Dopady inhibice mechanického cíle rapamycinu (mTOR) na starý lidský sval (Rapamune) (Rapamune)

Kosterní svalstvo je známé svou rolí v lokomoci, ale svaly jsou také důležité pro udržení metabolického zdraví celého těla. Kosterní svaly představují rozsáhlou zásobárnu bílkovin, z nichž lze aminokyseliny odbourat v době půstu, infekce a nemoci, aby poskytly energii a aminokyseliny pro udržení dalších kritických orgánů. S rostoucím stárnutím populace to nevyhnutelně povede ke zvýšení komorbidit souvisejících s věkem a také prevalence křehkosti a zvýšených nákladů na zdravotní péči.

Hlavním aspektem křehkosti je atrofie kosterního svalstva a ztráta funkce, a co je kritické, tyto jsou spojeny s horšími klinickými výsledky (např. chirurgie), takže zmírnění ztráty svalové hmoty související s věkem je pro zdravé stárnutí klíčové. Procesy ztráty svalové hmoty se stárnutím u lidí jsou kombinací neurodegenerace nižších motorických neuronů a průvodní atrofií svalových vláken. Zatímco základní mechanismy úbytku svalové hmoty související s věkem jsou nejasné, zdá se, že ústředním prvkem je snížená schopnost reagovat na klíčové environmentální podněty, jmenovitě na výživu a pohyb („anabolická rezistence“). Doposud žádná léčiva nepřinesla potřebné bezpečnostní a účinné účinky ke zmírnění ztráty svalové hmoty související s věkem, takže cvičení, zejména trénink s odporovým cvičením (RET), zůstává nejrozšířenějším zásahem ke zlepšení svalové hmoty a funkce u starších lidí. Nicméně ne všichni starší lidé mohou provádět RET a reakce růstu svalů na RET jsou ve vyšším věku sníženy. Hledání intervencí ke zmírnění stárnutí svalů a maximalizaci reakcí na cvičení před/rehabilitaci z hlediska svalového růstu a funkce zůstává klíčové.

Mechanistický cíl rapamycinu (mTOR) je často nazýván „hlavním regulátorem“ ve vztahu k homeostáze kosterního svalstva a existuje ve dvou odlišných komplexech, mTORc1 a mTORc2. Nejznámější role mTORc1 ve svalu je jako buněčný senzor živin a pohybu, kde jsou signály přenášeny do substrátů mTOR, regulující rychlost translace mRNA a tím i syntézu svalových proteinů (MPS). Aktivita mTOR je vyžadována pro stimulaci MPS příjmem dietních proteinů nebo volných aminokyselin, navíc ke kontraktilní aktivitě, a jako taková je běžně považována za pozitivní ve vztahu ke svalové hmotě. Navíc bylo prokázáno, že podávání rapamycinu (přirozeně se vyskytující sloučenina, která inhibuje mTORc1) spolu s cvičením nebo příjmem živin snižuje stimulaci MPS. Nicméně, v matení představy o pozitivní úloze mTOR na kosterní svalstvo, byla hyperaktivace mTOR prokázána jak u stárnoucích hlodavců, tak u lidských svalů, což naznačuje, že signalizace mTOR má negativní dopady ve vztahu k udržení svalů při stárnutí.

Navzdory pozitivním účinkům mTOR ve vztahu ke stimulaci MPS data na zvířecích modelech naznačují, že farmakologický útlum signalizace mTOR může působit proti několika nemocem souvisejícím s věkem a komorbiditám a prodloužit celkový rozsah zdraví. Hlavní negativní rysy stárnutí, u kterých bylo zjištěno, že jsou sníženy tlumením signalizace mTOR (tj. s rapamycinem), souvisejí s imunitním systémem, morfologií orgánů, neoplastickým onemocněním a neurologickou dysfunkcí, např. ovládání motoru. Z těchto studií jsou jasné příznivé účinky rapamycinu na zdravotní rozpětí, ale to kontrastuje s pozitivními dopady, které má signalizace mTOR na svaly. Předpokládá se, že inhibice mTOR negativně ovlivní obrat svalových bílkovin, ale není tomu tak.

Nedávná práce skutečně zpochybnila představu, že potlačení mTOR negativně ovlivňuje metabolismus kosterního svalstva v řadě experimentálních nastavení. V preklinických modelech stárnutí a/nebo svalové dysfunkce nemělo dlouhodobé podávání rapamycinu negativní dopad na hmotu kosterního svalstva u myší léčených rapamycinem v průběhu života. Dlouhodobé podávání rapamycinu (9-22 měsíců) navíc ukázalo zmírnění mitochondriálního stárnutí svalů, což se odráží v markerech stability genomu mitochondriální DNA. Snad nejpřesvědčivější důkaz o tom, že rapamycin prospívá stárnutí svalů, pochází ze studie, kde byla léčba rapalogem (analog rapamycinu) podávána myším, kde byla u starých sarkopenických zvířat pozorována hyperaktivní signalizace mTOR, jak je také prokázáno u starších lidí. Rozhodující je, že po léčbě Rapalogem zvířata prokázala zvýšení oblasti svalových vláken navíc k down-regulaci markerů buněčného stárnutí a genů spojených s neuromuskulární denervací. Tyto práce zpochybňují názor, že ve vyšším věku s hyperaktivací mTOR by inhibice mTOR měla negativní účinky, a nyní se uznává, že stárnutí a nemoci související s věkem, které vznikají z hyperaktivní signalizace mTORC1, mohou mít prospěch z inhibitorů mTOR. Jako takový je u lidí potřebný vhled do účinků inhibice mTORc1, zejména v souvislosti s „anabolickou rezistencí“, která omezuje jak udržení svalů, tak růstový potenciál u starších dospělých. Jako imunosupresivum může být rapamycin přínosem také pro léčbu COVID-19, což je současná velmi důležitá oblast nově vznikajícího výzkumu.

