Impactos de la inhibición del objetivo mecanicista de la rapamicina (mTOR) en el músculo humano envejecido (Rapamune) (Rapamune)

El músculo esquelético es conocido por su papel en la locomoción; sin embargo, los músculos también son importantes para mantener la salud metabólica de todo el cuerpo. Los músculos esqueléticos representan una gran reserva de proteínas, cuyos aminoácidos se pueden descomponer en tiempos de ayuno, infección y enfermedad para proporcionar energía y aminoácidos para mantener otros órganos críticos. Con el aumento del envejecimiento de la población, inevitablemente aumentarán las comorbilidades relacionadas con la edad, y también la prevalencia de la fragilidad y el aumento de los costes sanitarios.

Una faceta importante de la fragilidad es la atrofia del músculo esquelético y la pérdida de función y, de manera crítica, se asocian con peores resultados clínicos (p. cirugía), por lo que mitigar la pérdida de masa muscular relacionada con la edad es crucial para un envejecimiento saludable. Los procesos de pérdida muscular con el envejecimiento en humanos son una combinación de neurodegeneración de las neuronas motoras inferiores y la atrofia concomitante de las fibras musculares. Si bien los mecanismos subyacentes de la pérdida de masa muscular relacionada con la edad no están claros, parece ser central una respuesta reducida a las señales ambientales clave, a saber, la nutrición y el movimiento ("resistencia anabólica"). Hasta la fecha, ningún fármaco ha producido los efectos de seguridad y eficacia necesarios para mitigar la pérdida muscular relacionada con la edad, por lo que el ejercicio, en particular el entrenamiento con ejercicios de resistencia (RET), sigue siendo la intervención más establecida para mejorar la masa muscular y la función en las personas mayores. No obstante, no todas las personas mayores pueden realizar RET, y las respuestas de crecimiento muscular a RET disminuyen en la edad avanzada. Como tal, la búsqueda de intervenciones para mitigar el envejecimiento muscular y maximizar las respuestas al ejercicio previo a la rehabilitación en términos de crecimiento y función muscular sigue siendo clave.

El objetivo mecánico de la rapamicina (mTOR) a menudo se denomina "regulador maestro" en relación con la homeostasis del músculo esquelético y existe en dos complejos distintos, mTORc1 y mTORc2. El papel más establecido de mTORc1 en el músculo es como un sensor celular de nutrientes y movimiento, donde las señales se transmiten a los sustratos de mTOR, regulando la tasa de traducción del ARNm y, por lo tanto, la síntesis de proteínas musculares (MPS). La actividad de mTOR es necesaria para la estimulación de MPS mediante la ingesta de proteínas dietéticas o aminoácidos libres, además de la actividad contráctil, y como tal se considera comúnmente como positiva en relación con la masa muscular. Además, se ha demostrado que la administración de rapamicina (un compuesto natural que inhibe mTORc1) junto con el ejercicio o la ingesta de nutrientes reduce la estimulación de MPS. Sin embargo, confundiendo la noción de un papel positivo de mTOR en el músculo esquelético, se ha demostrado hiperactivación de mTOR en roedores y músculos humanos envejecidos, lo que sugiere que la señalización de mTOR tiene impactos negativos en relación con el mantenimiento muscular en el envejecimiento.

A pesar de los efectos positivos de mTOR en relación con la estimulación de MPS, los datos en modelos animales sugieren que la atenuación farmacológica de la señalización de mTOR puede contrarrestar varias enfermedades y comorbilidades relacionadas con la edad, y aumentar la salud general. Las principales características negativas del envejecimiento que disminuyen al amortiguar la señalización de mTOR (es decir, con rapamicina) están relacionadas con el sistema inmunitario, la morfología de los órganos, las enfermedades neoplásicas y la disfunción neurológica, p. control del motor. A partir de estos estudios, los efectos beneficiosos de la rapamicina en la salud son claros, pero esto contrasta con los impactos positivos que tiene la señalización de mTOR en el músculo. Se podría predecir que la inhibición de mTOR tendría un impacto negativo en el recambio de proteínas musculares; sin embargo, este no es el caso.

De hecho, un trabajo reciente ha cuestionado la noción de que la supresión de mTOR tiene un impacto negativo en el metabolismo del músculo esquelético en una serie de entornos experimentales. En modelos preclínicos de envejecimiento y/o disfunción muscular, la administración a largo plazo de rapamicina no tuvo un impacto negativo en la masa muscular esquelética en ratones tratados con rapamicina a lo largo de su vida. Además, la administración a largo plazo de rapamicina (9-22 meses) mostró una mitigación del envejecimiento mitocondrial muscular, reflejado por los marcadores de estabilidad del genoma del ADN mitocondrial. Quizás la evidencia más convincente de que la rapamicina beneficia a los músculos envejecidos proviene de un estudio en el que se administró un tratamiento con rapalog (un análogo de la rapamicina) a ratones en los que se observó una señalización hiperactiva de mTOR en animales sarcopénicos envejecidos, como también se muestra en humanos mayores. Crucialmente, después del tratamiento con Rapalog, los animales demostraron aumentos en el área de la fibra muscular además de una regulación negativa de los marcadores de senescencia celular y genes asociados con la denervación neuromuscular. Estos trabajos desafían la noción de que en la vejez con hiperactivación de mTOR, la inhibición de mTOR tendría efectos negativos, y ahora se acepta que el envejecimiento y las enfermedades asociadas con la edad que surgen de la señalización hiperactiva de mTORC1 pueden beneficiarse de los inhibidores de mTOR. Como tal, se necesita conocer los efectos de la inhibición de mTORc1 en humanos, especialmente en el contexto de la "resistencia anabólica", que limita tanto el mantenimiento muscular como el potencial de crecimiento en adultos mayores. Como inmunosupresor, la rapamicina también puede presentar beneficios para el tratamiento de COVID-19, que es un área de investigación emergente muy importante en la actualidad.

