Rapamysiinin (mTOR) eston mekaanisen kohteen vaikutukset ikääntyneeseen ihmisen lihakseen (Rapamune) (Rapamune)

Luustolihas tunnetaan roolistaan ​​liikkumisessa, mutta lihakset ovat myös tärkeitä koko kehon aineenvaihdunnan terveyden ylläpitämisessä. Luustolihakset edustavat laajaa proteiinivarastoa, josta aminohapot voidaan hajottaa paaston, infektioiden ja sairauksien aikana energian ja aminohappojen saamiseksi muiden kriittisten elinten ylläpitämiseen. Väestön ikääntymisen lisääntyessä tämä lisää väistämättä ikääntymiseen liittyviä rinnakkaissairauksia ja myös heikkoutta ja kohonneita terveydenhuoltokustannuksia.

Haurauden pääasiallinen puoli on luustolihasten surkastuminen ja toiminnan menetys, ja kriittisesti nämä liittyvät huonompiin kliinisiin tuloksiin (esim. leikkaus), joten ikääntymiseen liittyvän lihaskadon lieventäminen on terveen ikääntymisen kannalta ratkaisevan tärkeää. Ikääntymisen myötä tapahtuvat lihasten menetysprosessit ihmisillä ovat yhdistelmä alempien motoristen hermosolujen hermoston rappeutumista ja samanaikaista lihaskuituatrofiaa. Vaikka ikääntymiseen liittyvän lihasten menettämisen taustalla olevat mekanismit ovat epäselviä, heikentynyt reaktio keskeisiin ympäristön vihjeisiin, nimittäin ravitsemukseen ja liikkumiseen ("anabolinen vastustus"), näyttäisi olevan keskeinen. Tähän mennessä mikään lääkeaine ei ole tuottanut tarvittavia turvallisuus- ja tehovaikutuksia ikääntymiseen liittyvän lihaskadon lieventämiseksi, joten harjoittelu, erityisesti vastustusharjoittelu (RET), on edelleen vakiintunein ikääntyneiden ihmisten lihasmassan ja toiminnan parantaminen. Siitä huolimatta, kaikki iäkkäät ihmiset eivät voi suorittaa RET:tä, ja lihaskasvuvasteet RET:iin ovat heikentyneet vanhemmalla iällä. Sellaisenaan interventioiden etsiminen lihasten ikääntymisen hillitsemiseksi ja harjoituksen esi-/kuntoutusreaktioiden maksimoimiseksi lihasten kasvun ja toiminnan kannalta on edelleen avainasemassa.

Rapamysiinin (mTOR) mekaanista kohdetta kutsutaan usein "pääsäätelijäksi" suhteessa luustolihasten homeostaasiin, ja se esiintyy kahdessa erillisessä kompleksissa, mTORc1 ja mTORc2. MTORc1:n vakiintunein rooli lihaksessa on solun ravinteiden ja liikkeen anturi, jossa signaalit välitetään mTOR-substraatteihin sääteleen mRNA:n translaationopeutta ja siten lihasproteiinisynteesiä (MPS). mTOR-aktiivisuutta tarvitaan MPS:n stimulaatioon ottamalla ravinnon proteiineja tai vapaita aminohappoja supistuvan aktiivisuuden lisäksi, ja sellaisena sen ajatellaan yleisesti olevan positiivinen suhteessa lihasmassaan. Lisäksi rapamysiinin (luonnollisesti esiintyvä yhdiste, joka inhiboi mTORc1:tä) antamisen harjoituksen tai ravintoaineiden saannin kanssa on osoitettu vähentävän MPS:n stimulaatiota. Kuitenkin sekoittaen käsityksen mTOR:n positiivisesta roolista luurankolihaksissa, mTOR:n hyperaktivoitumista on osoitettu sekä ikääntyvien jyrsijöiden että ihmisen lihaksissa, mikä viittaa siihen, että mTOR-signalointi vaikuttaa negatiivisesti lihasten ylläpitoon ikääntymisen aikana.

