Анаболизм без лекарств III

Доставка генов

Как и большинство других исследователей, мы использовали в качестве переносчиков (векторов) генов вирусные частицы. Они проникают в клетки организма-хозяина и включают свой генетический материал в клеточный геном, но до поры до времени никак себя не проявляют, выступая в роли биологического Троянского коня. В какой-то момент вирусные гены активируются, и начинают реплицироваться, используя клеточный аппарат для производства своих белков. Специалисты по генной терапии эксплуатируют эту способность вирусов, для чего включают в их геном нужный ген и удаляют те, которые отвечают за патогенность вируса.

В качестве вектора был взят крошечный аденоассоциированный вирус (AAV), который легко проникает в мышечные клетки человека и не вызывает при этом никаких заболеваний. В его геном мы включили синтетический IGF-I-ген, функционирующий только в скелетных мышцах. Введение рекомбинантного вируса молодым мышам привело к увеличению у них суммарной длины мышц и повышению скорости наращивания мышечной массы на 15–30 %, при том что грызуны вели малоподвижный образ жизни. Затем мы ввели IGF-I-ген взрослым мышам и длительное время наблюдали за ними. Обнаружилось, что у них с возрастом мышцы не утрачивали своей силы.

Для проверки безопасности такого подхода Розенталь создала трансгенных мышей, у которых IGF-I образовывался в избыточном количестве во всех скелетных мышцах. Животные развивались нормально, только масса скелетных мышц была у них выше нормы на 20–50 % Когда мыши состарились, обнаружилось, что их мышцы такие же сильные, как у молодых грызунов. Не менее важным было и то, что повышенный уровень IGF-1 отмечался только в мышцах, а в крови оставался нормальным (увеличение концентрации циркулирующего в организме IGF-I отрицательно сказывается на работе сердца и увеличивает вероятность онкологических заболеваний). Последующие эксперименты показали, что при образовании IGF-I в избыточном количестве повреждения в мышцах устраняются быстрее даже у мышей с серьезными формами мышечной дистрофии.

Возможность локального образования IGF-I позволяет достичь заветной цели при лечении болезней, связанных с мышечным истощением, — разрыва тесной связи между мышечной нагрузкой и их размерами. Подобная имитация физических упражнений таит в себе много привлекательного для профессиональных спортсменов. Если генноинженерным способом удалось достичь увеличения мышечной массы у молодых животных, ведущих малоподвижный образ жизни, то почему бы не использовать этот метод для развития мускулатуры у активных, здоровых индивидов?

Сотрудники моей лаборатории инъецировали рекомбинантный аденовирус, несущий ген белка IGF-I, в мышцы одной задней конечности каждой из лабораторных крыс и затем в течение восьми дней подвергали их нагрузкам. К концу эксперимента мышцы лапы, куда была сделана инъекция, стали вдвое сильнее и впоследствии утрачивали силу гораздо медленнее, чем мышцы второй задней конечности. Даже у крыс, не получавших нагрузок, после инъекции наблюдалось 15 %-ное увеличение силы мышц — в полном соответствии с теми данными, что были получены нами в опытах на мышах. Сейчас мы собираемся провести аналогичные исследования на собаках — известно, что одна из пород, охотничья поисковая, подвержена особенно тяжелой форме мышечной дистрофии.

Что касается человека, то о применении генной терапии с использованием рекомбинантных аденоассоциированных вирусов можно будет говорить не ранее, чем через 10 лет. Во-первых, нужно понять, безопасен ли этот метод, а во-вторых, неясно, куда лучше вводить вирус — в кровь или непосредственно в мышечную ткань. Пока же планируются испытания на человеке методов переноса генов для замены дефектного гена дистрофина, а Ассоциация по исследованию мышечной дистрофии скоро приступит к клиническим испытаниям способа лечения миотонической дистрофии (патологии, проявляющейся длительным мышечным сокращением), основанного на инъекциях IGF-I.

