Новости

21 апреля, 2023 16:22

Антидиабетическое лекарство уменьшило атрофию мышц

Московские биологи выяснили, что прием метформина — лекарства против диабета — помогает уменьшить атрофию мышц. К такому выводу ученые пришли, проведя эксперимент, в котором ограничили подвижность крыс: препарат способствовал нормализации обмена веществ и энергии в мышцах, не позволяя им сильно ослабеть. Предложенный подход будет полезен при подготовке космонавтов к полетам и пациентов к операциям, требующим долгого состояния покоя. С работой, выполненной при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ), можно ознакомиться на страницах журнала Current Issues in Molecular Biology.

Потребление крысами метформина позволило ослабить негативное воздействие функциональной разгрузки (моделируемой невесомости) на постуральную камбаловидную мышцу. Источник: Тимур Мирзоев

Скелетные мышцы, составляющие порядка 40% веса нашего тела, не только позволяют нам совершать движения, но также играют важную роль в обмене веществ. Они способны быстро подстраиваться под новые условия и нагрузки: так, в ходе постоянных тренировок мы чувствуем, что вес, казавшийся тяжелым вначале, уже недостаточен. Если же мышца не получает нагрузку, она слабеет, что может быть особенно критично в условиях невесомости или долгой реабилитации после операций и травм. Поскольку значительные перестройки — вопрос буквально нескольких дней, медики и биологи работают над тем, чтобы если не предотвратить негативные последствия сниженной мышечной активности (гипокинезии), особенно длительной, то хотя бы максимально их снизить.

Сотрудники лаборатории миологии Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП, Москва) под руководством профессора Бориса Шенкмана решили сосредоточиться на первопричине патологических изменений обездвиженных мышц, а именно — нарушениях обмена веществ и энергии. Атрофия связана, прежде всего, с дисбалансом между скоростью синтеза мышечного белка и его разрушением — неработающая мышца не потребляет столько же «энерговалюты» аденозинтрифосфата (АТФ), как прежде, в итоге энергия копится, что и нарушает нормальные физиологические функции мышечных волокон.

В основе этих процессов лежит бездействие фермента-регулятора — АМФ-активируемой протеинкиназы (AMPK), для работы которой нужен продукт расщепления АТФ при его использовании — аденозинмонофосфат (АМФ). Авторы предложили активировать фермент при помощи препарата метформина, назначаемого при лечении диабета. Лекарство влияет на клеточный энергообмен еще на этапе синтеза молекул АТФ, которых в обездвиженной мышце слишком много, и баланс между АТФ и АМФ смещается в пользу первого. Вещество блокирует один из ключевых механизмов, тем самым приостанавливая накопление энергии, равновесие приближается к нормальному, а AMPK получает АМФ для своей работы.

Ученые экспериментировали с крысами, у которых ограничили активность мышц задних конечностей, немного приподняв их за хвост так, чтобы они могли свободно ходить по клетке, питаться и пить воду, но при этом пользовались лишь передними лапами. В течение недели до эксперимента, а также трех дней после его начала восьми грызунам давали метформин. В качестве контроля использовалась группа без препарата. У последних масса камбаловидной мышцы голени (участвует в сгибании голеностопного сустава) снизилась на 37%, тогда как у принимавших лекарство — только на 21%. В метформиновой группе также примерно на 20% были толще мышечные волокна, кроме того, мышечные волокна практически не превращались из медленного типа в быстрый — это происходит при недостаточной физической нагрузке. Первый тип волокон («медленные») лучше приспособлен к выполнению продолжительной непрерывной работы, что и требуется, например, для поддержания позы, длительной ходьбы и рутинных движений. Волокна второго типа («быстрые») менее выносливы — чем их больше, тем скорее наступает мышечное утомление. Сила мышц после метформина также оказалась выше, чем у животных, не принимавших лекарство, — примерно на треть, — но все же оставалась меньше нормальных значений.

Чтобы подтвердить, что эффект достигнут именно благодаря активации AMPK, ученые оценили уровни его активной (фосфорилированной, то есть с присоединенными фосфатами) формы — таких молекул после метформина действительно оказалось примерно на 350% больше, чем без него. Далее по цепочке зависящих от фермента процессов приблизились к нормальным значения и для других соединений, которые ответственны за метаболизм и энергообмен мышечных клеток. Так, например, удалось предотвратить избыточную активность киназы гликогенсинтазы 3 бета, в норме отвечающей за подавление синтеза белка в мышечных волокнах — это важно для поддержания баланса между его образованием и разрушением. Еще обнаружилось больше «деталей» для сборки рибосом — наномашин, синтезирующих белки — то есть мышцы могли поддерживать количество сокращающихся структур, без которых невозможна их работа.

«С гипокинезией и сопутствующей ей атрофией постуральных мышц, которые помогают поддерживать вертикальное положение тела в условиях земной гравитации, вынуждены сталкиваться как космонавты, находящиеся в условиях невесомости, так и люди, соблюдающие длительный постельный режим при некоторых заболеваниях — переломах конечностей, параличе, инсульте, инфаркте миокарда. С помощью антигипергликемического средства метформина, широко используемого для лечения сахарного диабета II типа, нам удалось уменьшить атрофию мышечных волокон, а также частично сохранить силу камбаловидных мышц. Логичным продолжением нашей работы являлось бы исследование потенциальной роли метформина в профилактике атрофии скелетных мышц у человека», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Тимур Мирзоев, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ИМБП РАН.

29 мая, 2024
Сердца рыбок данио-рерио стали биться чаще под действием магнитных полей
Ученые выяснили, что магнитные поля с частотой, равной частоте сердечных сокращений у эмбрионов ры...
29 мая, 2024
В нейронную сеть удалось встроить функцию торможения
Ученые встроили в биофизическую модель нейронной сети мемристор — устройство, которое имитирует си...