Wpływ hamowania mechanistycznego celu rapamycyny (mTOR) na starzejące się ludzkie mięśnie (Rapamune) (Rapamune)

Mięśnie szkieletowe są znane ze swojej roli w poruszaniu się, jednak mięśnie są również ważne dla utrzymania zdrowia metabolicznego całego ciała. Mięśnie szkieletowe stanowią ogromny magazyn białka, z którego aminokwasy można rozkładać w czasie postu, infekcji i choroby, aby zapewnić energię i aminokwasy potrzebne do utrzymania innych ważnych narządów. Wraz ze wzrostem starzenia się społeczeństwa nieuchronnie zwiększy się liczba chorób współistniejących związanych z wiekiem, a także częstości występowania słabości i zwiększonych kosztów opieki zdrowotnej.

Głównym aspektem zespołu słabości jest zanik mięśni szkieletowych i utrata funkcji, a co najważniejsze, są one związane z gorszymi wynikami klinicznymi (np. chirurgii), więc łagodzenie utraty mięśni związanej z wiekiem ma kluczowe znaczenie dla zdrowego starzenia się. Procesy utraty mięśni wraz z wiekiem u ludzi są połączeniem neurodegeneracji dolnych neuronów ruchowych i towarzyszącego im zaniku włókien mięśniowych. Chociaż podstawowe mechanizmy utraty mięśni związanej z wiekiem są niejasne, wydaje się, że kluczowa jest zmniejszona reakcja na kluczowe sygnały środowiskowe, a mianowicie odżywianie i ruch („odporność anaboliczna”). Do tej pory żaden farmaceutyk nie zapewniał bezpieczeństwa i skuteczności niezbędnej do złagodzenia utraty mięśni związanej z wiekiem, więc ćwiczenia, w szczególności trening siłowy (RET), pozostają najbardziej uznaną interwencją mającą na celu poprawę masy i funkcji mięśni u osób starszych. Niemniej jednak nie wszyscy starsi ludzie mogą wykonać RET, a reakcje wzrostu mięśni na RET są zmniejszone w starszym wieku. W związku z tym poszukiwanie interwencji łagodzących starzenie się mięśni i maksymalizujących reakcje na ćwiczenia przed i rehabilitacyjne pod względem wzrostu i funkcji mięśni pozostaje kluczowe.

Mechanistyczny cel rapamycyny (mTOR) jest często określany jako „główny regulator” w odniesieniu do homeostazy mięśni szkieletowych i występuje w dwóch odrębnych kompleksach, mTORc1 i mTORc2. Najbardziej ustaloną rolą mTORc1 w mięśniach jest komórkowy czujnik składników odżywczych i ruchu, gdzie sygnały są przekazywane do substratów mTOR, regulując szybkość translacji mRNA, a tym samym syntezę białek mięśniowych (MPS). Aktywność mTOR jest wymagana do stymulacji MPS przez spożycie białek dietetycznych lub wolnych aminokwasów, oprócz aktywności skurczowej, i jako taka jest powszechnie uważana za dodatnią w stosunku do masy mięśniowej. Ponadto wykazano, że podawanie rapamycyny (naturalnie występującego związku, który hamuje mTORc1) wraz z ćwiczeniami lub przyjmowaniem składników odżywczych zmniejsza stymulację MPS. Jednak myląc pojęcie pozytywnej roli mTOR w mięśniach szkieletowych, wykazano nadmierną aktywację mTOR zarówno w starzejących się gryzoniach, jak i mięśniach ludzkich, co sugeruje, że sygnalizacja mTOR ma negatywny wpływ na utrzymanie mięśni w starzeniu.