Huolimatta mTOR:n positiivisista vaikutuksista MPS:n stimulaatioon, eläinmalleissa saadut tiedot viittaavat siihen, että mTOR-signaloinnin farmakologinen vaimennus voi torjua useita ikään liittyviä sairauksia ja muita sairauksia ja lisätä yleistä terveydentilaa. Tärkeimmät negatiiviset ikääntymispiirteet, joiden on havaittu vähenevän vaimentamalla mTOR-signalointia (eli rapamysiinillä), liittyvät immuunijärjestelmään, elinten morfologiaan, neoplastiseen sairauteen ja neurologisiin toimintahäiriöihin, esim. moottoriohjaus. Näiden tutkimusten perusteella rapamysiinin hyödylliset vaikutukset terveyteen ovat selvät, mutta tämä eroaa mTOR-signaloinnin positiivisista vaikutuksista lihakseen. mTOR:n estämisen ennustetaan vaikuttavan negatiivisesti lihasproteiinien kiertoon, mutta näin ei ole.

Viimeaikainen työ onkin haastanut käsityksen mTOR-suppressiosta, joka vaikuttaa negatiivisesti luustolihasten aineenvaihduntaan useissa kokeellisissa olosuhteissa. Prekliinisissä ikääntymisen ja/tai lihasten toimintahäiriöiden malleissa rapamysiinin pitkäaikainen anto ei vaikuttanut negatiivisesti luuston lihasmassaan hiirillä, joita hoidettiin rapamysiinillä koko elämän ajan. Lisäksi pitkäaikainen rapamysiinin antaminen (9-22 kuukautta) osoitti lihasten mitokondrioiden ikääntymisen lieventymistä, mikä heijastui mitokondrioiden DNA:n genomin stabiiliuden markkereista. Ehkä vakuuttavin todiste rapamysiinin hyötymisestä ikääntyvien lihasten suhteen on tutkimuksesta, jossa rapalog-hoitoa (rapamysiinianalogi) annettiin hiirille, missä hyperaktiivista mTOR-signalointia havaittiin iäkkäillä sarkopeenisilla eläimillä, kuten myös vanhemmilla ihmisillä on osoitettu. Rapalog-hoidon jälkeen eläimet osoittivat lihassäikeen pinta-alan lisääntymistä sen lisäksi, että solujen vanhenemismarkkerit ja hermolihaksen denervaatioon liittyvät geenit vähenivät. Nämä teokset haastavat käsityksen, että vanhemmalla iällä mTOR-hyperaktivaatiolla mTOR:n estämisellä olisi kielteisiä vaikutuksia, ja nyt on hyväksytty, että ikääntyminen ja ikään liittyvät sairaudet, jotka johtuvat hyperaktiivisesta mTORC1-signalointista, voivat hyötyä mTOR-estäjistä. Sellaisenaan ymmärrystä mTORc1:n estämisen vaikutuksista tarvitaan ihmisillä, erityisesti "anabolisen resistenssin" yhteydessä, joka rajoittaa sekä lihasten ylläpitoa että kasvupotentiaalia vanhemmilla aikuisilla. Immunosuppressanttina rapamysiini voi myös tarjota etuja COVID-19:n hoidossa, joka on tällä hetkellä erittäin tärkeä nousevan tutkimuksen ala.

Tässä tutkimuksessa osallistujan lihaksen kokoa, toimintaa ja aineenvaihduntaa mitataan 16 viikon aikana joko Rapamune-lääkettä tai lumelääkettä käyttäessään. He suorittavat myös 14 viikon yksipuolisen vastustusharjoituksen alla kuvattujen käyntien kera.

1. Arviointi ennen opintoja

   Kaksikymmentäneljä tuntia ennen osallistumista pääasialliseen esitutkimukseen osallistujia pyydetään nauttimaan merkittyjä kreatiini- (D3-leimattu; Cre) ja (D3) metyylihistidiini- (3-MH) -merkkiaineita. Näiden merkkiaineiden jäljittämiseksi virtsa- ja plasmavartalopooliin osallistujia pyydetään toimittamaan virtsanäyte ennen näiden merkkiaineiden nauttimista (jotka he tuovat mukanaan seuraavana päivänä), ja seulonnasta saatua verinäytettä käytetään 3 -MH-analyysi osallistujien taakan minimoimiseksi. Merkkijuoman nauttimisen ja ennakkoarviointiin osallistumisen välisenä 24 tunnin aikana osallistujia pyydetään keräämään kaikki virtsan eritteet, joita varten säiliöt toimitetaan. Osallistujia pyydetään myös ottamaan pistevirtsanäytteitä noin 48 ja 72 tunnin kuluttua merkkijuoman nauttimisesta.

