Auswirkungen der Hemmung des mechanistischen Ziels von Rapamycin (mTOR) auf gealterte menschliche Muskeln (Rapamune) (Rapamune)

Die Skelettmuskulatur ist für ihre Rolle bei der Fortbewegung bekannt, aber Muskeln sind auch wichtig für die Aufrechterhaltung der metabolischen Gesundheit des ganzen Körpers. Skelettmuskeln stellen einen riesigen Proteinspeicher dar, dessen Aminosäuren in Zeiten von Fasten, Infektionen und Krankheiten abgebaut werden können, um Energie und Aminosäuren für die Aufrechterhaltung anderer wichtiger Organe bereitzustellen. Mit zunehmender Alterung der Bevölkerung wird dies unweigerlich altersbedingte Komorbiditäten und auch die Prävalenz von Gebrechlichkeit und höheren Gesundheitskosten erhöhen.

Ein Hauptaspekt von Gebrechlichkeit ist Skelettmuskelatrophie und Funktionsverlust, und entscheidend ist, dass diese mit schlechteren klinischen Ergebnissen verbunden sind (z. Chirurgie), daher ist die Milderung des altersbedingten Muskelschwunds entscheidend für ein gesundes Altern. Die Prozesse des altersbedingten Muskelabbaus beim Menschen sind eine Kombination aus Neurodegeneration der unteren Motoneuronen und gleichzeitiger Muskelfaseratrophie. Während die zugrunde liegenden Mechanismen des altersbedingten Muskelabbaus unklar sind, scheint eine reduzierte Reaktionsfähigkeit auf wichtige Umweltreize, nämlich Ernährung und Bewegung ("anabole Resistenz"), zentral zu sein. Bis heute hat kein Arzneimittel die erforderlichen Sicherheits- und Wirksamkeitseffekte erzielt, um den altersbedingten Muskelschwund abzumildern, sodass Bewegung, insbesondere Widerstandstraining (RET), nach wie vor die etablierteste Intervention zur Verbesserung der Muskelmasse und -funktion bei älteren Menschen ist. Nichtsdestotrotz können nicht alle älteren Menschen RET durchführen, und die Muskelwachstumsreaktionen auf RET sind im höheren Alter vermindert. Daher bleibt die Suche nach Interventionen zur Milderung der Muskelalterung und zur Maximierung der Reaktionen auf das Training vor/zur Rehabilitation in Bezug auf Muskelwachstum und -funktion von entscheidender Bedeutung.

Das mechanistische Ziel von Rapamycin (mTOR) wird oft als „Hauptregulator“ in Bezug auf die Homöostase der Skelettmuskulatur bezeichnet und existiert in zwei unterschiedlichen Komplexen, mTORc1 und mTORc2. Die etablierteste Rolle von mTORc1 im Muskel ist die als zellulärer Sensor für Nährstoffe und Bewegung, bei dem Signale an mTOR-Substrate übermittelt werden, die die Rate der mRNA-Translation und damit die Muskelproteinsynthese (MPS) regulieren. Die mTOR-Aktivität ist für die Stimulation von MPS durch die Aufnahme von Nahrungsproteinen oder freien Aminosäuren zusätzlich zur kontraktilen Aktivität erforderlich und wird daher allgemein als positiv in Bezug auf die Muskelmasse angesehen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die Verabreichung von Rapamycin (einer natürlich vorkommenden Verbindung, die mTORc1 hemmt) zusammen mit körperlicher Betätigung oder Nährstoffaufnahme die Stimulation von MPS reduziert. Allerdings wurde die Vorstellung einer positiven Rolle von mTOR auf die Skelettmuskulatur widerlegt, da eine Hyperaktivierung von mTOR sowohl bei alternden Nagetieren als auch bei menschlichen Muskeln gezeigt wurde, was darauf hindeutet, dass die mTOR-Signalgebung negative Auswirkungen auf den Muskelerhalt im Alter hat.