Возможно, удастся достичь успехов, используя препараты, блокирующие действие миостатина — белка, участвующего в регуляции роста и развития мышц, на протяжении всей жизни животных начиная с эмбриональной стадии. В норме он действует как тормоз, не допуская чрезмерного развития мышечной ткани, а когда нагрузка уменьшается, запускает процесс атрофии. Как показывают опыты на трансгенных мышах, в отсутствие этого фактора сдерживания роста наблюдается заметное увеличение, как числа мышечных волокон, так и всей мышечной массы.

Не только увеличение мышечной массы

Фармацевтические и биотехнологические компании работают сегодня над созданием сразу нескольких ингибиторов миостатина, который может способствовать повышению мясистости скота.

Первые миостатин-блокирующие препараты представляли собой антитела к миостатину. Вскоре начнутся клинические испытания одного из них на больных мышечной дистрофией Дюшенна. Другой подход состоит в имитации специфической мутации в геноме животного путем введения в его организм укороченного миостатина, который не обладает свойственными нормальной молекуле сигнальными функциями, но распознает структуры, примыкающие к клеткам-сателлитам, связывается с ними и делает недоступными для нормального миостатина. Показано, что инъекция укороченной версии данного белка (пептида) в мышцы приводит к их гипертрофии. Такой подход представляется изданный момент самым перспективным. Теперь мы собираемся ввести синтетический ген, кодирующий этот пептид, собакам.

Метод блокирования миостатина также представляет большой интерес для спортсменов, желающих быстро нарастить мышечную массу. Конечно, в этом случае адресная доставка соответствующих препаратов невозможна, поскольку их действие носит системный характер. Зато не возникает проблем с приемом, который к тому же при необходимости можно прекратить. Однако подобные вещества легко обнаружить в организме спортсмена, сделав анализ крови, что весьма нежелательно для человека, который их принимает.

Другое дело — генная терапия. Продукт синтетического гена не выходит за пределы мышечной ткани и неотличим от своего природного аналога. Чтобы обнаружить сам ген или несущий его вектор, нужно взять мышечный биоптат и провести ДНК-анализ. Но многие вирусы (в том числе аденоассоциированный вирус, который мы использовали в качестве вектора в своих экспериментах) в норме присутствуют в организме человека, так что тест только на их ДНК ничего не даст. К тому же не всякий спортсмен согласится на инвазивное тестирование перед соревнованиями.

Но безопасно ли для организма человека быстрое увеличение мышечной массы на 20–40 %? Выдержат ли такую нагрузку связки и кости? Этот же вопрос возникает, не только тогда, когда речь идет о людях преклонного возраста, костная ткань которых утрачивает прочность в результате остеопороза. Возможно, у молодых, занимающихся спортом людей костная система успеет адаптироваться к новым условиям за несколько недель или месяцев, но так или иначе адаптируется она слабо и до решения проблемы безопасности новых методов быстрого наращивания мышечной массы об их применении говорить пока рано.

Однако необходимо отдавать себе отчет в том, что как только методы генной терапии войдут в клиническую практику, генный допинг станет частью спортивной жизни, при этом простое наращивание мышечной массы — это лишь один из аспектов его применения. Так, бегунам на короткие дистанции важнее не нарастить мускулатуру как таковую, а увеличить число быстрых мышечных волокон, а спортсменам-марафонцам — повысить выносливость мышц.

Увеличение массы — скорее всего лишь первая цель, которую будут преследовать спортсмены, прибегая к генной терапии. Выносливость участников состязаний зависит помимо всего прочего от эффективности снабжения тканей кислородом. Образование в организме человека эритроцитов (клеток крови, переносящих кислород) стимулируется белком эритропоэтином. Его синтетический аналог, эпоэтин (Epoietin, ЕРО), был создан для лечения анемии, но его как допинг используют и спортсмены. Самый известный случай употребления ЕРО — велосипедные гонки «Тур де Франс» 1998 г., тогда была дисквалифицирована вся сборная одной из стран.