Результаты исследования опубликованы 2 августа в Cell Metabolism.
При старении скелетные мышцы, как правило, уменьшаются и ослабевают. Этот процесс называется саркопения, и начинается с 40-летнего возраста, значительно ускоряясь после 75, являясь одной из основных причин нетрудоспособности в пожилом возрасте. Физические упражнения могут помочь противостоять последствиям возрастных потерь мышечной массы.
По данным нового исследования саркопения развивается при вымывании кальция через группу белков — рианодиновый рецептор (ryanodine receptor channel complex), образующий канал в мышечных клетках. Эта потеря кальция запускает цепь событий, которые, в конечном счете, ограничивают сократительную способность мышечных волокон, так считают исследователи: руководитель программы доктор медицинских наук, профессор физиологии и клеточной биофизики Эндрю Р. Маркс и директор центра молекулярной кардиологии Колумбийского университета (CUMC) и профессор медицины Хелен Ву (Wu Center for Molecular Cardiology).
Рианодиновые рецепторы — кальциевые каналы, которые можно найти во многих тканях нашего организма, с 1989 года были объектом исследований доктора Маркса. После клонирования мышиного гена, кодирующего рианодиновые рецепторы, он обнаружил, что поврежденные рианодиновые рецепторы участвуют в развитии сердечной недостаточности и аритмии. В 2009 году он показал, что просачивание кальция через каналы способствует развитию мышечной дистрофии Дюшенна — генетического заболевания, характеризующегося быстрой прогрессирующей мышечной слабостью и ранней смертью.
Так как мышечная дистрофия и саркопения имеют общие черты, доктор Маркс заподозрил, что рианодиновые рецепторы могут также принимать участие в возрастной потере мышечной массы.
«Это совершенно новая концепция — повреждение, происходящее в процессе старения, очень похоже на то, что происходит при мышечной дистрофии» — говорит д-р Маркс, таким образом, развивается приобретенная форма мышечной дистрофии.
Оба процесса — старение и генетический дефект, ответственный за мышечную дистрофию, вызваны увеличением производства свободных кислородных радикалов. «Наши данные позволяют предположить, что этот процесс как порочный круг, в котором свободные радикалы повреждают рианодиновые рецепторы, и это приводит к утечке кальция из клеток. Кальций «отравляет» органеллы клетки — митохондрии, и это приводит к увеличению количества свободных радикалов. Это, в свою очередь, вызывает большую потерю кальция. При снижении уровня клеточного кальция, мышцы ослабевают «- говорит главный автор сообщения ассистент кафедры физиологии и клеточной биофизики CUMC, доктор медицинских наук Даниэль С. Андерссон.
Доктор Маркс с коллегами разработали препарат для лечения саркопении — S107. Он стабилизирует белок calstabin1, который связывается с рианодиновыми рецепторами и предотвращает потерю кальция.
В течение четырех недель 24-месячным мышам (соответствует 70-летнему возрасту людей) давали S107. Мыши продемонстрировали значительное улучшение как мышечной силы, так и толерантности к физической нагрузке, по сравнению с контрольной группой. Их мышцы были примерно на 50 процентов сильнее. Препарат не оказывал влияния на молодых мышей с нормально функционирующими рианодиновыми рецепторами. Его аналог сейчас проходит II фазу клинических испытаний при сердечной недостаточности.
«Большинство исследователей, изучающие процессы старения, считают, что лучшим способом для увеличения мышечной силы является наращивание мышечной массы при помощи тестостерона, гормона роста и инсулиноподобного фактора роста1» — говорит д-р Маркс. «Но увеличение мышечной массы не обязательно сопровождается увеличением мышечной функции. Наши результаты показывают, что улучшить мышечную функцию можно, фиксируя «протекающие» кальциевые каналы. И в самом деле, при лечении мышей препаратом S107 отмечалось повышение мышечной силы без увеличения мышечной массы, по крайней мере, в течение четырехнедельного периода лечения».
Статья доктора Маркса называется «Окисление рианодиновых рецепторов, как причина внутриклеточной потери кальция и мышечной слабости во время старения.» Соавторы исследования: доктор Андерсон, Мэтью Дж. Бетзенхаузер, Стивен Рейкен, Альбано С. Мели, Алиса Уманская, Вэньцзюнь Се, Такаюки Шиоми, и Ран Zalk, сотрудники CUMC, а также Ален Lacampagne университета Монпелье, Франция.
Маркс также консультант частной биофармацевтической компании ARMGO Pharma, которая была удостоена эксклюзивной международной лицензии Колумбийского университета для исследования рианодиновых рецепторов. Компания разработала препарат «rycals», который представляет собой новый класс пероральных средств, действующих на рианодиновые рецепторы, устраняя потерю кальция, связанную с хроническими заболеваниями. ARMGO Pharma Inc развивает новое направление в низкомолекулярной терапии заболеваний сердечно-сосудистой, мышечной и нервной систем. Препарат компании в настоящее время проходит вторую фазу клинических испытаний при сердечной недостаточности.