Trotz der positiven Wirkungen von mTOR in Bezug auf die Stimulation von MPS deuten Daten aus Tiermodellen darauf hin, dass eine pharmakologische Abschwächung der mTOR-Signalgebung mehreren altersbedingten Krankheiten und Komorbiditäten entgegenwirken und die allgemeine Gesundheitsspanne verlängern kann. Die wichtigsten negativen Alterungsmerkmale, von denen festgestellt wurde, dass sie durch Dämpfung der mTOR-Signalgebung (d. h. mit Rapamycin) verringert werden, stehen im Zusammenhang mit dem Immunsystem, der Organmorphologie, neoplastischen Erkrankungen und neurologischen Dysfunktionen, z. Motorsteuerung. Aus diesen Studien gehen die vorteilhaften Wirkungen von Rapamycin auf die Gesundheitsspanne hervor, aber dies steht im Gegensatz zu den positiven Auswirkungen der mTOR-Signalgebung auf die Muskulatur. Es wird vorhergesagt, dass die Hemmung von mTOR den Muskelproteinumsatz negativ beeinflusst, dies ist jedoch nicht der Fall.

In der Tat haben neuere Arbeiten die Vorstellung in Frage gestellt, dass die mTOR-Unterdrückung den Skelettmuskelstoffwechsel in einer Reihe von experimentellen Umgebungen negativ beeinflusst. In vorklinischen Modellen zur Alterung und/oder Muskelfunktionsstörung hatte die langfristige Verabreichung von Rapamycin keinen negativen Einfluss auf die Skelettmuskelmasse bei mit Rapamycin behandelten Mäusen im gesamten Lebensverlauf. Darüber hinaus zeigte die Langzeitverabreichung von Rapamycin (9-22 Monate) eine Milderung der mitochondrialen Muskelalterung, was sich in Markern der Stabilität des mitochondrialen DNA-Genoms widerspiegelt. Der vielleicht überzeugendste Beweis dafür, dass Rapamycin alternden Muskeln zugute kommt, stammt aus einer Studie, in der Mäusen eine Behandlung mit Rapalog (einem Rapamycin-Analogon) verabreicht wurde, bei der bei älteren sarkopenischen Tieren hyperaktive mTOR-Signale beobachtet wurden, wie dies auch bei älteren Menschen der Fall ist. Entscheidend ist, dass die Tiere nach der Rapalog-Behandlung eine Zunahme der Muskelfaserfläche zusätzlich zu einer Herunterregulierung von zellulären Seneszenzmarkern und Genen im Zusammenhang mit neuromuskulärer Denervation zeigten. Diese Arbeiten stellen die Vorstellung in Frage, dass mTOR-Hemmung im höheren Alter mit mTOR-Hyperaktivierung negative Auswirkungen haben würde, und es wird jetzt akzeptiert, dass alternde und altersassoziierte Krankheiten, die aus hyperaktiver mTORC1-Signalübertragung resultieren, von mTOR-Inhibitoren profitieren können. Daher sind Einblicke in die Auswirkungen der mTORc1-Hemmung beim Menschen erforderlich, insbesondere im Zusammenhang mit der „anabolen Resistenz“, die sowohl den Muskelerhalt als auch das Wachstumspotenzial bei älteren Erwachsenen einschränkt. Als Immunsuppressivum kann Rapamycin auch Vorteile für die Behandlung von COVID-19 bieten, was ein derzeit sehr wichtiges Gebiet der aufstrebenden Forschung ist.

In dieser Studie werden Muskelgröße, Funktion und Stoffwechsel des Teilnehmers über einen Zeitraum von 16 Wochen gemessen, während er entweder das Medikament Rapamune oder ein Placebo einnimmt. Sie werden auch 14 Wochen einseitige Widerstandsübungen mit den unten beschriebenen Besuchen absolvieren.

1. Bewertung vor dem Studium

   Vierundzwanzig Stunden vor der Teilnahme an ihrer Hauptbewertung vor der Studie werden die Teilnehmer gebeten, die markierten Tracer Kreatin (D3-markiert; Cre) und (D3) Methylhistidin (3-MH) zu konsumieren. Um diese Tracer in Urin- bzw. Plasma-Körperpools nachzuverfolgen, werden die Teilnehmer gebeten, vor dem Verzehr dieser Tracer eine Urinprobe abzugeben (die sie am nächsten Tag mitbringen), und die Blutprobe aus dem Screening wird für 3 verwendet -MH-Analyse zur Minimierung der Belastung durch die Teilnehmer. In den 24 Stunden zwischen dem Konsum des Tracer-Getränks und der Teilnahme an ihrer Bewertung vor der Studie werden die Teilnehmer gebeten, alle Urinausscheidungen zu sammeln, für die Behälter bereitgestellt werden. Die Teilnehmer werden auch gebeten, 72 Stunden nach dem Konsum des Tracer-Getränks punktuelle Urinproben um ~48 Uhr morgens zu sammeln.

