Транскриптомный метаанализ атрофии скелетных мышц при разгрузке и гипертрофии в ответ на силовые тренировки у молодых и пожилых людей

Введение: Атрофия скелетных мышц наблюдается при многих заболеваниях, однако степень сходства и различий между механизмами, приводящими к атрофии при разных состояниях, неясна. Старение и отсутствие нагрузки — одни из наиболее распространённых и экономически затратных факторов атрофии; наиболее эффективным способом коррекции образа жизни считается силовая тренировка. Мы провели метаанализ на уровне генов и сетей, сопоставив транскриптомные профили при разгрузке и силовых тренировках, а также у молодых и пожилых людей, чтобы определить общие молекулярные признаки атрофии мышц и потенциальные терапевтические мишени при состояниях, имеющих большое социально-экономическое значение.

Методы: Проведён интегрированный метаанализ на уровне генов и сетей с использованием общедоступных наборов данных микрочипового анализа. В них изучались латеральная широкая мышца бедра у молодых людей (18–35 лет) после разгрузки (иммобилизация одной конечности или постельный режим) продолжительностью ≥7 дней либо силовых тренировок продолжительностью ≥3 недель, а также мышцы пожилых людей (≥60 лет), выполнявших силовые тренировки.

Результаты: Разгрузка и силовые тренировки вызывали преимущественно разные транскрипционные ответы; при этом изменения транскриптов в разных условиях в основном происходили в одном направлении. Однако при разгрузке и силовых тренировках наблюдались прямо противоположные профили экспрессии генов, связанных с функцией митохондрий и регуляцией трансляции. Центральными узловыми компонентами изменённых митохондриальных сетей были COX4I1, ENDOG, GOT2, MRPL12 и NDUFV2, а узловым геном сети регуляции трансляции — ZMYND11. Значительное число генов (n = 140), экспрессия которых повышалась после силовых тренировок у молодых людей, не демонстрировало аналогичного повышения у пожилых; у молодых также был выраженнее ответ генов внеклеточного матрикса и иммунных и воспалительных процессов. У молодых и пожилых людей силовые тренировки вызывали сходные профили экспрессии генов, связанных с убиквитинированием и процессингом РНК; соответствующими узловыми генами были PWP1, PSMB1 и RAF1.

Выводы: Несмотря на наличие небольшого числа противоположных профилей экспрессии генов, транскрипционные изменения при разгрузке не являются простым зеркальным отражением ответа на силовые тренировки. Поэтому механизмы разгрузки нельзя установить, изучая только воздействие нагрузки; это также даёт молекулярное объяснение тому, почему силовые тренировки не затрагивают все транскрипционные признаки атрофии. Ослабление индуцируемых силовыми тренировками профилей механотрансдукции внеклеточного матрикса и воспалительного ответа может также способствовать менее выраженной адаптации мышц пожилых людей. Выявленные молекулярные мишени, связанные с разгрузкой и возрастом, создают основу для понимания и лечения атрофии при разгрузке и старении.