Virkninger af Mekanistisk Target of Rapamycin (mTOR)-hæmning på ældre menneskelige muskler (Rapamune) (Rapamune)

Skeletmuskler er kendt for sin rolle i bevægelse, men muskler er også vigtige for at opretholde hele kroppens metaboliske sundhed. Skeletmuskler repræsenterer et stort proteinlager, hvorfra aminosyrerne kan nedbrydes i tider med faste, infektion og sygdom for at give energi og aminosyrer til at vedligeholde andre kritiske organer. Med stigninger i den aldrende befolkning vil dette uundgåeligt øge aldersrelaterede komorbiditeter og også forekomsten af ​​skrøbelighed og øgede sundhedsudgifter.

En væsentlig facet af skrøbelighed er skeletmuskelatrofi og funktionstab, og kritisk er disse forbundet med dårligere kliniske resultater (f. operation), så afhjælpning af aldersrelateret muskeltab er afgørende for en sund aldring. Processerne med muskeltab med aldring hos mennesker er en kombination af neurodegeneration af lavere motoriske neuroner og samtidig muskelfiberatrofi. Mens de underliggende mekanismer for aldersrelateret muskeltab er uklare, synes en reduceret lydhørhed over for vigtige miljømæssige signaler, nemlig ernæring og bevægelse ("anabolsk modstand"), at være central. Hidtil har ingen lægemidler givet de nødvendige sikkerheds- og effektivitetseffekter for at afbøde aldersrelateret muskeltab, så træning, især modstandstræning (RET), forbliver den mest etablerede intervention for at forbedre muskelmasse og funktion hos ældre mennesker. Ikke desto mindre kan ikke alle ældre udføre RET, og muskelvækstresponser på RET er formindsket i ældre alder. Som sådan forbliver søgen efter interventioner til at afbøde muskelaldring og maksimere reaktioner på træningspræ-/rehabilitering med hensyn til muskelvækst og funktion nøglen.

Det mekanistiske mål for rapamycin (mTOR) betegnes ofte som en "masterregulator" i forhold til skeletmuskelhomeostase og findes i to forskellige komplekser, mTORc1 og mTORc2. Den mest etablerede rolle for mTORc1 i muskler er som en cellulær sensor af næringsstoffer og bevægelse, hvor signaler overføres til mTOR-substrater, der regulerer hastigheden af ​​mRNA-translation og dermed muskelproteinsyntese (MPS). mTOR-aktivitet er påkrævet til stimulering af MPS ved indtagelse af kostproteiner eller frie aminosyrer, ud over kontraktil aktivitet, og som sådan anses det almindeligvis for at være positivt i forhold til muskelmasse. Derudover har administration af rapamycin (en naturligt forekommende forbindelse, der hæmmer mTORc1) sammen med træning eller næringsindtag vist sig at reducere stimuleringen af ​​MPS. Forvirrende opfattelsen af ​​en positiv rolle af mTOR på skeletmuskulaturen er hyperaktivering af mTOR imidlertid blevet vist i både aldrende gnavere og menneskelige muskler, hvilket tyder på, at mTOR-signalering har negative virkninger i forhold til muskelvedligeholdelse ved aldring.

På trods af de positive effekter af mTOR i forhold til stimulering af MPS, tyder data i dyremodeller på, at farmakologisk svækkelse af mTOR-signalering kan modvirke adskillige aldersrelaterede sygdomme og følgesygdomme og øge det samlede helbredsspænd. De væsentligste negative aldringstræk, der er fundet at blive mindsket ved at dæmpe mTOR-signalering (dvs. med rapamycin) er relateret til immunsystemet, organmorfologi, neoplastisk sygdom og neurologisk dysfunktion, f.eks. motorstyring. Fra disse undersøgelser er de gavnlige virkninger af rapamycin på helbredsspændvidden tydelige, men dette står i kontrast til de positive virkninger mTOR-signalering har på muskler. Inhibering af mTOR forventes at påvirke muskelproteinomsætningen negativt, men dette er ikke tilfældet.

Faktisk har nyere arbejde udfordret ideen om mTOR-undertrykkelse, der negativt påvirker skeletmuskelmetabolisme i en række eksperimentelle omgivelser. I prækliniske modeller for aldring og/eller muskeldysfunktion påvirkede langvarig administration af rapamycin ikke skeletmuskelmassen negativt hos mus behandlet med rapamycin gennem hele livsforløbet. Derudover viste langvarig administration af rapamycin (9-22 måneder) en reduktion af muskelmitokondriel aldring, afspejlet af markører for mitokondriel DNA-genomstabilitet. Det måske mest overbevisende bevis på, at rapamycin gavner aldrende muskler, er fra en undersøgelse, hvor rapalog (en rapamycinanalog) behandling blev administreret til mus, hvor hyperaktiv mTOR-signalering blev observeret i gamle sarkopeniske dyr, som det også er vist hos ældre mennesker. Det er afgørende, at dyr efter Rapalog-behandling demonstrerede stigninger i muskelfiberarealet ud over en nedregulering af cellulære senescensmarkører og gener forbundet med neuromuskulær denervering. Disse værker udfordrer forestillingen om, at i ældre alder med mTOR-hyperaktivering ville mTOR-hæmning have negative effekter, og det er nu accepteret, at aldring og aldersrelaterede sygdomme, der opstår fra hyperaktiv mTORC1-signalering, kan have gavn af mTOR-hæmmere. Som sådan er indsigt i virkningerne af mTORc1-hæmning nødvendig hos mennesker, især i forbindelse med "anabolsk resistens", som begrænser både muskelvedligeholdelse og vækstpotentiale hos ældre voksne. Som et immunsuppressivt middel kan rapamycin også give fordele til behandling af COVID-19, som er et aktuelt meget vigtigt område af ny forskning.

