Effecten van mechanistische doelwit van Rapamycine (mTOR) remming op verouderde menselijke spieren (Rapamune) (Rapamune)

Skeletspieren staan ​​bekend om hun rol bij de voortbeweging, maar spieren zijn ook belangrijk voor het behoud van de metabolische gezondheid van het hele lichaam. Skeletspieren vertegenwoordigen een enorme eiwitvoorraad, waarvan de aminozuren kunnen worden afgebroken in tijden van vasten, infectie en ziekte om energie en aminozuren te leveren om andere kritieke organen in stand te houden. Met de toenemende vergrijzing zal dit onvermijdelijk leiden tot meer leeftijdsgerelateerde comorbiditeit, en ook tot meer kwetsbaarheid en hogere zorgkosten.

Een belangrijk facet van fragiliteit is skeletspieratrofie en functieverlies, en kritisch gezien gaan deze gepaard met slechtere klinische uitkomsten (bijv. operatie), dus het verminderen van leeftijdsgerelateerd spierverlies is cruciaal voor gezond ouder worden. De processen van spierverlies bij veroudering bij mensen zijn een combinatie van neurodegeneratie van lagere motorneuronen en daarmee gepaard gaande spiervezelatrofie. Hoewel de onderliggende mechanismen van leeftijdsgerelateerd spierverlies onduidelijk zijn, lijkt een verminderde reactie op belangrijke omgevingsfactoren, namelijk voeding en beweging ("anabole weerstand"), centraal te staan. Tot op heden hebben geen geneesmiddelen de noodzakelijke veiligheids- en werkzaamheidseffecten opgeleverd om leeftijdsgebonden spierverlies te verminderen, dus lichaamsbeweging, met name weerstandstraining (RET), blijft de meest gevestigde interventie om de spiermassa en -functie bij oudere mensen te verbeteren. Desalniettemin kunnen niet alle oudere mensen RET uitvoeren, en de spiergroeireacties op RET nemen op oudere leeftijd af. Als zodanig blijft de zoektocht naar interventies om spierveroudering tegen te gaan en de respons op pre-/revalidatieoefeningen in termen van spiergroei en -functie te maximaliseren, van cruciaal belang.

Het mechanistische doelwit van rapamycine (mTOR) wordt vaak een "hoofdregulator" genoemd met betrekking tot de homeostase van skeletspieren en bestaat in twee verschillende complexen, mTORc1 en mTORc2. De meest gevestigde rol van mTORc1 in spieren is als een cellulaire sensor van voedingsstoffen en beweging, waarbij signalen worden overgebracht naar mTOR-substraten, waardoor de snelheid van mRNA-translatie en dus spiereiwitsynthese (MPS) wordt gereguleerd. mTOR-activiteit is vereist voor de stimulatie van MPS door inname van voedingseiwitten of vrije aminozuren, naast contractiele activiteit, en wordt als zodanig algemeen beschouwd als positief in relatie tot spiermassa. Bovendien is aangetoond dat toediening van rapamycine (een natuurlijk voorkomende verbinding die mTORc1 remt) naast lichaamsbeweging of inname van voedingsstoffen de stimulatie van MPS vermindert. Echter, het idee van een positieve rol van mTOR op skeletspieren verwarrend, is hyperactivering van mTOR aangetoond in zowel verouderende knaagdier- als menselijke spieren, wat suggereert dat mTOR-signalering negatieve effecten heeft met betrekking tot spieronderhoud bij veroudering.

Ondanks de positieve effecten van mTOR met betrekking tot de stimulatie van MPS, suggereren gegevens in diermodellen dat farmacologische verzwakking van mTOR-signalering verschillende leeftijdsgerelateerde ziekten en comorbiditeiten kan tegengaan en de algehele gezondheidsspanne kan verbeteren. De belangrijkste negatieve verouderingskenmerken waarvan is vastgesteld dat ze worden verminderd door mTOR-signalering te dempen (d.w.z. met rapamycine) houden verband met het immuunsysteem, orgaanmorfologie, neoplastische ziekte en neurologische disfunctie, b.v. motorische controle. Uit deze onderzoeken zijn de gunstige effecten van rapamycine op de gezondheidsspanne duidelijk, maar dit staat in contrast met de positieve effecten die mTOR-signalering op spieren heeft. Er zou worden voorspeld dat remming van mTOR een negatieve invloed zou hebben op de spiereiwitomzetting, maar dit is niet het geval.

