4
18926

Саркопения

В компасе рассматриваются некоторые механизмы саркопении - дегенеративных изменений в мышцах при старении

на сайте с 15 января 2009

Что такое саркопения?

Ирвин Розенберг       
    Термином "саркопения" в 1989 г. Ирвин Розенберг определил снижение массы и силы скелетных мышц в процессе старения. Это состояние сопровождается такими неприятными  явлениями, как падения, остеопороз, нарушение терморегуляции, ослабление функциональной активности. 
     Особенности образа жизни (гиподинамия, курение, неправильная диета), а также возраст-зависимые изменения уровня гормонов и цитокинов составляют важные факторы риска. 
      При отсутствии лечения саркопения может трансформироваться от возраст-зависимого физиологического к патологическому состоянию, резкому снижению качества жизни и преждевременной смерти. Разработаны методы количественной оценки уровня саркопении.  

                                

Схема причин и последствий саркопении


     Саркопения – возрастная слабость мышц – характеризуется не только снижением массы скелетных мышц, но также постепенным ослаблением мышечной функции, включающим уменьшение силы, максимальной скорости сокращений и общее замедление сокращений и расслаблений.Уменьшение мышечной массы у человека начинается уже после 30 лет (3-8%-ное снижение на каждые следующие 10 лет), а после 60 лет этот процесс резко ускоряется (ссылка). Это явление непосредственно связано с нарушением метаболической регуляции – снижением чувствительности к инсулину, митохондриальных функций, защиты от окислительного стресса и рядом других причин.   Ухудшение "качества" мышц объясняется также их инфильтрацией жиром и соединительной тканью.

     Все эти изменения вызываются сложным взаимодействием многих факторов, влияющих на нейро-мышечную передачу нервных импульсов, архитектуру мышцы, биохимические процессы в мышечных волокнах, сопряжение возбуждения-сокращения и метаболизм мышцы (см. обзор) .

Анатомические изменения в стареющей мышце

Соотношение мышц 1 и 2 типов   Как видно из рисунка, размер (поперечное сечение) мышечных волокон  типа II ("быстрых") по мере старения уменьшается, а "медленных" (типа I) остается неизменным. Это одно из существенных анатомических проявлений саркопении. Количество же мышечных волокон с возрастом уменьшается равномерно для типов I и II. Проявляется инфильтрация мышц жировой и соединительной тканью. За счет всего этого снижается общая масса скелетных мышц и их поперечное сечение.

     Кроме того, в электронно-микроскопических исследованиях стареющих мышц обнаружены скопления внутренних ядер, кольцевых и поврежденных волокон, рассогласованность в расположении миофиламентов и Z-линий, пролиферация саркоплазматического ретикулума и t-тубулярной системы, увеличение сморщенности ядерных мембран и сарколеммы (ссылка).      

     Двигательная единица — группа мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном.   
Двигательная единица (motor unit)      Электромиографически показано, что при старении уменьшается число функционирующих двигательных (моторных) единиц. Эти потери особенно велики среди самых крупных и самых быстрых двигательных единиц (волокон типа II). Показано, что после 60 лет у человека число мотонейронов в поясничной области спинного мозга снижается до 50% по сравнению с молодым возрастом, и это сопровождается уменьшением числа волокон вентральных корешков. С возрастом мышечные волокна подвергаются постоянной денервации и реиннервации вследствие ускоренной потери мотонейронов спинного мозга. Существует мнение, что именно этот процесс является одной из главных причин уменьшения мышечного объема при саркопении.

