Impactos da inibição mecanística do alvo da rapamicina (mTOR) no músculo humano envelhecido (Rapamune) (Rapamune)

O músculo esquelético é conhecido por seu papel na locomoção, no entanto, os músculos também são importantes para manter a saúde metabólica de todo o corpo. Os músculos esqueléticos representam um vasto estoque de proteínas, cujos aminoácidos podem ser decompostos em tempos de jejum, infecção e doença, a fim de fornecer energia e aminoácidos para manter outros órgãos críticos. Com o aumento da população envelhecida, isso inevitavelmente aumentará as comorbidades relacionadas à idade, e também a prevalência de fragilidade e aumento dos custos de saúde.

Uma faceta importante da fragilidade é a atrofia do músculo esquelético e a perda de função e, criticamente, estão associadas a piores resultados clínicos (por exemplo, cirurgia), portanto, mitigar a perda muscular relacionada à idade é crucial para um envelhecimento saudável. Os processos de perda muscular com o envelhecimento em humanos são uma combinação de neurodegeneração dos neurônios motores inferiores e concomitante atrofia das fibras musculares. Embora os mecanismos subjacentes à perda muscular relacionada à idade não sejam claros, uma capacidade de resposta reduzida a sinais ambientais importantes, como nutrição e movimento ("resistência anabólica"), parece ser central. Até o momento, nenhum medicamento produziu os efeitos de segurança e eficácia necessários para mitigar a perda muscular relacionada à idade; portanto, o exercício, particularmente o treinamento de exercícios de resistência (RET), continua sendo a intervenção mais estabelecida para melhorar a massa muscular e a função em pessoas idosas. No entanto, nem todas as pessoas mais velhas podem realizar o RET, e as respostas de crescimento muscular ao RET diminuem na idade avançada. Como tal, a busca por intervenções para mitigar o envelhecimento muscular e maximizar as respostas ao exercício pré/reabilitação em termos de crescimento e função muscular permanece fundamental.

O alvo mecanicista da rapamicina (mTOR) é freqüentemente chamado de "regulador mestre" em relação à homeostase do músculo esquelético e existe em dois complexos distintos, mTORc1 e mTORc2. O papel mais estabelecido do mTORc1 no músculo é como um sensor celular de nutrientes e movimento, onde os sinais são transmitidos aos substratos do mTOR, regulando a taxa de tradução do mRNA e, portanto, a síntese de proteína muscular (MPS). A atividade mTOR é necessária para a estimulação da MPS pela ingestão de proteínas dietéticas ou aminoácidos livres, além da atividade contrátil, e como tal é comumente considerada positiva em relação à massa muscular. Além disso, a administração de rapamicina (um composto de ocorrência natural que inibe mTORc1) juntamente com exercícios ou ingestão de nutrientes demonstrou reduzir a estimulação da MPS. No entanto, confundindo a noção de um papel positivo de mTOR no músculo esquelético, a hiperativação de mTOR foi demonstrada tanto em roedores idosos quanto em músculos humanos, sugerindo que a sinalização de mTOR tem impactos negativos em relação à manutenção muscular no envelhecimento.

Apesar dos efeitos positivos do mTOR em relação à estimulação da MPS, em modelos animais, os dados sugerem que a atenuação farmacológica da sinalização do mTOR pode neutralizar várias doenças e comorbidades relacionadas à idade e aumentar o tempo de saúde geral. As principais características negativas do envelhecimento encontradas para serem diminuídas pelo amortecimento da sinalização mTOR (ou seja, com rapamicina) estão relacionadas ao sistema imunológico, morfologia do órgão, doença neoplásica e disfunção neurológica, por exemplo, Controle motor. A partir desses estudos, os efeitos benéficos da rapamicina na saúde são claros, mas isso contrasta com os impactos positivos que a sinalização mTOR tem no músculo. Prevê-se que a inibição de mTOR tenha um impacto negativo no turnover de proteína muscular, no entanto, esse não é o caso.

De fato, trabalhos recentes desafiaram a noção de supressão de mTOR impactando negativamente o metabolismo do músculo esquelético em várias configurações experimentais. Em modelos pré-clínicos de envelhecimento e/ou disfunção muscular, a administração a longo prazo de rapamicina não afetou negativamente a massa muscular esquelética em camundongos tratados com rapamicina ao longo da vida. Adicionalmente, a administração a longo prazo de rapamicina (9-22 meses), mostrou uma mitigação do envelhecimento mitocondrial muscular, refletido por marcadores de estabilidade do genoma do ADN mitocondrial. Talvez a evidência mais convincente de que a rapamicina beneficia o músculo envelhecido seja de um estudo em que o tratamento com rapalog (um análogo da rapamicina) foi administrado a camundongos onde a sinalização mTOR hiperativa foi observada em animais sarcopênicos idosos, como também é demonstrado em humanos mais velhos. Crucialmente, após o tratamento com Rapalog, os animais demonstraram aumentos na área da fibra muscular, além de uma regulação negativa de marcadores de senescência celular e genes associados à denervação neuromuscular. Esses trabalhos desafiam a noção de que em idades mais avançadas com hiperativação de mTOR, a inibição de mTOR teria efeitos negativos, e agora é aceito que o envelhecimento e as doenças associadas à idade que surgem da sinalização hiperativa de mTORC1 podem se beneficiar dos inibidores de mTOR. Como tal, são necessários insights sobre os efeitos da inibição de mTORc1 em humanos, especialmente no contexto de "resistência anabólica", que limita tanto a manutenção muscular quanto o potencial de crescimento em adultos mais velhos. Como imunossupressor, a rapamicina também pode apresentar benefícios para o tratamento do COVID-19, que é uma área atual de pesquisa emergente altamente importante.