   Für ihre Hauptbewertung vor der Studie werden die Teilnehmer nach dem Zufallsprinzip entweder einer Gruppe mit Rapamycin-Inhibitor (Rapamune) oder einem Placebo (passende gutartige Kapsel mit Zucker, um ein möglichst gleiches Gewicht und Aussehen wie das Behandlungsprodukt zu erreichen) zugeteilt (einfach-blind). und melden sich im Labor für ihren Bewertungstag vor der Studie. Anschließend wird eine Reihe von Basisbewertungen durchgeführt, einschließlich der Körperzusammensetzung (z. MRT und Muskelultraschall zur Bestimmung von Magermasse, Fettmasse, Muskeldicke, Querschnittsfläche (CSA) und Muskelarchitektur) und Messungen der Muskelkraft und -funktion (1-RM, MVC, Leistung, SPPBT und iEMG). Diese Maßnahmen werden während des Interventionszeitraums wiederholt, um zeitliche Veränderungen zu überwachen. Während dieses Besuchs werden 6 venöse Blutproben (~5 ml) zur Beurteilung des Muskelproteinabbaus (MPB) über den am Vortag eingenommenen 3-MH-Tracer entnommen.

   Am Ende ihres Bewertungsbesuchs vor der Studie beginnen die Teilnehmer mit einer zweiwöchigen Einführungsphase mit Rapamune- oder Placebo-Kapseln. An den Tagen 13 bis 15 dieser Einführungsphase besuchen die Teilnehmer das Labor für ihre Muskelbiopsien (jeweils 150 mg), die aus dem Vastus lateralis (VL) beider Beine entnommen werden (Ruhe und Bewegung). Diese bilaterale Biopsie-Entnahme wird es Freiwilligen ermöglichen, als ihre eigenen Kontrollen zu fungieren, indem sie sowohl ein trainiertes Bein als auch ein ausgeruhtes Bein bereitstellen; um auch die Wirkungen von Rapamune in Kombination mit einem kontraktilen Stimulus zu vergleichen. Die Biopsiestellen werden durch Nähte verschlossen, die nach 5-7 Tagen entfernt (und die Wundstelle überprüft) werden. Nach diesen anfänglichen Biopsien erhalten die Teilnehmer ihre Bolusdosis von D2O, um mit der Beurteilung der MPS-Raten zu beginnen. Um das Schwindelrisiko durch den Konsum von D2O zu minimieren, wird diese Anfangsdosis in 6-8 kleinere Dosen aufgeteilt, die über den Tag verteilt verabreicht werden. Zwei Stunden nach ihrer letzten D2O-Dosis werden die Teilnehmer gebeten, eine Speichelprobe abzugeben.

2. Widerstandstraining (RET) RET bestehend aus einseitiger Kniestreckungsübung (d. h. 6 × 8 Wiederholungen bei 75 % des Wiederholungsmaximums (1-RM)) wird 14 Wochen lang 3 x pro Woche durchgeführt. Das RET wird progressiv sein, wobei in regelmäßigen Abständen eine Neubewertung des 1-RM durchgeführt wird, um die Trainingsintensität aufrechtzuerhalten. Die Teilnehmer erhalten während dieser Besuche auch wöchentlich ihr interventionelles Medikament (für die tägliche Dosierung) und D2O-Tracer-Aufladungen (zur Beurteilung von MPS), wobei auch wöchentlich eine venöse Blutprobe entnommen wird. Die Teilnehmer werden gebeten, in der ersten Woche (ca. 2 Stunden nach der Einnahme von D2O) und danach wöchentlich Speichelproben zu entnehmen.
3. Bewertung in der Mitte der Studie 1 Nach 3 Wochen RET werden alle Basisverfahren aus den Bewertungsbesuchen vor der Studie wiederholt, mit Ausnahme der Maßnahmen in Bezug auf die D3- und 3-MH-Tracer und die MRT, die nicht durchgeführt werden bei diesem Besuch durchgeführt.
4. Bewertung während der Studienmitte 2 Nach 6 Wochen RET werden alle Basisverfahren aus den Bewertungsbesuchen vor der Studie wiederholt. Nach Woche 6 der RET wird kein weiteres D2O verabreicht oder Speichelproben entnommen.
5. Bewertung nach dem Studium Nach 14 Wochen RET werden alle Basisverfahren aus den Bewertungsbesuchen vor dem Studium wiederholt. Die Bezeichnung des Kreatins wird 13C statt D3 sein, um eine zweite Analyse der gesamten Körpermuskelmasse zu ermöglichen.