-HT levels during the first week of treatment, also followed by a persistent depletion. Taken together, these results suggest that, depending on the source of serotonin (either platelet-delivered or locally synthesized), FLX treatment enhances the serotonergic signal through distinct kinetics. In a second step, we showed that prolonged FLX treatment increased the number of muscle stem cells and muscle angiogenesis in mice. FLX also improved skeletal muscle regeneration after single and multiple injuries induced by intramuscular notexin injection. The acceleration of muscle regeneration induced by FLX resulted from a triple action marked by an increase in the muscle stem cell pool, an increase in vessel density and a reduction in fibrotic lesions and inflammation. In vitro, we showed that the proliferative effects of FLX on immortalized myoblasts were dependent on 5-HT and 5-HT1B receptor activation. In vivo, mice lacking peripheral 5-HT treated with FLX did not show positive effects during muscle regeneration. Moreover, pharmacological, and genetic inactivation of the 5-HT1B receptor in muscle stem cells also abolished the FLX-induced improvement in muscle regeneration. In conclusion, our results show that, through modulation of the 5-HT signal in the periphery, FLX promotes a harmonious muscle regeneration underpinned by a combined action on myogenesis, angiogenesis and inflammation. These results highlight the serotonergic identity of skeletal muscle and point to a promising therapeutic strategy for endogenous muscle diseases. Beyond muscle and brain, our results highlight that the effects of antidepressants on organ regeneration need to be studied. Finally, this work opens new perspectives of investigation both on the role of serotonin and the 5-HT1B receptor in other types of stem cells and on the therapeutic potential of antidepressants in regenerative medicine.
La fluoxétine (FLX), premier inhibiteur sélectif de la recapture de la sérotonine développé il y a 50 ans, est le traitement antidépresseur le plus prescrit au monde. Plusieurs mécanismes d'action sous-tendent l'effet antidépresseur de cette classe tels que le renforcement de la neurotransmission de la sérotonine (5-HT) mais également l'augmentation de la neurogenèse hippocampique, de la survie neuronale et de l'angiogenèse cérébrale. En périphérie, la sérotonine, principalement synthétisée par l'intestin et stockée dans les plaquettes, a également montré des effets positifs sur différentes cellules souches et dans plusieurs modèles de régénération tissulaire. Les effets de FLX sur le comportement de cellules souches et la régénération tissulaire au-delà du système nerveux central ont été à ce jour peu étudiés. Nos objectifs étaient, d'une part de caractériser la modulation des niveaux de 5-HT induite par FLX dans le compartiment central, périphérique et circulant, et d'autre part d'investiguer les propriétés régénératives de FLX en périphérie à l'aide du modèle de régénération ad integrum du muscle squelettique. Nous avons d'abord évalué par HPLC différents niveaux de 5-HT au cours du temps chez des souris traitées par FLX ou placebo pendant 28 jours. Dans le cerveau et l'intestin, organes synthétisant la 5-HT, le traitement par FLX entrainait une réduction moyenne initiale de 50% des niveaux intratissulaires de 5-HT suivie d'une restauration de ces niveaux dès 14 jours de traitement. Dans le sang total, le traitement par FLX entrainait, dès le 3ème jour, une déplétion persistante de plus de 90% des niveaux de 5-HT, alors que dans le plasma, il était associé à un pic de plus de 500% des niveaux de 5-HT lors de la première semaine de traitement, suivi également d'une déplétion persistante. Pris ensemble, ces résultats suggèrent que, selon la source de la sérotonine (soit délivrée par les plaquettes, soit issue d'une synthèse locale), le traitement par FLX renforce le signal sérotoninergique à travers des cinétiques distinctes. Dans un second temps, nous avons montré que le traitement prolongé par FLX augmentait le nombre de cellules souches musculaires et l'angiogenèse musculaire chez la souris. FLX améliorait également la régénération du muscle squelettique après une blessure unique et des blessures multiples induites par l'injection intramusculaire de notexine. L'accélération de la régénération musculaire induite par FLX résultait d'une triple action marquée par une augmentation du pool de cellules souches musculaires, une augmentation de la densité des vaisseaux et une réduction des lésions fibrotiques et de l'inflammation. In vitro, nous avons montré que les effets prolifératifs de FLX sur des myoblastes immortalisés étaient dépendants de 5-HT et de l'activation du récepteur 5-HT1B. In vivo, les souris dépourvues de 5-HT périphérique traitées par FLX ne présentaient pas d'effets positifs pendant la régénération musculaire. De plus, l'inactivation pharmacologique et génétique du récepteur 5-HT1B dans les cellules souches musculaires abolissait également l'amélioration induite par FLX sur la régénération musculaire. En conclusion, nos résultats montrent, qu'à travers la modulation du signal 5-HT en périphérie, FLX favorise une régénération musculaire harmonieuse sous-tendue par une action combinée sur la myogenèse, l'angiogenèse et l'inflammation. Ces résultats mettent en lumière l'identité sérotoninergique du muscle squelettique et dégage une stratégie thérapeutique prometteuse pour les maladies musculaires endogènes. Au-delà du muscle et du cerveau, nos résultats soulignent que les effets des antidépresseurs sur la régénération d'organes doivent être étudiés. Enfin, ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives d'investigation tant sur le rôle de la sérotonine et du récepteur 5-HT1B dans d'autres types de cellules souches que sur le potentiel thérapeutique des antidépresseurs en médecine régénérative.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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