В мире быстро стареющего общества существует необходимость детального понимания причин и развития заболеваний, связанных со старением. Скелетные мышцы являются ключевой двигательной системой в организме человека и играют ключевую роль в регуляции обмена веществ в организме. С возрастом, особенно у людей старше 80 лет, скелетные мышцы страдают от саркопении, прогрессирующей потери мышечной массы и функции.
Саркопения не только увеличивает инвалидность человека, но также играет роль в быстром ухудшении общих функций у пожилых людей, делая их более слабыми. Лежащие в основе механизмы недостаточно изучены. До сих пор биологические основы саркопении на уровне отдельных клеток систематически не исследовались.
Научно-исследовательские группы из Университета Помпеу Фабра (UPF) в Барселоне (Испания), Altos Labs в Сан-Диего (США), Университета Валенсии/INCLIVA и больницы Арнау де Виланова в Валенсии (Испания), BGI-Research, Первой дочерней больницы Гуандуна Фармацевтический университет, Институты биомедицины и здравоохранения Гуанчжоу (Китайская академия наук) и другие учреждения проанализировали экспрессию генов и эпигенетический статус 387 000 отдельных клеток в биоптатах мышц нижних конечностей от 31 человека разного пола, возраста и регионального происхождения.
Благодаря этим данным они составили наиболее полный на сегодняшний день атлас старения скелетных мышц человека. Это революционное исследование « Мультимодальный клеточный атлас стареющих скелетных мышц человека » опубликовано в журнале Nature .
Эту международную совместную работу возглавили доктор Пура Муньос-Кановес, профессор-исследователь ICREA на факультете медицины и биологических наук UPF в Барселоне, а ныне главный исследователь в Институте науки Altos Labs в Сан-Диего, и доктор Мигель. А. Эстебан в BGI-Research в Шэньчжэне.
«Являясь на сегодняшний день наиболее исчерпывающим атласом старения мышц человека на уровне отдельных клеток, это исследование станет справочником в области старения, саркопении и слабости», — сказал доктор Пура Муньос-Кановес.
Скелетные мышцы человека в основном состоят из мышечных волокон (миофибрилл), которых существует два типа.
Мышечные волокна 1-го типа в основном участвуют в физической активности на выносливость, такой как бег на длинные дистанции или езда на велосипеде. Они характеризуются медленной скоростью мышечного сокращения, высоким аэробным метаболизмом и богатой активностью митохондрий.
Мышечные волокна 2-го типа важны при физической активности, требующей резких всплесков мощности, таких как прыжки, спринтерский бег и поднятие тяжестей. У них более высокая скорость сокращения мышц, они более склонны к утомлению и в основном полагаются на анаэробный метаболизм для производства энергии.
В этой работе описывается, как популяции клеток скелетных мышц, включая как отдельные ядра в многоядерных волокнах, так и в обычных одноядерных клетках, изменяются с возрастом, а также многоклеточные сети, лежащие в основе этих изменений. Сравнивая эти данные с генетическими данными , команда также смогла определить ключевые элементы, которые предсказывают восприимчивость к саркопении.
Исследователи обнаружили, что по мере старения человека мышечные волокна 2-го типа неуклонно разрушаются в процессе старения, в то время как мышечные волокна 1-го типа остаются относительно стабильными и лучше переносят стресс старения. В процессе старения также затрагивается клеточный метаболизм. В то время как волокна типа 1 становятся более гликолитическими, мышечные волокна типа 1 увеличивают окисление. Важно отметить, что с возрастом появляются новые прорегенеративные и продегенеративные подтипы миофибрилл. Эти новые группы населения могут сыграть важную роль в стимулировании дегенеративного каскада старения мышц и, вероятно, станут объектами вмешательства.
Мышцы могут восстанавливаться самостоятельно. В основном это делается мышечными стволовыми клетками, которые после травмы начинают размножаться и дифференцироваться в мышцы, сливаясь друг с другом или с существующими мышечными волокнами для восстановления поврежденных мышц. Исследователи обнаружили, что эти стволовые клетки выходят из состояния покоя в стареющих мышцах и переходят в преждевременное состояние прайминга, что приводит к снижению способности к регенерации.
Между тем, во время старения эндотелиальные клетки также претерпевают изменения с увеличением провоспалительных и хемотаксических сигналов, в то время как иммунные клетки увеличиваются в количестве и инициируют воспалительные программы. Эти изменения делают мышцы более восприимчивыми к ухудшению состояния в ответ на травму и могут способствовать системному воспалению и ускорить снижение общей физической функции у пожилых людей.
Кроме того, посредством перекрестного сравнения с генетическими данными исследователи определили специфичные для типа клеток участки в хроматине (смесь ДНК и белков, образующих хромосомы в клетках человека), связанные с предрасположенностью к саркопении. Эти результаты предоставляют исследователям потенциальные новые цели для будущей диагностики и лечения саркопении.
Доктор Мигель А. Эстебан, один из двух соавторов этого исследования, сказал: «Наше совместное научное исследование открывает новую перспективу для понимания старения скелетных мышц человека и представляет интересную научную основу для разработки профилактических и терапевтических стратегий. "
«Этот атлас является результатом международного сотрудничества и разработки массово-параллельных технологий профилирования одиночных клеток», — сказал доктор Ивэй Лай, первый автор исследования и член китайской команды.
«Наш анализ экспрессии одного ядра позволил изучить популяции клеток, которые не могли быть охарактеризованы традиционными исследованиями, например, миоядра из многоядерных волокон скелетных мышц », — сказал Игнасио Рамирес-Пардо, один из соавторов исследования. , от UPF и Altos Labs.
Другие важные участники исследования, д-р Джоан Изерн, Эусебио Пердигеро и Антонио Серрано из Altos Labs и команд UPF, добавили, что «будет важно сравнить этот атлас старения мышц человека с предыдущими атласами клеток нечеловекообразных приматов и от других видов, поскольку это поможет установить межвидовые адаптивные сравнения и предсказать восприимчивость к болезням».
Доктора Мари Кармен Гомес-Кабрера и Хулио Доменек-Фернандес (из Университета Валенсии/INCLIVA и больницы Арнау де Виланова в Валенсии соответственно) подчеркнули, что «этот атлас также станет важным справочником для будущих исследований у пациентов с нервно-мышечными заболеваниями».
«Мы надеемся, что это станет основой многих последующих исследований, направленных на замедление или даже блокирование саркопении, слабости и ухудшения состояния мышц у пожилых людей, способствуя более здоровому старению тела и увеличению продолжительности жизни», — сказал доктор Пура Муньос-Кановес.
Это исследование демонстрирует важность международного сотрудничества и междисциплинарной командной работы в решении важнейших научных проблем.
Путем дальнейшего увеличения размера выборки и использования образцов мышц из других частей тела в различных контекстах исследовательская группа стремится создать более полный атлас, чтобы улучшить понимание функций мышц и старения мышц, а также вселить оптимизм в решении проблем, с которыми сталкивается старение. общества.