Pomimo pozytywnych efektów mTOR w odniesieniu do stymulacji MPS, dane z modeli zwierzęcych sugerują, że farmakologiczne osłabienie sygnalizacji mTOR może przeciwdziałać kilku chorobom związanym z wiekiem i chorobom współistniejącym oraz zwiększać ogólny okres zdrowia. Główne negatywne cechy starzenia się, które zostały złagodzone przez tłumienie sygnalizacji mTOR (tj. za pomocą rapamycyny), są związane z układem odpornościowym, morfologią narządów, chorobami nowotworowymi i dysfunkcjami neurologicznymi, m.in. kontrola silnika. Z tych badań jasno wynika korzystny wpływ rapamycyny na zdrowie, ale kontrastuje to z pozytywnym wpływem sygnalizacji mTOR na mięśnie. Przewiduje się, że hamowanie mTOR negatywnie wpłynie na obrót białkami mięśniowymi, jednak tak nie jest.

Rzeczywiście, ostatnie prace zakwestionowały pogląd, że supresja mTOR negatywnie wpływa na metabolizm mięśni szkieletowych w wielu warunkach eksperymentalnych. W przedklinicznych modelach starzenia i/lub dysfunkcji mięśni, długotrwałe podawanie rapamycyny nie miało negatywnego wpływu na masę mięśni szkieletowych u myszy leczonych rapamycyną przez całe życie. Dodatkowo, długotrwałe podawanie rapamycyny (9-22 miesiące) wykazało złagodzenie mitochondrialnego starzenia się mięśni, odzwierciedlone przez markery stabilności genomu mitochondrialnego DNA. Być może najbardziej przekonujący dowód na to, że rapamycyna przynosi korzyści starzejącym się mięśniom, pochodzi z badania, w którym podawano rapalog (analog rapamycyny) myszom, u których zaobserwowano hiperaktywną sygnalizację mTOR u starszych zwierząt z sarkopenią, jak wykazano również u starszych ludzi. Co najważniejsze, zwierzęta po leczeniu Rapalogiem wykazały wzrost powierzchni włókien mięśniowych oprócz obniżenia poziomu komórkowych markerów starzenia i genów związanych z odnerwieniem nerwowo-mięśniowym. Prace te podważają pogląd, że w starszym wieku z nadmierną aktywacją mTOR, hamowanie mTOR miałoby negatywne skutki, i obecnie przyjmuje się, że starzenie się i choroby związane z wiekiem, które wynikają z nadaktywnej sygnalizacji mTORC1, mogą odnieść korzyści z inhibitorów mTOR. W związku z tym potrzebny jest wgląd w skutki hamowania mTORc1 u ludzi, zwłaszcza w kontekście „oporności anabolicznej”, która ogranicza zarówno utrzymanie mięśni, jak i potencjał wzrostu u osób starszych. Jako środek immunosupresyjny rapamycyna może również przynosić korzyści w leczeniu COVID-19, co jest obecnie bardzo ważnym obszarem pojawiających się badań.

W tym badaniu u uczestnika będzie mierzona wielkość, funkcja i metabolizm mięśni przez okres 16 tygodni, podczas przyjmowania leku Rapamune lub placebo. Ukończą również 14 tygodni jednostronnych ćwiczeń oporowych z wizytami opisanymi poniżej.

1. Ocena przed studiami

   Dwadzieścia cztery godziny przed przystąpieniem do głównej oceny przed badaniem uczestnicy zostaną poproszeni o spożycie znaczników kreatyny (znakowanej D3; Cre) i (D3) metylohistydyny (3-MH). Aby prześledzić te znaczniki odpowiednio w moczu i osoczu, uczestnicy zostaną poproszeni o dostarczenie próbki moczu przed spożyciem tych znaczników (którą zabiorą ze sobą następnego dnia), a próbka krwi z badania przesiewowego zostanie wykorzystana przez 3 - Analiza MH w celu zminimalizowania obciążenia uczestników. W ciągu 24 godzin między spożyciem napoju wskaźnikowego a przystąpieniem do oceny przed badaniem uczestnicy zostaną poproszeni o zebranie całego wydalanego moczu, na który zostaną dostarczone pojemniki. Uczestnicy zostaną również poproszeni o pobranie punktowych próbek moczu około 48 rano 72 godziny po spożyciu napoju znacznikowego.