Биохимические изменения в мышцах при старении

     Биохимический анализ стареющей мышцы показал снижение содержания митохондриального белка, общего объема митохондрий и активности митохондриальных маркерных ферментов. Эти наблюдения объясняют низкую респираторную способность мышц при саркопении (см).  В частности, с возрастом снижается гликогенолиз (фосфорилазы) и гликолиз (гексокиназа и лактатдегидрогеназа). Для компенсации гликогенолиза стареющая мышца увеличивает глюконеогенез, используя энергию деградации жирных кислот в митохондриях (активность  3-гидроксиацил-КоА-дегидрогеназы остается высокой). Низкая активность пируваткарбоксилазы  и фосфоенолпируват-карбоксикиназы ограничивают глюконеогенез. Существенное увеличение содержания в стареющих мышцах переносчиков глюкозы, ускоряя транспорт глюкозы в клетку, также способствует росту глюконеогенеза. 
     Снижение активности щелочной фосфатазы (в сарколемме) и высокая активность лизосомальной кислой фосфатазы указывают на рост катаболических процессов в стареющих мышцах. 
     В мышцах старых животных найдены большие количества "возрастного пигмента" - липофусцина, который образуется при окислительной полимеризации липидов. С возрастом в мышцах увеличивается уровень антиоксидантного фактора - глютатиона, что отражает возрастание окислительного стресса при старении (ссылка). Эти наблюдения указывают на возможную роль свободных радикалов в патогенезе саркопении. 
     Саркопения сопровождается также заметными изменениями в концентрациях белков саркоплазматического ретикулума. Так, у пожилых людей наблюдалось 35%-ное снижение кальций-зависимой АТФазы (Ca-АTPase) по сравнению с молодыми (ссылка).       
     При саркопении происходят также нарушения в гомеостазе кальция  (Weisleder et al., 2006),  способности мышцы к регенерации, возрастает окислительный стресс, возникают изменения в нервно-мышечных синапсах, эндокринной системе, ослабление иммунной системы, развитие хронического воспалительного процесса и т. д..      

Саркопения - дисбаланс синтеза и распада мышечных белков


     Альтернативный взгляд на природу саркопении рассматривает ее как результат дисбаланса между синтезом и расщеплением белков либо между процессами апоптоза и регенерации. Этот дисбаланс зависит как от нарушений белкового синтеза, так и от изменений в процессах протеолиза в мышцах при старении.   
               

        Факторы, влияющие на синтез и распад мышечного белка

   Сигнал                           Влияние на синтез    Влияние на распад
   глюкокортикоиды              ингибирование         активация
   инсулин                             активация                 ингибирование
   ИФР1                                 активация                 ингибирование
   тироидный гормон                   -                         активация
   тестостерон                      активация                 ингибирование
   адреналин                         ингибирование         ингибирование
   FGF                                    активация                активация  
   NGF                                    активация                ингибирование 
   TNF-alpha                           ингибирование        активация 
   интерлейкин-6                           -                        активация 
   интерферон-гамма           активация                активация 
   CNTF                                  активация                ингибирование  
   аминокислоты                   активация                ингибирование 
   ацидоз                               активация                активация

Снижение синтеза мышечных белков при старении

миозин       Исследования, проведенные на стареющих мышцах, показали снижение синтеза основных сократительных белков - тяжелых цепей миозина (мyosin heavy-chain, MHC), коррелирующее со снижением мышечной силы, содержания инсулиноподобного фактора роста I (ИФР1), дегидроэпиандростерона сульфата (DHEA), свободного тестостерона. Снижение синтеза MHC является результатом сниженной транскрипции его изоформ MHCIIa и IIx, соответствующих «быстрым» мышечным волокнам (ссылка), и, очевидно, отражается на общем уменьшении мышечной массы и сократительной функции при саркопении. Наблюдаемое при старении снижение белкового синтеза в мышцах можно объяснить пониженной чувствительностью стареющих мышц к инсулину и аминокислотам. Ключевой точкой в регуляции белкового синтеза является инициация трансляции мРНК. Изменения синтеза мышечных белков обычно коррелируют с изменениями в содержании/активности белков, регулирующих инициацию трансляции, либо с нарушением сигнального пути рапамицина.  

Протеолиз и саркопения

протеолиз в мышцах


          Наиболее существенные протеолитические пути, работающие в скелетной мышце и ответственные за развитие саркопении при старении организма: лизосомальный, Са-зависимый, каспазный и убиквитин-протеосомальный (обзор).

