Autor: Sławomir Ambroziak
Słowa kluczowe: blokery miostatyny, miostatyna, IGF-1, mTOR, komórki satelitarne, folistatyna, siRNA, immunoglobuliny, szczepionka przeciwmiostatynowa.
Odkąd odkryto miostatynę, jako hormon regulujących negatywnie rozwój tkanki mięśniowej, oraz dowiedziono, że blokowanie jej aktywności prowadzi do niezwykle spektakularnych efektów w postaci przerostu muskulatury – temat ten nie znika z poczytnych stron kolorowych magazynów sportowych. Również naukowcy nie ustępują w doskonaleniu technik blokowania tego hormonu, z nadzieją na stworzenie medykamentów skutecznych w leczeniu chorób przebiegających z zanikiem mięśni czy pomocnych w przeciwdziałaniu sarkopenii – ubytkom masy mięśniowej, związanym z procesem starzenia się organizmu. Wielkie nadzieje z blokerami miostatyny wiążą oczywiście również sportowcy, a w szczególności – co zrozumiałe – przedstawiciele dyscyplin siłowych i sylwetkowych. Problem w tym, że wszystkie techniki blokowania miostatyny – oficjalnie uznane na dzień dzisiejszy za skuteczne – wykluczają doustne zastosowanie leku. Natomiast wszędzie tam, gdzie jest to tylko możliwe, dąży się do uzyskania preparatów skutecznych przy podawaniu oralnym, gdyż postać doustna jest zwykle znacznie bezpieczniejsza, jak również – co niezwykle istotne – powszechnie akceptowana przez większość potencjalnych pacjentów. Również wielu sportowców stroni od bliskiego kontaktu z igłami, więc również i oni preferują zazwyczaj coś – co można po prostu połknąć. Dla nich mam właśnie tutaj te dobre wieści: dzisiaj jesteśmy już niezwykle blisko momentu, w którym doustne blokery miostatyny zagoszczą w arsenale skutecznych anabolików…
Miostatyna
O miostatynie napisano już wiele, ale bezwzględnie – w podobnym artykule – trzeba przypomnieć bodaj najważniejsze fakty…
Mistatyna to lokalny hormon tkankowy, wytwarzany przez tkankę mięśniową, będący negatywnym czynnikiem wzrostu mięśni, czyli – mówiąc krótko – stoperem rozwoju muskulatury. Należy do szerszej grupy transformujących czynników wzrostu (TGF) i nazywana bywa też czynnikiem wzrostu i różnicowania – GDF-8. Miostatyna jest w pierwszej kolejności potężnym antagonistą insulinopodobnego czynnika wzrostu typu 1 (IGF-1) – bodaj najsilniejszego hormonu anabolicznego, również wytwarzanego w tkance mięśniowej (i w wątrobie), tyle że działającego przeciwstawnie – pobudzającego mięśnie do wzrostu. IGF-1 aktywuje komórki satelitarne – macierzyste komórki mięśniowe, regenerujące i odbudowujące włókna mięśniowe, a także stymuluje produkcję białek we włóknach mięśniowych. Po związaniu się ze swoim receptorem błonowym – indukuje szlak sygnałowy, na którym leży m.in. osławiona kinaza mTOR – enzym pobudzający proces anabolizmu białek na etapie translacji (wiązania poszczególnych aminokwasów w złożone molekuły protein), jak również hamujący katabolizm – procesy związane z rozpadem białek mięśniowych. Miostatyna blokuje z kolei kinazę mTOR, powstrzymując tym samy procesy anaboliczne, a jednocześnie promując kataboliczne. Co jednak jeszcze ważniejsze: miostatyna hamuje proliferację (rozmnażanie) komórek satelitarnych oraz ich różnicowanie w kierunku dojrzałych włókien mięśniowych, jak również powstrzymuje transfer jąder komórek satelitarnych do wnętrza włókien mięśniowych. A wszystkie te procesy są podstawą wzrostu tkanki mięśniowej oraz jej przerostu (hipertrofii) w odpowiedzi na przeciążenie – bodziec treningowy. Kiedy bowiem przeciążenie uszkadza włókna mięśniowe – w pierwszej kolejności rozmnażają się komórki satelitarne, przekazując swoje jądra komórkowe uszkodzonym włóknom. Dzięki takiemu zastrzykowi dodatkowych jąder – włókna mogą sprawnie odbudowywać uszkodzone białka i nadbudowywać ich zapas, czyli powiększać swoje rozmiary, gdyż jądra przeprowadzają pierwszy i strategiczny etap anabolizmu białek – nazywany transkrypcją. Zjawisko to znamy z nomenklatury naukowej – jako „dominację jąder miocytów”. Kiedy jednak uszkodzenia włókien są bardzo rozległe – komórki satelitarne najpierw się dzielą, a potem zlewają ze sobą i różnicują w kierunku dojrzałych włókien mięśniowych, zastępując włókna uszkodzone i dobudowując zapas dodatkowych włókien. Widzimy więc, że miostatyna – hamując te wszystkie procesy – jest potężnym stoperem rozwoju masy mięśniowej.