V této studii bude účastníkovi měřena velikost svalů, funkce a metabolismus po dobu 16 týdnů při užívání léku Rapamune nebo placeba. Absolvují také 14 týdnů cvičení s jednostranným odporem s návštěvami popsanými níže.

1. Předstudijní hodnocení

   Dvacet čtyři hodin před absolvováním hlavního hodnocení před studií budou účastníci požádáni, aby konzumovali značený kreatin (značený D3; Cre) a (D3) methylhistidin (3-MH) indikátory. Aby bylo možné tyto indikátory vysledovat v moči a v tělesných zásobách plazmy, budou účastníci požádáni, aby před konzumací těchto indikátorů poskytli vzorek moči (který si s sebou přinesou následující den) a vzorek krve ze screeningu bude použit pro 3. -MH analýza pro minimalizaci zátěže účastníků. Během 24 hodin mezi konzumací značkovacího nápoje a účastí na hodnocení před studií budou účastníci požádáni, aby shromáždili veškerý močový výdej, pro který budou k dispozici nádoby. Účastníci budou také požádáni, aby odebrali vzorky moči v čase ~48 am 72 hodin po požití značkovacího nápoje.

   Pro hlavní hodnocení před zahájením studie budou účastníci náhodně rozděleni do skupiny s inhibitorem rapamycinu (Rapamune) nebo placebem (odpovídající benigní tobolce obsahující cukr, aby bylo dosaženo co možná stejné hmotnosti a vzhledu jako léčebný produkt) (jednoslepé), a nahlásí se do laboratoře v den hodnocení před zahájením studie. Poté bude provedena sada základních hodnocení včetně složení těla (např. MRI a ultrazvuk svalů k určení svalové hmoty, tukové hmoty, tloušťky svalů, průřezové plochy (CSA) a svalové architektury) a měření svalové síly a funkce (1-RM, MVC, síla, SPPBT a iEMG). Tato opatření se budou opakovat po celou dobu intervence za účelem sledování časových změn. Během této návštěvy bude odebráno 6 vzorků žilní krve (~5 ml) pro posouzení rozpadu svalových proteinů (MPB) prostřednictvím 3-MH indikátoru spotřebovaného předchozí den.

   Na konci své hodnotící návštěvy před zahájením studie zahájí účastníci dvoutýdenní úvodní fázi kapslí Rapamune nebo placeba. V den 13-15 této úvodní fáze se účastníci zúčastní laboratoře pro své svalové biopsie (~150 mg každá), které budou odebrány z vastus lateralis (VL) obou nohou (odpočinek a cvičení). Tento bilaterální odběr biopsie umožní dobrovolníkům působit jako jejich vlastní kontrola tím, že jim poskytne jak cvičenou nohu, tak i odpočinutou nohu; také porovnat účinky Rapamunu v kombinaci s kontraktilním stimulem. Místa biopsie se uzavřou stehy, které se odstraní (a místo rány se zkontroluje) po 5-7 dnech. Po těchto úvodních biopsiích bude účastníkům podána bolusová dávka D2O, aby bylo možné začít hodnotit míru MPS. Aby se minimalizovalo riziko závratí z konzumace D2O, bude tato počáteční dávka rozdělena do 6-8 menších dávek podávaných během dne. Dvě hodiny po poslední dávce D2O budou účastníci požádáni, aby poskytli vzorek slin.

2. Cvičení s odporovým cvičením (RET) RET sestávající z jednostranného cvičení s extenzí kolen (tj. 6 × 8 opakování při 75 % maxima jednoho opakování (1-RM)) se bude provádět 3x týdně po dobu 14 týdnů. RET bude progresivní, s přehodnocením 1-RM se provádí v pravidelných intervalech pro udržení intenzity cvičení. Účastníkům bude během těchto návštěv také každý týden poskytován jejich intervenční lék (pro denní dávkování) a doplňování indikátoru D2O (pro hodnocení MPS), přičemž každý týden bude také odebírán vzorek žilní krve. Účastníci budou požádáni, aby odebírali denní vzorky slin první týden (~2 hodiny po konzumaci D2O) a poté každý týden.
3. Hodnocení v polovině studie 1 Po 3 týdnech RET budou zopakovány všechny základní postupy z návštěv před zahájením studie, s výjimkou opatření týkajících se indikátorů D3 a 3-MH a MRI, která nebudou provedené na této návštěvě.
4. Hodnocení v polovině studie 2 Po 6 týdnech RET budou zopakovány všechny základní postupy z hodnotících návštěv před studií. Po 6. týdnu RET nebude podán žádný další D2O ani odebrány vzorky slin.
5. Posouzení po studii Po 14 týdnech RET se budou opakovat všechny základní postupy z hodnotících návštěv před studií. Označení kreatinu bude 13C místo D3, aby byla umožněna druhá analýza svalové hmoty celého těla.