а) Лизосомальный протеолиз при старении мышц

лизосомальный протеолиз


     На схеме показаны основные пути, поставляющие клеточные субстраты в лизосомы . Цитозольные белки могут поступать в лизосомы с помощью   микроаутофагии (инвагинации лизосомальной мембраны),  макроаутофагии (захвата целиком частей цитоплазмы вместе с различными органеллами), кринофагии (секреции белков в лизосомы), эндоцитоза мембранных белков и липидов, а также шаперон-зависимой аутофагии (СМА) (прямым переносом через лизосомальную мембрану, если белки содержат пентапептид KFERQ). В процессе макроаутофагии для генерации пре-аутофагосомальной структуры требуются комплекс PI3KIII и конъюгат Atg12-Atg5, комплекс Atg1 и связанный с липидами LC3 (ссылка). 
      В скелетных мышцах лизосомальный протеолиз проявляется, в основном, при расщеплении некоторых долгоживущих и/или мембранных белков и удалении органелл. В норме наблюдается низкий уровень макроаутофагии и СМА, эти пути активируются при стрессе (окислительном, длительном голодании, действии токсичных веществ).  
     При старении же макроаутофагия снижается из-за нарушения слияния аутофагических вакуолей с лизосомами, накопления вакуолей в цитоплазме. В лизосомах накапливается липофусцин, они увеличиваются, но их функция снижается. Шаперон-зависимая аутофагия также нарушается при старении, что связано с изменением динамики рецетора СМА  - LAMP2 -мембранного белка лизосомы (ссылка). Экспрессия катепсина L (маркера поврежденной мышцы) при саркопении повышается (ссылка).

б) Са-зависимый протеолиз

роль калпаинов в мышечной атрофии


     Кальций-зависимая протеолитическая система состоит из цистеиновых протеаз, называемых калпаинами (calpains, нейтральные протеазы ЕС 3.4.22.17). В мышцах экспрессируется специфический мышечный калпаин-3 (p94). В норме калпаины локализуются в цитозоле, но при возрастании внутриклеточной концентрации ионов кальция неактивные молекулы калпаинов переходят к клеточной мембране, где они активируются кальцием и фосфолипидами, в результате чего происходит диссоциация димеров с освобождением 80-kDa (каталитической) субъединицы. Субстратами калпаинов могут быть протеинкиназа С, Cdk5, Са-кальмодулин-зависимая протеинкиназа IV, кальциневрин. Активация калпаинов обнаружена при разных заболеваниях, связанных со старением (ссылка). Эта повышенная активность калпаинов может объясняться возрастной модификацией их субстратов. При миогенезе расщепление цитоскелетных белков m-калпаином существенно для слияния миобластов. Возрастание экспрессии mu-калпаина в миобластах сопровождается снижением уровня белков - кавеолина и миогенина, участвующих в процессе миогенеза.
     Кроме регуляции кальцием, активность калпаинов регулируется калпастатином (calpastatin), специфическим эндогенным ингибитором, а также связыванием с фосфолипидами, аутопротеолизом и фосфорилированием. Хотя калпаины не оказывают прямого действия на разрушение основных белков мышцы - актина и миозинов, они усиливают дезинтеграцию саркомерных белков на ранних стадиях миогенеза. В стареющих мышцах обнаружено глобальное возрастание Са-зависимого протеолиза при резком снижении содержания калпастатина (ссылка).  
    Кроме участия в различных клеточных механизмах, связанных с регенерацией мышцы (пролиферация, миграция и слияние миобластов), калпаины играют роль в регуляции апоптоза и пролиферации сателлитных клеток (специфических мышечных стволовых клеток, участвующих в регенерации мышечных волокон после катаболических повреждений), количество и функция которых снижается при саркопении (ссылка). 
     Калпаины могут также регулировать апоптоз мышечной клетки, используя в качестве субстратов факторы, регулирующие апоптоз (каспазы 3,7,9,12, Bid, Bax, Bcl2, AIF).  
 


в) Апоптоз и саркопения

апоптоз в скелетной мышце


    По отношению к апоптозу - программируемой смерти клетки - скелетные мышцы находится в уникальном положении, так как они мультиядерны и могут подвергаться как мионуклеарному апоптозу, так и полной клеточной смерти. При этом потеря мышечных ядер при саркопении происходит также через механизм, подобный апоптозу. Основным регуляторным центром апоптоза являются митохондрии (Мх).
     Каспаз-зависимый механизм апоптоза осуществляется через аспартатные эндопротеазы - каспазы, которые в норме находятся в цитоплазме в виде неактивных предшественников (прокаспаз), активируемых димеризацией или протеолизом. Триггерный механизм "каспазного каскада" запускает апоптоз, активируя "инициаторные" каспазы (-8, -9, -12), приводит к активации "эффекторных" каспаз (-3, -6, -7), осуществляющих расщепление белков и фрагментацию ДНК (через активируемую каспазами ДНКазу), что и вызывает гибель клетки. 
      В каспаз-зависимом пути Мх освобождают цитохром с в цитозоль и создают вместе с Apoptosis Protease Activating Factor-1(Apaf-1), ATP и прокаспазой-9 "апоптосому". Затем прокаспаза-9 самоактивируется в каспазу-9, которая расщепляет и активирует "эффекторную" каспазу-3. В процессе участвуют регуляторные белки: Bax (способствует выходу цитохрома с из Мх), Bcl-2 и ARC(задерживают цитохром с в Мх), XIAP (ингибирует активность каспазы-9 и каспазы-3). 
    Путь апоптоза, не зависящий от каспаз, проходит через выделение митохондриями медиаторов (апоптоз-индуцирующего фактора AIF и эндонуклеазы G), непосредственно вызывающих фрагментацию ДНК. Кроме того, было показано, что мутации митохондриальной ДНК при старении также ускоряют апоптоз в мышечной ткани (статья).           