Blokując miostatynę…
Dzisiaj doskonale wiemy, że wszelakie sytuacje, prowadzące do obniżenia aktywności miostatyny, skutkują niezwykle spektakularnymi efektami w postaci niezmiernie wysokiego przyrostu masy mięśniowej. Internet od lat obiegają zdjęcia zwierząt i ludzi z mutacjami w genach miostatyny, jej receptorów lub białek blokujących jej aktywność: potężnych myszy, psów i małp, „podwójnie umięśnionych” ras bydła Belgian Blue, Piedmontese i Blond D’Aquitaine oraz dwóch, małych chłopców o atletycznej budowie ciała.
Najważniejszym i najsilniejszym blokerem miostatyny, naturalnie produkowanym przez nasz organizm, jest inny hormon – folistatyna. Folistatyna wiąże miostatynę i tworzy z nią duże kompleksy, pozbawione aktywności skierowanej przeciwko muskulaturze. Miostatynę blokują również wytwarzane przez organizm, skierowane przeciwko niej przeciwciała – wiążące ją i przenoszące do procesów degradacji w komórkach żernych (fagocytozy), a także rozpuszczalne receptory miostatyny – białka będące kopiami zwnątrzkomórkowej domeny receptora miostatyny, swobodnie krążącymi we krwi, w limfie i macierzy zewnątrzkomórkowej. Te ostatnie białka wiążą i dezaktywują miostatynę, tworząc jednocześnie rodzaj jej puli magazynowej. Aby więc blokować miostatynę – możemy np. wprowadzać do organizmu wirusy z usuniętym ich własnym materiałem genetycznym, a zastąpionym genem folistatyny, co zmusi komórki biorcy do nadmiernej produkcji tego hormonu. Możemy również – po prostu – podawać gotową folistatynę. Możemy również podawać przeciwciała, a najlepiej sprzężone z kopiami rozpuszczalnego receptora miostatyny, jak ma to miejsce w przypadku popularnego blokera miostatyny – ACE-031. Wszystkie te zabiegi wymagają jednak – niestety (!) – zastrzyku…
W kierunku doustnych blokerów…
Pierwsze próby tworzenia doustnych blokerów mistatyny tyczyły się właśnie folistatyny… Folistatyna nie tylko bowiem dezaktywuje miostatynę, ale przede wszystkim bierze udział w procesach rozrodczych, w związku z czym produkowana jest między innymi w ludzkich jajnikach i ptasich jajach. W tych ostatnich – szczególnie w żółtkach i po ich zapłodnieniu. O wysokiej koncentracji folistatyny w żółtkach zapłodnionych jaj kurzych jako pierwszy informował bodaj Carlon Colker, w pracy opublikowanej w 2006 roku. Po tym odkryciu, Colker podjął współpracę z teksańską firmą biofarmaceutyczną – Celldyne Biopharma, która stworzyła koncentrat sproszkowanych żółtek zapłodnionych jaj z wysoką koncentracją folistatyny, nadając mu nazwę: Folstaxan. W kolejnym badaniu, też opublikowanym w 2006 roku, Colker udowodnił, że spożywanie Folstaxanu przez ochotników podnosi w ich krwi poziom folistatyny a obniża miostatyny; tej ostatniej – o ponad 33 procent. Uznał to za znakomity wynik, przywołując badania naukowców z Johns Hopkins Universty, z 2001 roku, które pokazały, że do znacznego przyrostu masy mięśniowej prowadzi już obniżenie poziomu miostatyny we krwi o 20 procent. Colker dalej doskonalił swój produkt w kierunku osiągnięcia większej koncentracji i czystości folistatyny, uzyskując w końcu produkt znany dzisiaj pod nazwą: MYO-T12 i dowodząc badaniem z 2009 roku, że jest on w stanie obniżyć poziom miostatyny we krwi ochotników aż o 46 procent.