En este estudio, se medirá el tamaño muscular, la función y el metabolismo del participante durante un período de 16 semanas mientras toma el medicamento Rapamune o un placebo. También completarán 14 semanas de ejercicio de resistencia unilateral con las visitas que se describen a continuación.

1. Evaluación previa al estudio

   Veinticuatro horas antes de asistir a su evaluación principal previa al estudio, se les pedirá a los participantes que consuman los marcadores de creatina etiquetados (marcados con D3; Cre) y (D3) metilhistidina (3-MH). Para rastrear estos marcadores en las reservas corporales de orina y plasma, respectivamente, se les pedirá a los participantes que proporcionen una muestra de orina antes de consumir estos marcadores (que traerán con ellos al día siguiente), y la muestra de sangre de la evaluación se usará durante 3 -Análisis de MH para minimizar la carga del participante. En las 24 horas entre el consumo de la bebida indicadora y la asistencia a su evaluación previa al estudio, se les pedirá a los participantes que recolecten toda la producción de orina para lo cual se proporcionarán recipientes. También se les pedirá a los participantes que recolecten muestras de orina puntuales ~48 amd 72 horas después de consumir la bebida trazadora.

   Para su evaluación previa al estudio principal, los participantes serán asignados aleatoriamente a un grupo de inhibidor de rapamicina (Rapamune) o placebo (combinación de cápsulas benignas que contienen azúcar para lograr el mismo peso y apariencia que el producto de tratamiento como sea posible) grupo (ciego simple), y se reportará al laboratorio para su día de evaluación previa al estudio. Luego se realizará un conjunto de evaluaciones de referencia, incluida la composición corporal (p. Resonancia magnética y ecografía muscular para determinar la masa magra, la masa grasa, el grosor muscular, el área transversal (CSA) y la arquitectura muscular) y medidas de fuerza y ​​función muscular (1-RM, MVC, potencia, SPPBT e iEMG). Estas medidas se repetirán a lo largo del período de intervención para monitorear los cambios temporales. A lo largo de esta visita, se tomarán 6 muestras de sangre venosa (~5 ml) para la evaluación de la degradación de proteínas musculares (MPB) a través del trazador 3-MH consumido el día anterior.

   Al final de su visita de evaluación previa al estudio, los participantes comenzarán una fase inicial de dos semanas de Rapamune o cápsulas de placebo. Los días 13 a 15 de esta fase inicial, los participantes asistirán al laboratorio para sus biopsias musculares (~150 mg cada una), que se recolectarán del vasto lateral (VL) de ambas piernas (reposo y ejercicio). Esta colección de biopsias bilaterales permitirá a los voluntarios actuar como sus propios controles proporcionando tanto una pierna entrenada en ejercicio como una pierna descansada; comparar también los efectos de Rapamune combinado con estímulo contráctil. Los sitios de biopsia se cerrarán con suturas, que se retiran (y se revisa el sitio de la herida) después de 5 a 7 días. Después de estas biopsias iniciales, los participantes recibirán su dosis en bolo de D2O para comenzar a evaluar las tasas de MPS. Para minimizar el riesgo de mareos por el consumo de D2O, esta dosis inicial se dividirá en 6-8 tomas más pequeñas a lo largo del día. Dos horas después de su dosis final de D2O, se les pedirá a los participantes que proporcionen una muestra de saliva.

2. Entrenamiento con ejercicios de resistencia (RET) El RET que consiste en un ejercicio de extensión de rodilla unilateral (es decir, 6 × 8 repeticiones al 75 % de una repetición máxima (1-RM)) se realizará 3 veces por semana durante 14 semanas. El RET será progresivo, realizándose la reevaluación de 1-RM a intervalos regulares para mantener la intensidad del ejercicio. A los participantes también se les proporcionará su fármaco de intervención (para la dosificación diaria) y las recargas del marcador D2O (para la evaluación de MPS) semanalmente durante estas visitas, con una muestra de sangre venosa también recolectada semanalmente. Se pedirá a los participantes que recolecten muestras de saliva diarias durante la primera semana (~ 2 horas después del consumo de D2O) y luego semanalmente.
3. Evaluación a mitad del estudio 1 Después de 3 semanas de RET, se repetirán todos los procedimientos de referencia de las visitas de evaluación previas al estudio, con la excepción de las medidas relacionadas con los trazadores D3 y 3-MH, y la resonancia magnética que no se realizado en esta visita.
4. Evaluación 2 a mitad del estudio Después de 6 semanas de RET, se repetirán todos los procedimientos de referencia de las visitas de evaluación previas al estudio. No se administrará más D2O ni se recolectarán muestras de saliva después de la semana 6 de RET.
5. Evaluación posterior al estudio Después de 14 semanas de RET, se repetirán todos los procedimientos de referencia de las visitas de evaluación previas al estudio. La etiqueta de la creatina será 13C en lugar de D3 para permitir un segundo análisis de la masa muscular de todo el cuerpo.