влияние мутаций митохондриальной ДНК на апоптоз


      При рецептор-зависимом механизме апоптоза tumour necrosis factor (TNF-alpha) связывается со своим рецептором и индуцирует апоптоз, активируя прокаспазу-8, которая расщепляет и активирует прокаспазу-3, запуская каскад каспаз. 
    Саркоплазматический ретикулум может участвовать в апоптозе, выделяя Са в цитозоль, что приводит к активации прокаспазы-12.
    С возрастом в скелетных мышцах увеличивается дисфункция Мх и нарушается кальциевый гомеостазис, что приводит к усилению апоптоза и атрофии мышечных волокон. Показано, что в стареющих скелетных мышцах значительно увеличено содержание прокаспазы-3 и каспазы-3 . Кроме того, в мышцах увеличивается содержание проапоптозных белков - AIF(apoptosis-inducing factor) and Apaf-1, а также Bax, но падает Bcl-2, что свидетельствует  о росте апоптозного потенциала при саркопении (ссылка).  


г) Убиквитин-протеасомальный протеолиз при саркопении


     Убиквитин-протеасомальный путь используется скелетной мышцей для расщепления большей части ее белков, включая самые крупные сократительные белки, как миозин (ссылка). Этот путь протеолиза включает 2 основных этапа: ковалентное связывание полиубиквитина с субстратом убиквитирования и специфическое узнавание полиубиквитиновой цепи с последующим расщеплением белков-мишеней протеасомой 26S, большим цитозольным протеолитическим комплексом. Эта система АТФ-зависима и для протеасомальной активности, и для убиквитилирования субстрата. После активации ферментом Е1 убиквитин переносится к специфическому Cys-остатку одного из убиквитин-конъюгирующих ферментов (Е2), который спосбствует связыванию убиквитина с субстратом благодаря действию убиквитин-лигаз. Протеасома 26S узнает убиквитированные белки и расщепляет их до малых пептидов. 
    Процесс старения сопровождается увеличением экспрессии убиквитин-лигаз MuRF1 и atrogin-1/MAFbx - Е3 лигаз, специфичных для мышечной ткани и являющихся чувствительными маркерами деградации мышечного белка убиквитин-протеасомальной системой. Кроме того, в стареющей мышце заметно увеличивается уровень мРНК для MuRF1 и atrogin-1/MAFbx (в 2-2,5 раз). Эти данные указывают на участие убиквитин-протеасомального пути в саркопении "быстрых" мышц.   
     Ослабление IGF-1/Akt  регуляции и повышение уровня мРНК  TNFalpha в стареющих мышцах позволяют рассматривать IGF-1/Akt  и TNFalpha в качестве потенциальных регуляторов экспрессии генов MuRF1 и atrogin-1 при саркопении (статья).

Как можно замедлить или остановить саркопеническую дегенерацию мышц?

     Постепенно нарастающая мышечная слабость - неизбежный процесс, сопровождающий старение. Однако этот процесс можно замедлить и ослабить как за счет корректировки образа жизни, так и с помощью фармакологических воздействий, особенно на ранних стадиях саркопении.    