Recent werk heeft inderdaad het idee uitgedaagd dat mTOR-onderdrukking een negatieve invloed heeft op het skeletspiermetabolisme in een aantal experimentele omgevingen. In preklinische modellen van veroudering en/of spierdisfunctie had langdurige toediening van rapamycine geen negatieve invloed op de skeletspiermassa bij muizen die gedurende hun hele leven met rapamycine werden behandeld. Bovendien toonde langdurige toediening van rapamycine (9-22 maanden) een vermindering van mitochondriale spierveroudering aan, weerspiegeld door markers van mitochondriale DNA-genoomstabiliteit. Misschien wel het meest overtuigende bewijs dat rapamycine de verouderende spieren ten goede komt, is afkomstig uit een onderzoek waarbij rapalog (een rapamycine-analoog) werd toegediend aan muizen waarbij hyperactieve mTOR-signalering werd waargenomen bij oude sarcopene dieren, zoals ook wordt aangetoond bij oudere mensen. Cruciaal is dat dieren die Rapalog-behandeling volgden een toename van het spiervezelgebied vertoonden, naast een neerwaartse regulatie van cellulaire senescentiemarkers en genen die geassocieerd zijn met neuromusculaire denervatie. Deze werken betwisten het idee dat op oudere leeftijd met mTOR-hyperactivering mTOR-remming negatieve effecten zou hebben, en het wordt nu geaccepteerd dat veroudering en leeftijdsgebonden ziekten die voortkomen uit hyperactieve mTORC1-signalering baat kunnen hebben bij mTOR-remmers. Als zodanig is inzicht in de effecten van mTORc1-remming bij mensen nodig, vooral in de context van "anabole resistentie", die zowel spieronderhoud als groeipotentieel bij oudere volwassenen beperkt. Als immunosuppressivum kan rapamycine ook voordelen bieden voor de behandeling van COVID-19, een momenteel zeer belangrijk gebied van opkomend onderzoek.

In deze studie worden de spieromvang, -functie en het metabolisme van de deelnemer gedurende een periode van 16 weken gemeten, terwijl hij het medicijn Rapamune of een placebo gebruikt. Ze zullen ook 14 weken unilaterale weerstandsoefeningen voltooien met de hieronder beschreven bezoeken.

1. Beoordeling voorafgaand aan de studie

   Vierentwintig uur voor het bijwonen van hun belangrijkste pre-studie assessment, zullen de deelnemers worden gevraagd om de gelabelde creatine (D3-gelabeld; Cre) en (D3) methylhistidine (3-MH) tracers te consumeren. Om deze tracers op te sporen in respectievelijk urine- en plasmalichaamspools, wordt de deelnemers gevraagd om een ​​urinemonster af te staan ​​voordat ze deze tracers consumeren (die ze de volgende dag meebrengen), en het bloedmonster van de screening zal gedurende 3 -MH-analyse om de belasting van deelnemers te minimaliseren. In de 24 uur tussen het nuttigen van de tracerdrank en het bijwonen van hun beoordeling voorafgaand aan de studie, zullen de deelnemers worden gevraagd om alle urineproductie op te vangen waarvoor containers zullen worden verstrekt. Deelnemers zullen ook worden gevraagd om spot-urinemonsters te verzamelen op ~ 48 en 72 uur na consumptie van de tracerdrank.