Pomimo tych pozornie spektakularnych sukcesów – wokół MYO-T12 narosło wiele kontrowersji… Do dnia dzisiejszego nie wykonano żadnego badania – dowodzącego bezpośrednio, że przyjmowanie tego preparatu przyczynia się do rozwoju masy mięśniowej u ludzi czy zwierząt (chyba, że coś się w tej materii zmieniło, a ja o tym nie wiem…). Natomiast McNally informował w 2004 roku, że doustne podawanie folistatyny uczestnikom zajęć fitness i kulturystyki nie skutkuje przyrostem ich masy mięśniowej. Opinie użytkowników MYO-T12 też są podzielone – jedni chwalą, inni negują ten produkt. Folistatyna jest relatywnie dużym peptydem, zbudowanym z 330 aminokwasów, więc nasz układ trawienny traktuje ją, jak każde inne białko, i degraduje do mniejszych peptydów i pojedynczych aminokwasów. Wprawdzie enterocyty (komórki jelitowe) wchłaniają również peptydy, ale raczej bardzo drobne i rozkładają je w swoim wnętrzu na aminokwasy. Niektóre peptydy mogą przenikać do krwiobiegu – ale też raczej tylko bardzo małe. Większe peptydy i białka – szczególnie immunoglobuliny mleka – wchłaniane są na drodze tzw. pinocytozy, tyle że głównie w organizmach noworodków. Większe peptydy i białka pobierane są też przez organizm za pośrednictwem tzw. komórek olbrzymich M kosmków jelitowych, tyle że chodzi tutaj głównie o tzw. antygeny, o których jeszcze później więcej napiszę. Natomiast Colker, stwierdzając wzrost poziomu folistatyny po spożyciu Folstaxanu, nie zaproponował żadnego mechanizmu, na drodze którego hormon ten miałby przenikać z układu trawiennego do krwiobiegu. Ostatecznie, folistatyna jajeczna ma jedynie status suplementu diety, gdyż nigdy nie poddano jej procedurze badań klinicznych, charakterystycznej dla leków i potwierdzającej skuteczność np. w leczeniu zaników mięśni u ludzi. Dlatego dosyć już w tym miejscu o MYO-T12; przechodzę do poważniejszych prac nad innymi doustnymi blokerami miostatyny, rokującymi większe nadzieje na uzyskanie skutecznych preparatów leczniczych…
Mały interferujący RNA
Produkcja białek sygnalnych (i wszystkich innych), takich jak miostatyna, wygląda – w wielkim uproszczeniu – w ten sposób, że informacja genetyczna z DNA przepisywana jest w procesie transkrypcji na matrycowy RNA (mRNA), który następnie – w procesie translacji – wiąże ze sobą odpowiednie aminokwasy w długie łańcuchy peptydów. Jednakże, już po dokonaniu transkrypcji, komórka może niejako „rozmyślić się” i nie dopuścić do translacji białka. Taki „zakaz translacji” egzekwują drobne cząsteczki kwasu rybonukleinowego, nazywane małymi interferującymi RNA (siRNA), które wiążą wybrane molekuły mRNA i eksponują do cięcia specjalnemu enzymowi. Jak się uważa – siRNA mają głównie za zadanie ochraniać nasz organizm przed produkcją białek wirusowych, czyli rozmnażaniem się tych chorobotwórczych mikrobów, zmuszających komórki gospodarza do translacji zgodnej z własnym kodem genetycznym. Odkrycie interferencji RNA uhonorowano w 2006 roku Nagrodą Nobla i okrzyknięto przełomem w biologii i medycynie. Poznawszy bowiem ten mechanizm, możemy tworzyć siRNA skierowane w zasadzie przeciwko mRNA każdego białka, co daje niespotykane dotąd perspektywy terapeutyczne. Uzyskano już też oczywiście siRNA antymiostatynowe, a w 2012 roku Roberts udowodnił, że blokują one niezwykle skutecznie produkcję miostatyny w izolowanych komórkach mięśniowych myszy. Problem jedynie w tym, że kwasy nukleinowe są szybko i łatwo rozkładane przez odpowiednie enzymy, więc siRNA trzeba sprzęgać z jakimś nośnikiem, chroniącym go i zapewniającym mu dystrybucję do tkanek. I tak: w 2008. Kinouchi a w 2011. Kawakami sprzęgali skierowane przeciwko miostatynie siRNA z odpowiednio modyfikowanym kolagenem (tzw. atelokolagenem) i podawali takie kompleksy myszom, zarówno lokalnie – do tkanki mięśniowej, jak też ogólnie – dożylnie, obserwując wyraźną poprawę masy mięśniowej leczonych w ten sposób gryzoni, w porównaniu ze zwierzętami z grupy kontrolnej. Podobne badanie powtórzyła Stephanie Mosler: w pracy, której wyniki opublikowano w marcu 2014 roku, autorka uzyskała znaczny przyrost masy mięśniowej u myszy poddawanych wysiłkom fizyczny, którym wstrzykiwano przeciwmiostatynowe siRNA w sposób ciągły, za pomocą pompy osmotycznej.