а) Физические упражения и рациональная диета

     Наиболее естественным и проверенным способом предотвращения и/или преодоления саркопении является тренировка мышц с помощью физических упражнений, начиная с молодого возраста.  
    Другой  естественный путь к антистарению (включая саркопению) - это низкокалорийная диета (calorie restriction). Показано, что даже небольшое (8%) снижение калорийности потребляемой пищи является защитой от саркопении (ссылка).
      Проф. Христиан Льювенбург (Christiaan Leeuwenburgh, University of Florida, Biochemistry of Aging Laboratory) с сотрудниками в результате ряда модельных экспериментов на мышцах животных и человека доказали, что сочетание низкокалорийной диеты с физическими нагрузками наиболее благоприятно для сохранения массы и силы мышц, т.е. предотвращения саркопении при старении организма. 
     Известно, что существенную роль в патофизиологии саркопении играет  ускорение апоптоза скелетных мышц, вызванное хроническим накоплением окислительного стресса и повреждений, митохондриальной дисфункцией и воспалительными процессами. С другой стороны, такие естественные воздействия, как низкая калорийность и регулярные физические упражнения, могут повлиять на сигнальные пути апоптоза, защищая скелетные мышцы от потери массы и силы в пожилом возрасте. Это благоприятное влияние состоит в повышении экспрессии антиапоптозных медиаторов (Bcl-2,  каспазы-3) –за счет физических упражнений, а за счет низкокалорийной диеты – ослабление апоптозного сигналинга, включающего митохондриальный и цитокинорецепторный, а также стресс-индуцируемый пути апоптоза (обзор).


    Рисунок представляет обобщенную схему антиапоптозных эффектов физических упражнений (ET) в скелетной мышце (Marzetti et al., 2008).


     А на этом рисунке обобщены данные об антиапоптозном действии на скелетную мышцу низкокалорийной диеты (CR) (Marzetti et al., 2008). 
     Ключевым фактором внутриклеточной регуляции белкового синтеза является mTOR, мишень рапамицина у млекопитающих (ссылка), регулирующая уровень рибосомальных S6-киназы (S6K1) и 4Е-связывающего белка (4Е-ВР1). Обнаружено, что после физических упражнений у человека и животных быстро возрастает уровень компонентов пути mTOR, т.е. белковый синтез, хотя у старых людей и животных этот процесс несколько задерживается во времени. Поэтому комбинация физических упражнений с введением незаменимых аминокислот предложена в качестве полезной стратегии в борьбе с саркопенией (Drummond M. et al., 2008). Хорошие анаболические эффекты получены также при постоянном увеличении потребления незаменимых аминокислот, особенно лейцина (Volpi E. et al., 2003). 
     Кроме того, при введении в пищу пожилых людей с саркопенией специальной смеси аминокислот наблюдалось значительное снижение в сыворотке цитокина TNFalpha , значительное увеличение инсулиноподобного фактора роста (IGF1) и рост соотношения  IGF1/TNFalpha (ссылка).

      Карнозин (beta-аланил-l-гистидин, предшественник ансерина), благодаря антиоксидантной, антигликационной и pH-буферной способности, является известным гетеропротектором (см. обзор). Показано, что в мышцах пожилых людей содержание карнозина уменьшается с возрастом, причем это снижение происходит за счет "быстрых" мышечных волокон (II типа) - на 53% по сравнению с молодыми (ссылка), и сопровождается мышечной слабостью.   
      Поэтому воздействия, приводящие к повышению уровня карнозина, рассматриваются как факторы, противодействующие саркопении.     
     Одним из таких агентов является креатинВведение в пищу креатина существенно увеличивает мышечное содержание карнозина и ансерина и улучшает силу мышц при физических нагрузках (Derave W. et al., 2008). 

                                
                                                         КРЕАТИН  

      
     Содержание карнозина в мышцах увеличивается также при введении beta-аланина (3-аминопропионовой кислоты), являющегося компонентом карнозина и ансерина, а также пантотеновой кислоты (витамина В5), входящей в состав коэнзима А (ссылка).  

     Мышечная атрофия (преимущественно в волокнах II типа), обнаруженная гистологически при Д-авитаминозе (ссылка), позволяет считать и витамин Д возможным антисаркопеническим агентом.

б) Гормональная регуляция

      Гормональная терапия при саркопении дает противоречивые результаты и чревата опасными последствиями (Rolland Y. et al., 2008). Перспективными в этом отношении являются недавно разработанные селективные модуляторы андрогенных рецепторов (SARM), которые, связываясь с рецепторами, оказывают мио- и остео- анаболическое действие (ссылка). Эти нестероидные препараты, в отличие от тестостерона и других анаболических стероидов, не имеют вредных побочных эффектов.
     Проф. Джеймс Далтон (Dalton James, Professor, The Ohio State University, College of Pharmacy, Division of Pharmaceutics, Columbus, OH) с сотрудниками, используя остарин (новый нестероидный андроген), получили хорошие анаболические эффекты при лечении саркопении в преклинических условиях (статья).

