나이든 인간 근육(라파뮨)에 대한 라파마이신의 기계적 표적(mTOR) 억제의 영향 (Rapamune)

골격근은 이동의 역할로 알려져 있지만 근육은 전신 대사 건강을 유지하는 데에도 중요합니다. 골격근은 광대한 단백질 저장고를 나타내며, 아미노산은 단식, 감염 및 질병 시 분해되어 다른 중요한 기관을 유지하기 위한 에너지와 아미노산을 제공합니다. 고령화 인구가 증가함에 따라 필연적으로 연령 관련 동반 질환이 증가하고 노쇠가 만연하고 의료 비용이 증가합니다.

노쇠의 주요 측면은 골격근 위축 및 기능 상실이며, 결정적으로 이는 더 나쁜 임상 결과(예: 수술), 따라서 연령 관련 근육 손실을 완화하는 것이 건강한 노화를 위해 매우 중요합니다. 인간의 노화에 따른 근육 손실 과정은 하위 운동 뉴런의 신경퇴화와 수반되는 근육 섬유 위축의 조합입니다. 연령 관련 근육 손실의 근본적인 메커니즘은 불분명하지만, 주요 환경 단서, 즉 영양 및 운동("단백동화 저항")에 대한 반응성 감소가 핵심인 것으로 보입니다. 현재까지 연령 관련 근육 손실을 완화하는 데 필요한 안전성 및 효능 효과를 나타내는 의약품이 없기 때문에 운동, 특히 저항 운동 훈련(RET)은 노인의 근육량과 기능을 개선하기 위한 가장 확립된 개입으로 남아 있습니다. 그럼에도 불구하고 모든 노인이 RET를 수행할 수 있는 것은 아니며 RET에 대한 근육 성장 반응은 노년기에 감소합니다. 따라서 근육 노화를 완화하고 근육 성장 및 기능 측면에서 운동 전/재활에 대한 반응을 최대화하기 위한 개입을 찾는 것이 핵심입니다.

라파마이신(mTOR)의 기계적 표적은 종종 골격근 항상성과 관련하여 "마스터 조절기"라고 불리며 mTORc1 및 mTORc2라는 두 가지 별개의 복합체에 존재합니다. 근육에서 mTORc1의 가장 확립된 역할은 신호가 mTOR 기질로 전달되어 mRNA 번역 속도를 조절하여 근육 단백질 합성(MPS)을 조절하는 영양소 및 움직임의 세포 센서로서의 역할입니다. mTOR 활동은 수축 활동 외에도 식이 단백질 또는 유리 아미노산 섭취에 의한 MPS 자극에 필요하며, 따라서 일반적으로 근육량과 관련하여 긍정적인 것으로 생각됩니다. 또한 운동이나 영양 섭취와 함께 라파마이신(mTORc1을 억제하는 자연 발생 화합물)을 투여하면 MPS의 자극이 감소하는 것으로 나타났습니다. 그러나 골격근에 대한 mTOR의 긍정적인 역할에 대한 개념을 혼란스럽게 만드는 mTOR의 과활성화는 노화된 설치류와 인간 근육 모두에서 나타났으며, 이는 mTOR 신호가 노화에서 근육 유지와 관련하여 부정적인 영향을 미친다는 것을 시사합니다.

MPS의 자극과 관련하여 mTOR의 긍정적인 효과에도 불구하고, 동물 모델 데이터에서 mTOR 신호의 약리학적 감쇠가 여러 연령 관련 질병 및 동반 질환에 대응할 수 있고 전반적인 건강 기간을 증가시킬 수 있음을 시사합니다. mTOR 신호 전달(즉, 라파마이신 사용)을 약화시킴으로써 감소되는 것으로 밝혀진 주요 부정적인 노화 특성은 면역 체계, 기관 형태, 신생물성 질병 및 신경학적 기능 장애(예: 모터 제어. 이러한 연구에서 건강 수명에 대한 라파마이신의 유익한 효과는 분명하지만 이는 mTOR 신호가 근육에 미치는 긍정적인 영향과 대조됩니다. mTOR의 억제는 근육 단백질 회전율에 부정적인 영향을 미칠 것으로 예상되지만 그렇지 않습니다.

실제로, 최근 작업은 여러 실험 설정에서 골격근 대사에 부정적인 영향을 미치는 mTOR 억제의 개념에 도전했습니다. 노화 및/또는 근육 기능 장애의 전임상 모델에서, 라파마이신의 장기 투여는 평생 동안 라파마이신으로 처리된 마우스의 골격근 질량에 부정적인 영향을 미치지 않았습니다. 추가적으로, 라파마이신의 장기 투여(9-22개월)는 미토콘드리아 DNA 게놈 안정성의 마커에 의해 반영되는 근육 미토콘드리아 노화의 완화를 보여주었다. 아마도 노화 근육에 도움이 되는 라파마이신의 가장 강력한 증거는 라파로그(라파마이신 유사체) 치료가 쥐에게 투여된 연구에서 나온 것일 것입니다. 여기서 과활성 mTOR 신호는 노화된 근육감소 동물에서 관찰되었으며, 이는 나이든 인간에서도 나타납니다. 결정적으로, Rapalog 치료 후 동물은 신경근 탈신경과 관련된 세포 노화 마커 및 유전자의 하향 조절 외에도 근육 섬유 영역의 증가를 입증했습니다. 이러한 연구는 mTOR 과활성화가 있는 노년기에서 mTOR 억제가 부정적인 영향을 미칠 것이라는 개념에 도전하며, 이제 mTORC1 신호의 과잉 활동으로 인해 발생하는 노화 및 노화 관련 질병이 mTOR 억제제의 혜택을 받을 수 있다는 것이 받아들여지고 있습니다. 이와 같이, mTORc1 억제 효과에 대한 통찰력은 특히 노인의 근육 유지 및 성장 잠재력을 모두 제한하는 "단백 동화 저항"의 맥락에서 인간에게 필요합니다. 면역억제제로서 라파마이신은 또한 현재 신흥 연구 분야에서 매우 중요한 COVID-19 치료에 이점을 제공할 수 있습니다.