Wszystko fajnie – ktoś może powiedzieć – ale ciągle ten sposób blokowania miostatyny wymaga kontaktu z igłą. Otóż – niekoniecznie…! Już bowiem w 2009. Aouadi opracował kompleks siRNA z beta glukanem – wielocukrem wchodzącym w skład błonnika pokarmowego – który wykazywał aktywność terapeutyczną u myszy po podaniu doustnym za pomocą zgłębnika. Natomiast w 2013. Bojra Ballarin-Gonzalez ustaliła, że siRNA sprzężony z innym wielocukrem – chitosanem (budującym pancerze skorupiaków) – ulega dystrybucji do tkanek myszy po podaniu go gryzoniom drogą doustną. I wprawdzie nie chodziło w obu tych przypadkach o siRNA skierowany przeciwko miostatynie, tylko przeciwko innej molekule sygnałowej – TNF alfa, ale zasada pozostaje ta sama, więc stąd już tylko krok do opracowania skutecznego, doustnego blokera miostatyny.
Szczepionka przeciwko miostatynie
Pod pojęciem antygenu rozumiemy zazwyczaj dużą molekułę biologiczną, rozpoznawaną przez nasz układ odpornościowy jako substancję obcą, pochodzącą np. od bakterii czy wirusów. Gdy cząsteczki takie wnikają do organizmu, komórki układu odpornościowego produkują odpowiednie przeciwciała (immunoglobuliny), wiążące antygeny, dezaktywujące je i kierujące do procesu fagocytozy (trawienia), przebiegającego w komórkach żernych. Jest to więc jeden z mechanizmów obronnych organizmu, strzegący nas przed niepożądanym działaniem substancji obcych, na którym Matka Natura opiera główną zasadę nabywania odporności, a my – całą ideę szczepień ochronnych. Raz bowiem wprowadzony do organizmu antygen – stymuluje produkcję odpowiednich przeciwciał i „uczy” organizm sprawnej i szybkiej ich produkcji na wypadek ponownego kontaktu z antygenem. Jednak układ immunologiczny posiada zdolność wytwarzania przeciwciał skierowanych przeciwko wszystkim molekułom biologicznym – nawet własnym białkom, takim jak np. hormony peptydowe. Jest to prawdopodobnie dodatkowy i niezależny sposób kontroli aktywności układu hormonalnego, egzystujący równolegle do zapewne znanego wszystkim mechanizmu ujemnego sprzężenia zwrotnego. (W warunkach pełnej równowagi życiowej – odpowiednie zabezpieczenia sprawiają, że przeciwciała nie atakują naszych własnych hormonów, kiedy jednak sytuacja wymyka się spod kontroli – dochodzi do poważnej choroby autoimmunizacyjnej, takiej jak np. cukrzyca typu 1.) Produkcja immunoglobulin skierowanych przeciwko danemu hormonowi ulega wyraźnej intensyfikacji w sytuacji nagłego i wysokiego wzrostu poziomu tego hormonu w organizmie – szczególnie, gdy ten zostanie podany z zewnątrz. Organizm nie daje się łatwo oszukać: gdy nawet białko takiego hormonu jest w 100 procentach zgodne z peptydem produkowanym przez nasze tkanki – układ odpornościowy i tak rozpoznaje je jako antygen. Sytuacja ta rodzi z jednej strony problemy hormonoterapii, z drugiej jednak otwiera nowe perspektywy terapeutyczne… Produkcja przeciwciał utrudnia bowiem np. leczenie cukrzycy insuliną czy niskorosłości – GH lub IGF-1. Kiedy jednak dany hormon podawany jest długotrwale i w relatywnie wysokiej dawce – wzrasta tolerancja i spada agresywność przeciwciał, jak również aktywność podanego nadmiaru przeważa na ilością dezaktywowanej substancji. Gdy jednak podejdziemy odwrotnie do całości zagadnienia i podamy umiarkowane dawki hormonu w długich odstępach czasowych (np. kilkutygodniowych) – organizm silnie zintensyfikuje produkcję przeciwciał i „nauczy się” jeszcze sprawniejszej i efektywniejszej ich produkcji w przypadku potraktowania kolejną porcją hormonu. Sam hormon szybko straci aktywność (hormony peptydowe mają bardzo krotki okres trwania, dlatego – podczas kuracji hormonalnych – trzeba podawać je bardzo często, nieraz nawet kilka razy na dobę), więc nie zadziała na organizm, natomiast przeciwciała będą krążyły jeszcze przez wiele tygodni, ciągle dezaktywując właściwy hormon produkowany przez nasze tkanki. W ten sposób pozbawimy organizm aktywności danego hormonu; stworzymy rodzaj szczepionki skierowanej nie przeciwko jakiemuś szczepowi mikrobów, ale przeciwko konkretnemu, własnemu hormonowi – np. przeciwko miostatynie. Czyżby więc – paradoksalnie – najskuteczniejszym blokerem miostatyny i najefektywniejszym anabolikiem miała okazać się… sama miostatyna…?
