Антидиабетический метформин защитил неподвижные конечности от атрофии 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.
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 (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.
