Влияние ингибирования механистической мишени рапамицина (mTOR) на стареющую человеческую мышцу (рапамун) (Rapamune)

Скелетные мышцы известны своей ролью в передвижении, однако мышцы также важны для поддержания метаболического здоровья всего тела. Скелетные мышцы представляют собой обширный запас белка, аминокислоты из которого могут быть расщеплены во время голодания, инфекций и болезней, чтобы обеспечить энергию и аминокислоты для поддержания других жизненно важных органов. С увеличением стареющего населения это неизбежно приведет к увеличению связанных с возрастом сопутствующих заболеваний, а также распространенности слабости и увеличению расходов на здравоохранение.

Основным аспектом слабости является атрофия и потеря функции скелетных мышц, и, что особенно важно, они связаны с более плохими клиническими исходами (например, хирургия), поэтому уменьшение возрастной потери мышечной массы имеет решающее значение для здорового старения. Процессы потери мышечной массы при старении у человека представляют собой сочетание нейродегенерации нижних двигательных нейронов и сопутствующей атрофии мышечных волокон. В то время как основные механизмы возрастной потери мышечной массы неясны, снижение реакции на ключевые сигналы окружающей среды, а именно на питание и движение («анаболическая резистентность»), по-видимому, играет центральную роль. На сегодняшний день ни один фармацевтический препарат не обладает необходимыми эффектами безопасности и эффективности для смягчения возрастной потери мышечной массы, поэтому упражнения, особенно тренировки с отягощениями (RET), остаются наиболее признанным вмешательством для улучшения мышечной массы и функции у пожилых людей. Тем не менее, не все пожилые люди могут выполнять RET, и реакция роста мышц на RET снижается в пожилом возрасте. Таким образом, поиск вмешательств для смягчения мышечного старения и максимизации ответов на предварительные/реабилитационные упражнения с точки зрения роста и функции мышц остается ключевым.

Механическая мишень рапамицина (mTOR) часто называется «главным регулятором» в отношении гомеостаза скелетных мышц и существует в двух различных комплексах, mTORc1 и mTORc2. Наиболее известная роль mTORc1 в мышцах - это роль клеточного датчика питательных веществ и движения, где сигналы передаются на субстраты mTOR, регулируя скорость трансляции мРНК и, следовательно, синтез мышечного белка (MPS). Активность mTOR необходима для стимуляции СМП за счет приема пищевых белков или свободных аминокислот в дополнение к сократительной активности, и поэтому ее обычно считают положительной по отношению к мышечной массе. Кроме того, было показано, что введение рапамицина (природного соединения, которое ингибирует mTORc1) наряду с физическими упражнениями или приемом питательных веществ снижает стимуляцию СМП. Однако, опровергая представление о положительной роли mTOR в скелетных мышцах, гиперактивация mTOR была показана как в стареющих мышцах грызунов, так и в мышцах человека, что позволяет предположить, что передача сигналов mTOR оказывает негативное влияние на сохранение мышц при старении.

Несмотря на положительные эффекты mTOR в отношении стимуляции MPS, данные на животных моделях показывают, что фармакологическое ослабление передачи сигналов mTOR может противодействовать некоторым возрастным заболеваниям и сопутствующим заболеваниям и увеличивать общую продолжительность жизни. Основные негативные признаки старения, которые, как было обнаружено, уменьшаются за счет подавления передачи сигналов mTOR (например, с помощью рапамицина), связаны с иммунной системой, морфологией органов, неопластическими заболеваниями и неврологической дисфункцией, например. блок управления двигателем. Из этих исследований ясно видно положительное влияние рапамицина на продолжительность жизни, но это контрастирует с положительным влиянием передачи сигналов mTOR на мышцы. Предполагается, что ингибирование mTOR негативно повлияет на обмен мышечного белка, однако это не так.

Действительно, недавняя работа поставила под сомнение представление о том, что подавление mTOR негативно влияет на метаболизм скелетных мышц в ряде экспериментальных условий. В доклинических моделях старения и/или мышечной дисфункции длительное введение рапамицина не оказывало отрицательного влияния на массу скелетных мышц у мышей, получавших рапамицин, на протяжении всей жизни. Кроме того, длительное введение рапамицина (9-22 месяца) показало смягчение старения митохондрий мышц, что отражалось маркерами стабильности генома митохондриальной ДНК. Возможно, наиболее убедительным доказательством того, что рапамицин благотворно влияет на старение мышц, является исследование, в котором рапалог (аналог рапамицина) вводили мышам, у которых наблюдалась гиперактивная передача сигналов mTOR у старых животных с саркопенией, как это также показано у пожилых людей. Важно отметить, что после лечения Rapalog животные продемонстрировали увеличение площади мышечных волокон в дополнение к подавлению маркеров клеточного старения и генов, связанных с нервно-мышечной денервацией. Эти работы бросают вызов представлению о том, что в пожилом возрасте с гиперактивацией mTOR ингибирование mTOR будет иметь негативные последствия, и в настоящее время признано, что старение и связанные с возрастом заболевания, возникающие из-за гиперактивной передачи сигналов mTORC1, могут получать пользу от ингибиторов mTOR. Таким образом, необходимо понимание эффектов ингибирования mTORc1 у людей, особенно в контексте «анаболической резистентности», которая ограничивает как сохранение мышц, так и потенциал роста у пожилых людей. В качестве иммунодепрессанта рапамицин может также иметь преимущества при лечении COVID-19, что в настоящее время является очень важной областью новых исследований.

