Virkninger av mekanistisk mål for Rapamycin (mTOR)-hemming på eldre menneskelige muskler (Rapamune) (Rapamune)

Skjelettmuskulaturen er kjent for sin rolle i bevegelse, men muskler er også viktige for å opprettholde metabolsk helse i hele kroppen. Skjelettmuskulaturen representerer et enormt proteinlager, aminosyrene som kan brytes ned i tider med faste, infeksjon og sykdom for å gi energi og aminosyrer for å opprettholde andre kritiske organer. Med økning i den aldrende befolkningen vil dette uunngåelig øke aldersrelaterte komorbiditeter, og også utbredelsen av skrøpelighet og økte helsekostnader.

En hovedfasett av skrøpelighet er skjelettmuskelatrofi og funksjonstap, og kritisk er disse assosiert med dårligere kliniske resultater (f. kirurgi), så å redusere aldersrelatert muskeltap er avgjørende for sunn aldring. Prosessene med muskeltap med aldring hos mennesker er en kombinasjon av nevrodegenerasjon av lavere motoriske nevroner og samtidig muskelfiberatrofi. Mens de underliggende mekanismene for aldersrelatert muskeltap er uklare, vil en redusert respons på viktige miljøsignaler, nemlig ernæring og bevegelse ("anabol motstand"), synes å være sentral. Til dags dato har ingen legemidler gitt de nødvendige sikkerhets- og effekteffektene for å redusere aldersrelatert muskeltap, så trening, spesielt motstandstrening (RET), er fortsatt den mest etablerte intervensjonen for å forbedre muskelmasse og funksjon hos eldre mennesker. Ikke desto mindre kan ikke alle eldre utføre RET, og muskelvekstresponser på RET reduseres i eldre alder. Som sådan forblir søket etter intervensjoner for å dempe muskelaldring og maksimere respons på trening før/rehabilitering når det gjelder muskelvekst og funksjon nøkkelen.

Det mekanistiske målet for rapamycin (mTOR) kalles ofte en "mesterregulator" i forhold til skjelettmuskelhomeostase og eksisterer i to distinkte komplekser, mTORc1 og mTORc2. Den mest etablerte rollen til mTORc1 i muskler er som en cellulær sensor for næringsstoffer og bevegelse, der signaler overføres til mTOR-substrater, som regulerer hastigheten på mRNA-translasjon og dermed muskelproteinsyntese (MPS). mTOR-aktivitet er nødvendig for stimulering av MPS ved inntak av diettproteiner eller frie aminosyrer, i tillegg til kontraktil aktivitet, og anses som sådan ofte å være positiv i forhold til muskelmasse. I tillegg har administrering av rapamycin (en naturlig forekommende forbindelse som hemmer mTORc1) sammen med trening eller næringsinntak vist seg å redusere stimuleringen av MPS. Imidlertid forvirrer forestillingen om en positiv rolle til mTOR på skjelettmuskulaturen, hyperaktivering av mTOR har blitt vist i både aldrende gnagere og menneskelige muskler, noe som antyder at mTOR-signalering har negative effekter i forhold til muskelvedlikehold ved aldring.

Til tross for de positive effektene av mTOR i forhold til stimulering av MPS, tyder data i dyremodeller på at farmakologisk dempning av mTOR-signalering kan motvirke flere aldersrelaterte sykdommer og komorbiditeter, og øke det totale helsespennet. De viktigste negative aldringstrekkene som er funnet å bli redusert ved å dempe mTOR-signalering (dvs. med rapamycin) er relatert til immunsystemet, organmorfologi, neoplastisk sykdom og nevrologisk dysfunksjon, f.eks. Motor kontroll. Fra disse studiene er de fordelaktige effektene av rapamycin på helsespennet tydelige, men dette står i kontrast til den positive effekten mTOR-signalering har på muskler. Hemming av mTOR vil bli spådd å påvirke muskelproteinomsetningen negativt, men dette er ikke tilfelle.

Faktisk har nyere arbeid utfordret forestillingen om mTOR-undertrykkelse som negativt påvirker skjelettmuskelmetabolismen i en rekke eksperimentelle omgivelser. I prekliniske modeller for aldring og/eller muskeldysfunksjon, hadde ikke langvarig administrering av rapamycin negativ innvirkning på skjelettmuskelmassen hos mus behandlet med rapamycin gjennom hele livsløpet. I tillegg viste langsiktig administrering av rapamycin (9-22 måneder), en reduksjon av muskelmitokondriell aldring, reflektert av markører for mitokondriell DNA-genomstabilitet. Det kanskje mest overbevisende beviset på at rapamycin gagner aldrende muskler er fra en studie der rapalog (en rapamycinanalog) behandling ble administrert til mus hvor hyperaktiv mTOR-signalering ble observert hos gamle sarkopeniske dyr, som også er vist hos eldre mennesker. Avgjørende, etter Rapalog-behandling demonstrerte dyr økninger i muskelfiberareal i tillegg til en nedregulering av cellulære senescensmarkører og gener assosiert med nevromuskulær denervering. Disse arbeidene utfordrer forestillingen om at i eldre alder med mTOR-hyperaktivering vil mTOR-hemming ha negative effekter, og det er nå akseptert at aldring og aldersassosierte sykdommer som oppstår fra hyperaktiv mTORC1-signalering kan ha nytte av mTOR-hemmere. Som sådan er innsikt i effekten av mTORc1-hemming nødvendig hos mennesker, spesielt i sammenheng med "anabol resistens", som begrenser både muskelvedlikehold og vekstpotensial hos eldre voksne. Som et immunsuppressivt middel, kan rapamycin også gi fordeler for behandling av COVID-19, som er et svært viktig område for ny forskning.