   Pääasiallista esitutkimusta varten osallistujat jaetaan satunnaisesti joko rapamysiini-inhibiittori (Rapamune) tai lumelääke (sopiva hyvänlaatuinen sokeria sisältävä kapseli saavuttaakseen mahdollisimman saman painon ja ulkonäön hoitotuotteen kanssa) (yksisokea), ja raportoivat laboratorioon tutkimusta edeltävää arviointipäivää varten. Sitten suoritetaan joukko perusarviointeja, mukaan lukien kehon koostumus (esim. MRI ja lihasten ultraääni vähärasvaisen massan, rasvamassan, lihaspaksuuden, poikkileikkausalan (CSA) ja lihasarkkitehtuurin määrittämiseksi sekä lihasvoiman ja toiminnan mittaukset (1-RM, MVC, teho, SPPBT ja iEMG). Nämä toimenpiteet toistetaan koko interventiojakson ajan ajan muutosten seuraamiseksi. Koko tämän käynnin aikana otetaan 6 laskimoverinäytettä (~5 ml) lihasproteiinien hajoamisen (MPB) arvioimiseksi edellisenä päivänä nautitun 3-MH-merkkiaineen avulla.

   Tutkimusta edeltävän arviointikäynnin lopussa osallistujat aloittavat kahden viikon Rapamune- tai lumekapseleiden aloitusvaiheen. Tämän aloitusvaiheen päivänä 13-15 osallistujat osallistuvat laboratorioon lihasbiopsioiden (noin 150 mg kukin), jotka kerätään molempien jalkojen (lepo ja harjoitus) vastus lateralisista (VL). Tämä kahdenvälinen biopsiakokoelma antaa vapaaehtoisille mahdollisuuden toimia omina kontrollinaan tarjoamalla sekä harjoittelun että levänneen jalan; vertailla myös Rapamunen vaikutuksia yhdessä supistusärsykkeen kanssa. Biopsiakohdat suljetaan ompeleilla, jotka poistetaan (ja haavakohta tarkistetaan) 5-7 päivän kuluttua. Näiden alustavien biopsioiden jälkeen osallistujille annetaan D2O:n bolusannos MPS:n arvioinnin aloittamiseksi. D2O-kulutuksen aiheuttaman huimauksen riskin minimoimiseksi tämä aloitusannos jaetaan 6-8 pienempään annostukseen päivän aikana. Kaksi tuntia viimeisen D2O-annoksen jälkeen osallistujia pyydetään toimittamaan sylkinäyte.

2. Resistenssiharjoittelu (RET) RET, joka koostuu yksipuolisesta polven ojennusharjoituksesta (eli 6 × 8 toistoa 75 % toiston enimmäismäärästä (1-RM)), suoritetaan 3 x viikossa 14 viikon ajan. RET on progressiivinen, 1-RM:n uudelleenarviointi suoritetaan säännöllisin väliajoin harjoituksen intensiteetin ylläpitämiseksi. Osallistujille tarjotaan myös interventiolääkkeensä (päivittäistä annostelua varten) ja D2O-merkkiainelisäyksiä (MPS:n arviointia varten) viikoittain näiden käyntien aikana, ja myös laskimoverinäyte otetaan viikoittain. Osallistujia pyydetään keräämään päivittäisiä sylkinäytteitä ensimmäisen viikon ajan (n. 2 tuntia D2O-kulutuksen jälkeen) ja sen jälkeen viikoittain.
3. Arviointi tutkimuksen puolivälissä 1 Kolmen viikon RET:n jälkeen kaikki tutkimusta edeltävien arviointikäyntien perusmenettelyt toistetaan, lukuun ottamatta D3- ja 3-MH-merkkiaineisiin liittyviä toimenpiteitä sekä magneettikuvausta, jota ei tehdä. suoritettu tällä vierailulla.
4. Tutkimuksen puolivälin arviointi 2 6 viikon RET:n jälkeen kaikki tutkimusta edeltävien arviointikäyntien perusmenettelyt toistetaan. RET-viikon 6 jälkeen ei enää anneta D2O:ta eikä oteta sylkinäytteitä.
5. Tutkimuksen jälkeinen arviointi 14 viikon RET:n jälkeen kaikki tutkimusta edeltävien arviointikäyntien perusmenettelyt toistetaan. Kreatiinin etiketti on 13C D3:n sijaan, jotta koko kehon lihasmassasta voidaan analysoida toinen analyysi.