Koncepcję szczepionki przeciwmiostatynowej postanowił przetestować Long w 2009 roku na… świniach. (Nic w tym dziwnego, gdyż hodowcy ciągle wypatrują bezpiecznych dla konsumenta środków anabolicznych, zwiększających masę mięsną zwierząt rzeźnych i potencjalnie pomnażających ich zyski.) Autor wstrzykiwał zwierzętom mistatynę czterokrotnie, co 14 dni – w dawce 1 lub 4 miligramy – obserwując efekty takiego postępowania do 84. dnia trwania eksperymentu. Jak się okazało – dawka 1 mg była skuteczniejsza niż 4 miligramy: świnki traktowane co 14 dni taką porcją miostatyny, w porównaniu z grupą kontrolną, wytworzyły pięciokrotnie więcej immunoglobuliny przeciwko miostatynie, obniżyły o ok. 57% poziom własnej miostatyny, zwiększyły o ponad 4% wagę masy mięśniowej i o ponad 8% objętość swoich mięśni, a do tego straciły jeszcze blisko 13% tłuszczu.
Ponieważ izolacja hormonów peptydowych z tkanek zwierzęcych jest procesem uciążliwym i niewydajnym, nie gwarantującym uzyskania preparatów wysokiej jakości i czystości, i nie zaspokajającym światowego zapotrzebowania na leki hormonalne, dlatego od dłuższego czasu naukowcy zaprzęgają do pracy mikroorganizmy: transferują im geny ludzkich hormonów białkowych, a wtedy te – „jak szalone” – produkują cenne peptydy na skalę przemysłową. Bardzo wdzięcznymi, wydajnymi i często wykorzystywanymi producentami hormonów są… zwykłe drożdże. I właśnie drożdże zaprosił do współpracy przy produkcji miostatyny Zhang, publikując wyniki swoich prac w 2011 i 2012 roku. Autor zmuszał drożdże do produkcji miostatyny, a następnie odpowiednio je preparował, w celu stworzenia preparatu aktywnego po wprowadzeniu do organizmu. Uzyskaną w ten sposób szczepionkę wstrzyknął jednej grupie myszy, a drugiej podał doustnie. Jak się okazało – w obu grupach doszło do podobnego wzrostu poziomu immunoglobulin przeciwko mistatynie oraz podobnego przyrostu masy mięśniowej, w odniesieniu do grupy kontrolnej. Przy czym, co niezwykle istotne, nie odnotowano tu żadnych, niepożądanych efektów podawania szczepionki przeciwmiostatynowej!
Wszystko to wydaje się wielce prawdopodobne, gdyż wspominane wyżej komórki olbrzymie M kosmków jelitowych przenoszą antygeny (w tym przypadku – pewnie miostatynę) z układu trawiennego do tkanki limfatycznej, która z kolei indukuje sygnały do produkcji odpowiednich przeciwciał w węzłach chłonnych. I wprawdzie od badań na zwierzętach do leczenia ludzi droga jeszcze daleka, ale przecież przechodzi ją każdy jeden lek, tak że perspektywa na skuteczny i bezpieczny, doustny bloker mistatyny nie wydaje się aż tak bardzo odległa. A perspektywa ta rysuje się niezwykle kusząco… Wyobraźmy sobie: jedna mała kapsułka, co dwa tygodnie, i mięśnie rosną – nie tylko w przenośni, ale i dosłownie – „jak na drożdżach”. Zresztą, jak konkludowali autorzy tego programu badawczego, ich odkrycia mogą w niedługim czasie dokonać przełomu w leczeniu schorzeń przebiegających z zanikiem mięśni czy utratą masy mięśniowej u ludzi.