В этом исследовании у участника будет измеряться размер мышц, функция и метаболизм в течение 16-недельного периода, принимая либо препарат Рапамун, либо плацебо. Они также завершат 14-недельные односторонние упражнения с отягощениями с посещениями, описанными ниже.

1. Предварительная оценка

   За 24 часа до участия в основной предварительной оценке участников попросят принять меченый креатин (D3-меченый; Cre) и (D3) метилгистидин (3-MH) трейсеры. Чтобы отследить эти индикаторы в пулах мочи и плазмы тела соответственно, участников попросят предоставить образец мочи перед употреблением этих индикаторов (которые они принесут с собой на следующий день), а образец крови после скрининга будет использоваться в течение 3 -MH-анализ для минимизации нагрузки участников. В течение 24 часов между употреблением трассирующего напитка и участием в предварительной оценке участникам будет предложено собрать всю мочу, для которой будут предоставлены контейнеры. Участников также попросят собрать образцы мочи примерно через 48 часов и 72 часа после употребления индикаторного напитка.

   Для их основной предварительной оценки участники будут случайным образом распределены либо в группу ингибитора рапамицина (рапамун), либо в группу плацебо (соответствующая доброкачественная капсула, содержащая сахар для достижения как можно более равного веса и внешнего вида продукту лечения) (простой слепой), и сообщит в лабораторию о дне предварительной оценки. Затем будет проведен ряд базовых оценок, включая состав тела (например, МРТ и УЗИ мышц для определения безжировой массы, жировой массы, толщины мышц, площади поперечного сечения (CSA) и мышечной архитектуры), а также показатели мышечной силы и функции (1-RM, MVC, мощность, SPPBT и iEMG). Эти меры будут повторяться в течение всего периода вмешательства для отслеживания временных изменений. Во время этого визита будет взято 6 образцов венозной крови (~ 5 мл) для оценки распада мышечного белка (MPB) с помощью индикатора 3-MH, употребленного накануне.

   В конце оценочного визита перед исследованием участники начнут двухнедельную вводную фазу приема рапамуна или капсул плацебо. На 13-15 день этого вводного этапа участники посетят лабораторию для биопсии мышц (~ 150 мг каждая), которые будут взяты из латеральной широкой мышцы бедра (ВЛ) обеих ног (отдых и упражнения). Этот двусторонний сбор биопсии позволит добровольцам действовать в качестве собственного контроля, предоставляя как тренированную ногу, так и отдохнувшую ногу; чтобы также сравнить эффекты Rapamune в сочетании с сократительным стимулом. Места биопсии закрывают швами, которые снимают (и проверяют место раны) через 5-7 дней. После этих первоначальных биопсий участникам дадут болюсную дозу D2O, чтобы начать оценку частоты СМП. Чтобы свести к минимуму риск головокружения от потребления D2O, эта начальная доза будет разделена на 6-8 меньших доз в течение дня. Через два часа после последней дозы D2O участников попросят предоставить образец слюны.

2. Тренировка с отягощениями (RET) RET, состоящая из одностороннего упражнения на разгибание колена (т. е. 6 × 8 повторений с 75% от одного повторного максимума (1-RM)) будет выполняться 3 раза в неделю в течение 14 недель. RET будет прогрессивным, с повторной оценкой 1-RM, выполняемой через регулярные промежутки времени для поддержания интенсивности упражнений. Во время этих посещений участникам также будут еженедельно давать интервенционное лекарство (для ежедневного дозирования) и индикаторы D2O (для оценки СМП), а также еженедельно брать образец венозной крови. Участникам будет предложено ежедневно собирать образцы слюны в течение первой недели (~ 2 часа после употребления D2O), а затем еженедельно.
3. Промежуточная оценка 1 Через 3 недели RET все базовые процедуры визитов для оценки перед исследованием будут повторены, за исключением мер, относящихся к индикаторам D3 и 3-MH, и МРТ, которые не будут выступил в этот приезд.
4. Промежуточная оценка 2 После 6 недель RET все базовые процедуры визитов для оценки перед исследованием будут повторены. После 6-й недели RET больше не будут давать D2O или собирать образцы слюны.
5. Оценка после исследования После 14 недель RET все базовые процедуры визитов для оценки перед исследованием будут повторены. Метка креатина будет 13C вместо D3, чтобы можно было провести повторный анализ мышечной массы всего тела.