   W celu przeprowadzenia głównej oceny przed badaniem uczestnicy zostaną losowo przydzieleni do grupy otrzymującej inhibitor rapamycyny (Rapamune) lub placebo (dopasowana łagodna kapsułka zawierająca cukier w celu osiągnięcia możliwie równej wagi i wyglądu produktu leczniczego) (pojedyncza ślepa próba), i zgłoszą się do laboratorium na dzień oceny przed badaniem. Następnie zostanie przeprowadzony zestaw podstawowych ocen, w tym skład ciała (np. MRI i USG mięśni w celu określenia masy beztłuszczowej, masy tłuszczowej, grubości mięśni, pola przekroju poprzecznego (CSA) i architektury mięśni) oraz pomiary siły i funkcji mięśni (1-RM, MVC, moc, SPPBT i iEMG). Działania te będą powtarzane przez cały okres interwencji w celu monitorowania zmian czasowych. Podczas tej wizyty zostanie pobranych 6 próbek krwi żylnej (~5 ml) w celu oceny rozpadu białek mięśniowych (MPB) za pomocą znacznika 3-MH zużytego poprzedniego dnia.

   Pod koniec wizyty oceniającej przed badaniem uczestnicy rozpoczną dwutygodniową fazę wstępną przyjmowania kapsułek Rapamune lub placebo. W dniach 13-15 tej fazy wstępnej uczestnicy wezmą udział w laboratorium w celu wykonania biopsji mięśni (~150 mg każda), które zostaną pobrane z mięśnia obszernego bocznego (VL) obu nóg (odpoczynek i ćwiczenia). Ta dwustronna biopsja pozwoli ochotnikom działać jako ich własna grupa kontrolna, zapewniając zarówno wytrenowaną nogę, jak i wypoczętą nogę; aby również porównać efekty Rapamune w połączeniu z bodźcem skurczowym. Miejsca biopsji zostaną zamknięte szwami, które są usuwane (i sprawdzane miejsce rany) po 5-7 dniach. Po tych wstępnych biopsjach uczestnicy otrzymają bolusową dawkę D2O, aby rozpocząć ocenę wskaźników MPS. Aby zminimalizować ryzyko zawrotów głowy po spożyciu D2O, początkowa dawka zostanie podzielona na 6-8 mniejszych dawek podawanych w ciągu dnia. Dwie godziny po przyjęciu ostatniej dawki D2O uczestnicy zostaną poproszeni o pobranie próbki śliny.

2. Trening oporowy (RET) RET składający się z jednostronnego prostowania kolana (tj. 6 × 8 powtórzeń przy 75% maksimum jednego powtórzenia (1-RM)) będzie wykonywany 3 x w tygodniu przez 14 tygodni. RET będzie progresywny, z ponowną oceną 1-RM przeprowadzaną w regularnych odstępach czasu w celu utrzymania intensywności ćwiczeń. Podczas tych wizyt co tydzień uczestnicy otrzymają również leki interwencyjne (do codziennego dawkowania) i doładowania znacznika D2O (do oceny MPS), a także co tydzień pobierana będzie próbka krwi żylnej. Uczestnicy będą proszeni o codzienne pobieranie próbek śliny przez pierwszy tydzień (~2h po spożyciu D2O), a następnie co tydzień.
3. Ocena w połowie badania 1 Po 3 tygodniach RET wszystkie podstawowe procedury z wizyt oceniających przed badaniem zostaną powtórzone, z wyjątkiem działań związanych ze znacznikami D3 i 3-MH oraz MRI, które nie będą wykonane podczas tej wizyty.
4. Ocena w połowie badania 2 Po 6 tygodniach RET wszystkie podstawowe procedury z wizyt oceniających przed badaniem zostaną powtórzone. Po 6. tygodniu RET nie będzie podawane dalsze D2O ani pobierane próbki śliny.
5. Ocena po badaniu Po ​​14 tygodniach RET wszystkie podstawowe procedury z wizyt oceniających przed badaniem zostaną powtórzone. Etykieta kreatyny będzie miała oznaczenie 13C zamiast D3, aby umożliwić drugą analizę masy mięśniowej całego ciała.