     Несмотря на то, что известна необходимость гормона роста и инсулиноподобного фактора роста 1 (ГР-ИФР1) для нормального функционирования мышечной ткани и снижение этих гормонов при старении (см.), прямое введение их при саркопении остается спорным из-за низкой эффективности и опасных побочных эффектов (см.)  и (ссылка). 
     Показано, что при сверхэкспрессии мышечного ИФР1 практически предотвращается вызванная ангиотензином II потеря массы и повышение уровня убиквитин-лигаз atrogin-1 и MuRF-1, специфичных для мышечного убиквитин-протеасомального пути протеолиза (Song Y. et al., 2005). Ангиотензин II снижает уровень ИФР1, что может быть связано как с прямым подавлением экспрессии гена через рецепторы ангиотензина II на гепатоцитах, так и с косвенными эффектами (через действие на глюкокортикоиды или уровень цитокина TNFalpha) (ссылка). С другой стороны, под действием ингибиторов ангиотензин-превращающего фермента (ACE) возрастает уровень ИФР1 в сыворотке крови (статья). 
    Количество доказательств в пользу применения ингибиторов АСЕ для противодействия саркопении растет (например, обзор), и, хотя механизм еще не выяснен, это направление является весьма привлекательным и перспективным (Carter C. et al., 2005; Onder G. et al., 2002; Vescovo G. et al., 1998; и др.).  

в) Противовоспалительная терапия

     Старение связано с постепенным, хроническим повышением уровня про-воспалительных цитокинов, оcобенно Il-6 и Il-1, в моноцитах периферической крови (Roubenoff R. et al., 1998). С этим возрастным увеличением про-инфламматорных цитокинов связан рост жировой массы и снижение уровня половых гормонов при старении. 
   Саркопения - тоже одно из проявлений старения, связанного с цитокинами. Развивающийся с возрастом воспалительный процесс является существенным в развитии саркопении, и противовоспалительные лекарства могут задержать или остановить ее прогрессирование. Так как TNFalpha вызывает мышечную атрофию, анти-TNFalpha антитела, используемые при лечении ревматоидного артрита, могут также служить противоядием для саркопении (ссылка). Показано, что иммуномодулятор талидомид  ингибирует TNFalpha и селективно дестабилизирует TNFalpha mRNA (статья).  

Талидомид


                                                 ТАЛИДОМИД    

      Недавние исследования, проведенные на большом числе пожилых людей, показали, что употребление в пищу жирной рыбы может быть существенным фактором в восстановлении силы скелетных мышц. Противовоспалительный эффект омега-3 жирных кислот может быть полезен против саркопении (статья).   

г) Ингибирование миостатина

сигналинг миостатина
     МИОСТАТИН (GDF-8, Growth and Differentiation Factor 8) - представитель семейства ростовых факторов (transforming growth factor beta, TGF-beta). Как и другие белки типа TGF-β, он секретируется в виде неактивного комплекса с пропептидом, который не может связываться со своим рецептором (ActRIIB) и активируется расщеплением пропептида протеазами типа катепсина D
     Миостатин является эндогенным ингибитором мышечного роста (ссылка), а мутации его гена вызывают гипертрофию мышц у человека и животных (ссылка). Подавление миостатина усиливает регенерацию мышечной ткани при саркопении, увеличивая пролиферацию сателлитных клеток (ссылка). Показано, что курение нарушает синтез мышечных белков и увеличивает экспрессию миостатина у человека (ссылка).    
     Возможность увеличения мышечного роста при подавлении гена миостатина была впервые показана в лаборатории проф. Си-Джин Ли (Se-Jin Lee, Department of Molecular Biology and Genetics, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, USA.) на гомозиготных мышах с отсутствием гена GDF-8 (1997). У этих мышей произошло 2-3 кратное увеличение всех скелетных мышц.


     Катрин Вагнер (Kathryn R. Wagner, Associate Professor of Neurology, Departments of Neurology and Neuroscience, The Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore) показала, что мышцы старых миостатин-нулевых (mstn-/-) мышей имеют 2-кратную силу и массу по сравнению с миостатин-содержащими и сохраняют способность к регенерации при повреждении (Wagner K. et al., 2005). В настоящее время ее исследования связаны с механизмами восстановления мышц при разных видах мышечной патологии.  