   Voor hun belangrijkste beoordeling voorafgaand aan de studie worden de deelnemers willekeurig toegewezen aan een rapamycineremmer (Rapamune) of een placebogroep (een goedaardige capsule die suiker bevat om een ​​zo gelijk mogelijk gewicht en uiterlijk te bereiken als het behandelingsproduct) (enkelblind), en zullen zich melden bij het laboratorium voor hun beoordelingsdag voorafgaand aan de studie. Vervolgens wordt een reeks basisbeoordelingen uitgevoerd, inclusief lichaamssamenstelling (bijv. MRI en spier-echografie om vetvrije massa, vetmassa, spierdikte, dwarsdoorsnedegebied (CSA) en spierarchitectuur) en metingen van spierkracht en functie (1-RM, MVC, kracht, SPPBT en iEMG) te bepalen. Deze maatregelen zullen tijdens de interventieperiode worden herhaald om tijdelijke veranderingen op te volgen. Tijdens dit bezoek zullen 6 veneuze bloedmonsters (~5 ml) worden genomen voor de beoordeling van spiereiwitafbraak (MPB) via de 3-MH-tracer die de vorige dag is ingenomen.

   Aan het einde van hun beoordelingsbezoek voorafgaand aan de studie beginnen de deelnemers aan een twee weken durende gewenningsfase van Rapamune- of placebocapsules. Op dag 13-15 van deze voorbereidingsfase gaan de deelnemers naar het laboratorium voor hun spierbiopten (~150 mg elk), die worden afgenomen van de vastus lateralis (VL) van beide benen (rust en inspanning). Deze bilaterale biopsiecollectie stelt vrijwilligers in staat om als hun eigen controles te fungeren door zowel een getraind been als een rustend been te geven; om ook de effecten van Rapamune in combinatie met contractiele stimulus te vergelijken. Biopsieplaatsen worden gesloten met hechtingen, die na 5-7 dagen worden verwijderd (en de wond wordt gecontroleerd). Na deze eerste biopsieën krijgen de deelnemers hun bolusdosis D2O om te beginnen met het beoordelen van de MPS-snelheden. Om het risico op duizeligheid door D2O-consumptie te minimaliseren, wordt deze startdosis verdeeld over 6-8 kleinere dosissen gedurende de dag. Twee uur na hun laatste D2O-dosis wordt de deelnemers gevraagd om een ​​speekselmonster af te staan.

2. Weerstandstraining (RET) RET bestaande uit eenzijdige knie-extensieoefening (d.w.z. 6 × 8 herhalingen met 75% van één herhalingsmaximum (1-RM)) wordt 3 x per week 14 weken uitgevoerd. De RET is progressief, met herbeoordeling van 1-RM die met regelmatige tussenpozen wordt uitgevoerd om de trainingsintensiteit te behouden. Deelnemers krijgen tijdens deze bezoeken ook wekelijks hun interventiegeneesmiddel (voor dagelijkse dosering) en D2O-tracer-top-ups (voor de beoordeling van MPS), waarbij ook wekelijks een veneus bloedmonster wordt afgenomen. Deelnemers wordt gevraagd om gedurende de eerste week (~ 2 uur na D2O-consumptie) dagelijks speekselmonsters te verzamelen, en daarna wekelijks.
3. Beoordeling halverwege de studie 1 Na 3 weken RET worden alle basislijnprocedures van de beoordelingsbezoeken voorafgaand aan de studie herhaald, met uitzondering van de maatregelen met betrekking tot de D3- en 3-MH-tracers en MRI, die niet worden uitgevoerd. uitgevoerd tijdens dit bezoek.
4. Beoordeling halverwege de studie 2 Na 6 weken RET worden alle basislijnprocedures van de beoordelingsbezoeken voorafgaand aan de studie herhaald. Na week 6 van de RET wordt geen D2O meer gegeven of speeksel afgenomen.
5. Beoordeling na de studie Na 14 weken RET worden alle basislijnprocedures van de beoordelingsbezoeken voorafgaand aan de studie herhaald. Het label van de creatine is 13C in plaats van D3 om een ​​tweede analyse van de spiermassa van het hele lichaam mogelijk te maken.