이 연구에서 참가자는 Rapamune 또는 위약을 복용하는 동안 16주 동안 근육 크기, 기능 및 대사를 측정하게 됩니다. 그들은 또한 아래에 설명된 방문으로 14주간의 일방적인 저항 운동을 완료할 것입니다.

1. 사전 연구 평가

   주요 사전 연구 평가에 참석하기 24시간 전에 참가자는 표지된 크레아틴(D3 표지; Cre) 및 (D3) 메틸히스티딘(3-MH) 추적자를 소비하도록 요청받습니다. 이 추적자를 각각 소변 및 혈장 체내 풀로 추적하기 위해 참가자는 이 추적자를 소비하기 전에 소변 샘플을 제공하도록 요청받게 되며(다음날 가져옴) 스크리닝의 혈액 샘플은 3일 동안 사용됩니다. - 참여자의 부담을 최소화하기 위한 MH 분석. 추적자 음료 섭취와 사전 연구 평가 참여 사이의 24시간 동안 참가자는 용기가 제공될 모든 소변 배출을 수집하도록 요청받을 것입니다. 참가자는 또한 추적자 음료를 마신 후 ~48 amd 72시간에 부분 소변 샘플을 수집해야 합니다.

   주요 사전 연구 평가를 위해 참가자는 무작위로 라파마이신 억제제(Rapamune) 또는 위약(치료 제품과 동일한 무게와 모양을 달성하기 위해 설탕을 함유한 양성 캡슐 일치) 그룹(단일 맹검)에 무작위로 배정됩니다. 사전 연구 평가일에 실험실에 보고합니다. 그런 다음 체성분(예: 제지방량, 지방량, 근육 두께, 단면적(CSA) 및 근육 구조) 및 근력 및 기능 측정(1-RM, MVC, 파워, SPPBT 및 iEMG)을 결정하기 위한 MRI 및 근육 초음파. 이러한 조치는 시간적 변화를 모니터링하기 위해 개입 기간 내내 반복됩니다. 이 방문을 통해 전날 섭취한 3-MH 추적자를 통해 근육 단백질 분해(MPB)를 평가하기 위해 6개의 정맥혈 샘플(~5ml)을 채취합니다.

   사전 연구 평가 방문이 끝나면 참가자는 Rapamune 또는 위약 캡슐의 2주 도입 단계를 시작합니다. 이 도입 단계의 13-15일에 참가자는 양쪽 다리(휴식 및 운동)의 외측광근(VL)에서 수집되는 근육 생검(각각 ~150mg)을 위해 실험실에 참석합니다. 이 양측 생검 수집을 통해 자원봉사자는 운동 훈련된 다리와 휴식된 다리를 모두 제공함으로써 자신의 컨트롤 역할을 할 수 있습니다. 또한 수축성 자극과 결합된 Rapamune의 효과를 비교합니다. 생검 부위는 봉합사로 봉합되며, 봉합사는 5-7일 후에 제거됩니다(상처 부위 확인). 이러한 초기 생검 후 참가자는 MPS의 비율 평가를 시작하기 위해 D2O의 볼루스 용량을 받게 됩니다. D2O 소비로 인한 현기증의 위험을 최소화하기 위해 이 초기 복용량은 하루 종일 제공되는 6-8개의 작은 용량으로 분할됩니다. 최종 D2O 투여 2시간 후 참가자는 타액 샘플을 제공해야 합니다.

2. 저항 운동 훈련(RET) 편측 무릎 신전 운동(즉, 최대 1회 반복(1-RM)의 75%에서 6 × 8회 반복)으로 구성된 RET는 14주 동안 매주 3회 수행됩니다. RET는 점진적이며, 운동 강도를 유지하기 위해 정기적으로 수행되는 1-RM의 재평가. 참가자는 또한 이러한 방문 중에 매주 개입 약물(매일 투여용) 및 D2O 추적자 보충(MPS 평가용)을 제공받게 되며, 정맥혈 샘플도 매주 수집됩니다. 참가자는 첫 주(D2O 섭취 후 ~2시간) 동안 매일 타액 샘플을 수집하고 그 이후에는 매주 타액 샘플을 수집해야 합니다.
3. 연구 중간 평가 1 RET 3주 후, 연구 전 평가 방문의 모든 기본 절차가 반복됩니다. 단, D3 및 3-MH 추적자와 관련된 측정은 제외되며, 이번 방문에서 수행되었습니다.
4. 연구 중간 평가 2 RET 6주 후, 연구 전 평가 방문의 모든 기본 절차가 반복됩니다. RET 6주 후에 더 이상 D2O를 제공하거나 타액 샘플을 수집하지 않습니다.
5. 연구 후 평가 RET 14주 후에 연구 전 평가 방문의 모든 기본 절차가 반복됩니다. 크레아틴 라벨은 전신 근육량의 두 번째 분석을 허용하기 위해 D3 대신 13C입니다.