I denne studien vil deltakeren ha muskelstørrelse, funksjon og metabolisme målt over en 16 ukers periode mens han enten tar stoffet Rapamune eller placebo. De vil også gjennomføre 14 uker med ensidig motstandsøvelse med besøk beskrevet nedenfor.

1. Forstudievurdering

   Tjuefire timer før de deltar på hovedvurderingen før studien, vil deltakerne bli bedt om å konsumere de merkede kreatin- (D3-merket; Cre) og (D3) metylhistidin (3-MH)-sporstoffene. For å spore disse sporstoffene inn i henholdsvis urin- og plasmakroppsbassenger, vil deltakerne bli bedt om å gi en urinprøve før de inntar disse sporstoffene (som de tar med seg dagen etter), og blodprøven fra screeningen vil bli brukt i 3 -MH-analyse for å minimere deltakerbyrden. I løpet av 24 timer mellom inntak av sporingsdrikken og tilstedeværelse for vurderingen før studien, vil deltakerne bli bedt om å samle opp all urinproduksjon som beholdere vil bli levert til. Deltakerne vil også bli bedt om å samle punkturinprøver ved ~48 amd 72 timer etter inntak av tracerdrikken.

   For deres hovedvurdering før studien vil deltakerne bli tilfeldig tildelt enten en rapamycinhemmer (Rapamune) eller placebo (matchende godartet kapsel som inneholder sukker for å oppnå så lik vekt og utseende som behandlingsproduktet som mulig) (enkeltblind). og vil rapportere til laboratoriet for deres vurderingsdag før studien. En rekke grunnlinjevurderinger vil deretter bli utført, inkludert kroppssammensetning (f.eks. MR og muskelultralyd for å bestemme mager masse, fettmasse, muskeltykkelse, tverrsnittsareal (CSA) og muskelarkitektur) og mål på muskelstyrke og funksjon (1-RM, MVC, kraft, SPPBT og iEMG). Disse tiltakene vil bli gjentatt gjennom intervensjonsperioden for å overvåke tidsmessige endringer. Gjennom dette besøket vil 6 venøse blodprøver (~5 ml) bli tatt for vurdering av muskelproteinnedbrytning (MPB) via 3-MH-sporstoffet som ble konsumert dagen før.

   På slutten av sitt vurderingsbesøk før studien vil deltakerne begynne en to ukers innføringsfase med Rapamune eller placebokapsler. På dag 13-15 av denne innføringsfasen vil deltakerne delta på laboratoriet for muskelbiopsier (~150 mg hver), som vil bli samlet inn fra vastus lateralis (VL) på begge bena (hvile og trening). Denne bilaterale biopsisamlingen vil tillate frivillige å fungere som sine egne kontroller ved å gi både et treningstrenet ben og et uthvilt ben; å også sammenligne effekten av Rapamune kombinert med kontraktil stimulus. Biopsisteder vil bli lukket med suturer, som fjernes (og sårstedet kontrolleres) etter 5-7 dager. Etter disse første biopsiene vil deltakerne få sin bolusdose av D2O for å begynne å vurdere MPS-hastigheter. For å minimere risikoen for svimmelhet fra D2O-forbruk, vil denne startdosen deles opp i 6-8 mindre doser gitt i løpet av dagen. To timer etter deres siste D2O-dose vil deltakerne bli bedt om å gi en spyttprøve.

2. Motstandstrening (RET) RET som består av ensidig kne-ekstensjonstrening (dvs. 6 × 8 repetisjoner med 75 % av maksimalt én repetisjon (1-RM)) vil bli utført 3 ganger hver uke i 14 uker. RET vil være progressiv, med revurdering av 1-RM som utføres med jevne mellomrom for å opprettholde treningsintensiteten. Deltakerne vil også bli utstyrt med intervensjonsmedisin (for daglig dosering) og D2O-sporstoffpåfyll (for vurdering av MPS) på ukentlig basis under disse besøkene, med en venøs blodprøve som også tas ukentlig. Deltakerne vil bli bedt om å samle daglige spyttprøver den første uken (~2 timer etter D2O-forbruk), og deretter på ukentlig basis.
3. Midtstudievurdering 1 Etter 3 uker med RET vil alle grunnprosedyrene fra vurderingsbesøkene før studien gjentas, med unntak av tiltakene knyttet til D3- og 3-MH-sporstoffene, og MR som ikke vil bli utført. utført på dette besøket.
4. Midtstudievurdering 2 Etter 6 uker med RET vil alle grunnprosedyrene fra vurderingsbesøkene før studien bli gjentatt. Ingen ytterligere D2O vil bli gitt eller spyttprøver samlet etter uke 6 av RET.
5. Vurdering etter studie Etter 14 uker med RET, vil alle grunnprosedyrene fra vurderingsbesøkene før studien bli gjentatt. Etiketten til kreatinet vil være 13C i stedet for D3 for å tillate en ny analyse av hele kroppens muskelmasse.