I denne undersøgelse vil deltageren få målt muskelstørrelse, funktion og stofskifte over en 16 ugers periode, mens han enten tager lægemidlet Rapamune eller placebo. De vil også gennemføre 14 ugers ensidig modstandsøvelse med besøg beskrevet nedenfor.

1. Forstudie vurdering

   24 timer før de deltager i deres primære præ-undersøgelsesvurdering, vil deltagerne blive bedt om at indtage de mærkede kreatin (D3-mærket; Cre) og (D3) methylhistidin (3-MH) sporstoffer. For at spore disse sporstoffer i henholdsvis urin- og plasmakropspuljer, vil deltagerne blive bedt om at give en urinprøve, før de indtager disse sporstoffer (som de vil medbringe den følgende dag), og blodprøven fra screeningen vil blive brugt i 3 -MH-analyse for at minimere deltagerbyrden. I løbet af 24 timer mellem indtagelse af sporingsdrikken og deltagelsen i deres præundersøgelsesvurdering vil deltagerne blive bedt om at indsamle al urinproduktion, som beholdere vil blive leveret til. Deltagerne vil også blive bedt om at indsamle pleturinprøver ved ~48 amd 72 timer efter indtagelse af sporingsdrikken.

   Til deres primære præ-undersøgelsesvurdering vil deltagerne blive tilfældigt tildelt enten en rapamycinhæmmer (Rapamune) eller placebo (matchende godartet kapsel indeholdende sukker for at opnå så lige vægt og udseende som behandlingsproduktet som muligt) gruppe (enkeltblinde), og vil rapportere til laboratoriet til deres vurderingsdag før undersøgelsen. En række baseline-vurderinger vil derefter blive udført, herunder kropssammensætning (f.eks. MR og muskelultralyd til bestemmelse af mager masse, fedtmasse, muskeltykkelse, tværsnitsareal (CSA) og muskelarkitektur) og mål for muskelstyrke og funktion (1-RM, MVC, power, SPPBT og iEMG). Disse foranstaltninger vil blive gentaget i hele interventionsperioden for at overvåge tidsmæssige ændringer. I løbet af dette besøg vil der blive taget 6 venøse blodprøver (~5 ml) til vurdering af muskelproteinnedbrydning (MPB) via 3-MH-sporstoffet, der blev indtaget den foregående dag.

   Ved afslutningen af ​​deres vurderingsbesøg før undersøgelsen vil deltagerne påbegynde en to ugers indledende fase med Rapamune eller placebokapsler. På dag 13-15 i denne indledende fase vil deltagerne deltage i laboratoriet for deres muskelbiopsier (~150 mg hver), som vil blive indsamlet fra vastus lateralis (VL) af begge ben (hvile og motion). Denne bilaterale biopsiindsamling vil give frivillige mulighed for at fungere som deres egne kontroller ved at tilbyde både et træningstrænet ben og et udhvilet ben; for også at sammenligne virkningerne af Rapamune kombineret med kontraktil stimulus. Biopsisteder vil blive lukket med suturer, som fjernes (og sårstedet kontrolleres) efter 5-7 dage. Efter disse indledende biopsier vil deltagerne få deres bolusdosis af D2O for at begynde at vurdere MPS-hastigheden. For at minimere risikoen for svimmelhed fra D2O-forbrug, vil denne startdosis blive opdelt i 6-8 mindre doser, der gives i løbet af dagen. To timer efter deres sidste D2O-dosis vil deltagerne blive bedt om at give en spytprøve.

2. Modstandstræning (RET) RET bestående af unilateral knæforlængelseøvelse (dvs. 6 × 8 gentagelser ved 75 % af maksimalt én gentagelse (1-RM)) udføres 3 gange hver uge 14 uger. RET vil være progressiv, med revurdering af 1-RM, der udføres med jævne mellemrum for at opretholde træningsintensiteten. Deltagerne vil også blive forsynet med deres interventionelle lægemiddel (til daglig dosering) og D2O-sporstof-top-ups (til vurdering af MPS) på en ugentlig basis under disse besøg, med en venøs blodprøve, der også tages ugentligt. Deltagerne vil blive bedt om at indsamle daglige spytprøver i den første uge (~2 timer efter D2O-forbrug) og derefter på en ugentlig basis.
3. Midt-undersøgelsesvurdering 1 Efter 3 ugers RET gentages alle baseline-procedurerne fra vurderingsbesøgene før undersøgelsen, med undtagelse af foranstaltningerne vedrørende D3- og 3-MH-sporstofferne og MR, som ikke vil blive udført. udført ved dette besøg.
4. Midtundersøgelsesvurdering 2 Efter 6 ugers RET gentages alle basisprocedurerne fra vurderingsbesøgene før undersøgelsen. Der vil ikke blive givet yderligere D2O eller spytprøver indsamlet efter uge 6 i RET.
5. Vurdering efter undersøgelse Efter 14 ugers RET gentages alle basisprocedurerne fra vurderingsbesøgene før undersøgelsen. Mærket for kreatinet vil være 13C i stedet for D3 for at tillade en anden analyse af hele kroppens muskelmasse.