Neste estudo, o participante terá tamanho muscular, função e metabolismo medidos durante um período de 16 semanas enquanto toma o medicamento Rapamune ou um placebo. Eles também completarão 14 semanas de exercícios de resistência unilateral com as visitas descritas abaixo.

1. Avaliação pré-estudo

   Vinte e quatro horas antes de comparecer à avaliação pré-estudo principal, os participantes serão solicitados a consumir os marcadores de creatina rotulada (marcada com D3; Cre) e (D3) metil-histidina (3-MH). Para rastrear esses rastreadores em pools de urina e plasma, respectivamente, os participantes serão solicitados a fornecer uma amostra de urina antes de consumir esses rastreadores (que eles trarão com eles no dia seguinte), e a amostra de sangue da triagem será usada por 3 -Análise de HM para minimizar a sobrecarga do participante. Nas 24 horas entre o consumo da bebida traçadora e o comparecimento à avaliação pré-estudo, os participantes serão solicitados a coletar toda a produção urinária para a qual serão fornecidos recipientes. Os participantes também serão solicitados a coletar amostras de urina em ~ 48 e 72 horas após consumir a bebida traçadora.

   Para sua avaliação pré-estudo principal, os participantes serão designados aleatoriamente para um grupo de inibidor de rapamicina (Rapamune) ou placebo (cápsula benigna correspondente contendo açúcar para atingir o peso e aparência o mais igual possível ao produto de tratamento) (simples-cego), e se reportará ao laboratório para o dia de avaliação pré-estudo. Um conjunto de avaliações de linha de base será então realizado, incluindo a composição corporal (por exemplo, MRI e ultrassom muscular para determinar massa magra, massa gorda, espessura muscular, área transversal (CSA) e arquitetura muscular) e medidas de força e função muscular (1-RM, MVC, potência, SPPBT e iEMG). Essas medidas serão repetidas durante todo o período de intervenção para monitorar as mudanças temporais. Ao longo desta visita, 6 amostras de sangue venoso (~ 5 ml) serão coletadas para a avaliação da quebra de proteína muscular (MPB) por meio do traçador 3-MH consumido no dia anterior.

   No final da visita de avaliação pré-estudo, os participantes iniciarão uma fase de introdução de Rapamune ou cápsulas de placebo de duas semanas. Nos dias 13 a 15 desta fase inicial, os participantes comparecerão ao laboratório para suas biópsias musculares (~150 mg cada), que serão coletadas do vasto lateral (VL) de ambas as pernas (repouso e exercício). Essa coleta de biópsia bilateral permitirá que os voluntários atuem como seus próprios controles, fornecendo uma perna treinada para exercícios e uma perna descansada; comparar também os efeitos do Rapamune combinado com estímulo contrátil. Os locais de biópsia serão fechados por suturas, que são removidas (e o local da ferida verificado) após 5-7 dias. Após essas biópsias iniciais, os participantes receberão sua dose em bolus de D2O para começar a avaliar as taxas de MPS. Para minimizar o risco de tontura pelo consumo de D2O, essa dose inicial será dividida em 6-8 doses menores fornecidas ao longo do dia. Duas horas após a dose final de D2O, os participantes serão solicitados a fornecer uma amostra de saliva.

2. O treinamento de exercícios de resistência (RET) RET consistindo em exercício unilateral de extensão do joelho (ou seja, 6 × 8 repetições a 75% de uma repetição máxima (1-RM)) será realizado 3 x a cada 14 semanas. O RET será progressivo, com reavaliação de 1-RM sendo realizada em intervalos regulares para manter a intensidade do exercício. Os participantes também receberão seus medicamentos intervencionistas (para dosagem diária) e complementos de traçador D2O (para a avaliação da MPS) semanalmente durante essas visitas, com uma amostra de sangue venoso também coletada semanalmente. Os participantes serão solicitados a coletar amostras diárias de saliva na primeira semana (~ 2h após o consumo de D2O) e semanalmente a partir de então.
3. Avaliação intermediária do estudo 1 Após 3 semanas de RET, todos os procedimentos de linha de base das visitas de avaliação pré-estudo serão repetidos, com exceção das medidas relacionadas aos traçadores D3 e 3-MH e ressonância magnética que não serão realizada nesta visita.
4. Avaliação intermediária do estudo 2 Após 6 semanas de RET, todos os procedimentos de linha de base das visitas de avaliação pré-estudo serão repetidos. Nenhum D2O adicional será administrado ou amostras de saliva coletadas após a 6ª semana de RET.
5. Avaliação pós-estudo Após 14 semanas de RET, todos os procedimentos de linha de base das visitas de avaliação pré-estudo serão repetidos. O rótulo da creatina será 13C em vez de D3 para permitir uma segunda análise da massa muscular corporal total.