     Изучение механизмов сигналинга миостатина позволило разработать стратегию для использования этой информации в клинических условиях, т.е. регуляции активности миостатина с помощью внеклеточных белков.

     АНТАГОНИСТЫ МИОСТАТИНА  являются потенциальными инструментами в терапевтическом воздействии на саркопению и другие мышечные патологии (например, мышечную дистрофию и кахексию, против которых еще нет эффективных средств) (обзор Tsuchida K., 2008). На основании данных о пути миостатинового сигналинга (трансмембранные серин/треонин-киназные рецепторы активинового типа ActRIIB и ActRIIA, а также ALK5 и ALK4, и внутриклеточные белки Smad2 и Smad3), разрабатываются препараты, прерывающие этот путь.  

     Сейчас известны такие ингибиторы миостатина: миостатин-блокирующие антитела, пропептид миостатина, фоллистатин и фоллистатино-подобный белок. 
     На модели mdx (мышечной дистрофии Дюшенна) мыши  было показано увеличение мышечной массы, абсолютной силы мышц при значительном снижении дегенерации мышечных клеток при использовании антител, блокирующих миостатин (ссылка). В клинических испытаниях человеческих антител к миостатину MYO-29 (stamulumab) недавно также получены положительные результаты (см). 
     Пропептид миостатина (особенно его мутант D76A) тоже ингибирует миостатин, увеличивая силу мышц, что подтверждено на разных видах мышечной дистрофии у мыши (см). 
     Фоллистатин и растворимые активиновые рецепторы (ActRIIB) , связываясь с миостатином, блокируют его активность и резко увеличивают мышечную массу дистрофичных мышей (см.). 
     Однократное внутримышечное введение мышам адено-связанного вируса (AAV), кодирующего миостатин-ингибирующие белки, в частности, фоллистатин (FS), приводит к длительному (более 2 лет) улучшению величины и силы мышц здоровых животных, а у mdx (дистрофичных) мышей мышечная патология обращается, даже в случае старых организмов. Показано, что при инъекции AAV1-FS мышам в возрасте 210 дней мышечная сила возрастала через 60 дней после введения препарата,  и это увеличение сохранялось в течение 560 дней. Эти изменения сопровождались снижением воспалительных процессов и инфильтрации в мышечных волокнах. Генная терапия этого типа может найти применение в клинике саркопении и других патологий (статья). 
      Недостатком использования фоллистатина и растворимых активиновых рецепторов (ActRIIB) в качестве ингибиторов миостатина является неспецифичность их эффектов,  т.к. эти ингибиторы также связывают активины (см.), которые регулируют рост и дифференциацию почти всех типов клеток, включая клетки половых желез, питуитарной железы и скелетных мышц.

ингибиторы миостатина


     Поэтому был разработан ингибитор миостатина FS I-I, производный от фоллистатина и специфичный миостатину.Трансгенные мыши, экспрессирующие этот пептид, обладали увеличенной массой и силой мышц. Эти результаты указывают на терапевтический потенциал FS I-I при мышечных дистрофиях и саркопении ( Tsuchida K., 2008; 2008а).   
 
    Оказалось, что интерференция РНК (форма посттранскрипционного сайленсинга генов) способна снижать уровень миостатина и его мРНК, увеличивая вес и размер мышечных волокон in vivo. При этом удваивалось число сателлитных клеток (ссылка). Олигонуклеотид РНК подавлял экспрессию миостатина, активируя путь MyoD, и увеличивал рост мышц у дистрофичных и здоровых мышей, что также свидетельствует о потенциальных возможностях терапевтического применения этого метода при саркопении (ссылка).
     Разработаны также химические ингибиторы для киназной части рецептора миостатина (ALK5) - производные пиридинилимидазола (например, SB-431542, SB-505124), лечение которыми увеличивает "постную" ткань и снижает содержание жира. Однако эти и другие низкомлекулярные ингибиторы киназ не специфичны для миостатина (2002; 2004), так что остается опасность побочных эффектов.

Заключение

    Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что саркопения - не приговор, можно избежать или смягчить ее благодаря регулярным физическим упражнениям и рациональному питанию с высоким содержанием незаменимых аминокислот и витаминов. Кроме того, есть основания ожидать введения в клинику перспективных препаратов, которые позволят остановить саркопению - старческую дегенерацию мышц - и продлить активную жизнь.

Литература

Комментарии

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter