Ученые выяснили, как физические упражнения обращают старение мышц вспять

Ученые выяснили, что физические упражнения могут помочь стареющим мышцам нажать биологическую «кнопку сброса», восстанавливая их способность к восстановлению и сохранению силы. Credit: Shutterstock

Ученые раскрыли ключевую причину, по которой физические упражнения так эффективно помогают сохранять силу мышц в пожилом возрасте. Новое исследование Медицинской школы Duke-NUS показывает, что физическая активность может восстановить естественные системы восстановления, которые ослабевают с возрастом, помогая мышцам восстанавливаться и поддерживать функцию в более позднем возрасте.

Исследовательская группа, работающая совместно с коллегами из Сингапурской больницы общего профиля и Кардиффского университета, обнаружила, что физические упражнения помогают исправить важный дисбаланс, который развивается внутри стареющих мышечных клеток. Результаты, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), дают новое понимание биологических механизмов старения мышц и в конечном итоге могут привести к новым подходам к предотвращению возрастной потери мышечной массы.

Почему здоровье мышц ухудшается с возрастом

Здоровые мышцы выполняют гораздо больше функций, чем просто поддержка движения. Они также играют важную роль в метаболизме, регуляции уровня сахара в крови и общем состоянии здоровья. Начиная со среднего возраста, мышечная сила и функция постепенно снижаются, увеличивая риск падений, переломов и замедленного восстановления после болезни или травмы.

Последствия выходят за рамки индивидуального здоровья. По мере старения населения потеря мышечной массы может увеличить нагрузку на лиц, осуществляющих уход, и системы здравоохранения. Таким образом, сохранение мышечной функции является важной частью поддержания независимости и качества жизни.

Одним из ключевых регуляторов здоровья мышц является сигнальный путь роста под названием mTORC1, который помогает контролировать выработку белка и поддержание мышц. В стареющих мышцах этот путь может стать чрезмерно активным. Когда это происходит, мышцы больше сосредотачиваются на построении новых белков, становясь менее эффективными в удалении поврежденных.

Со временем эти поврежденные белки накапливаются внутри мышечных клеток, вызывая их стресс и способствуя постепенной потере силы, связанной со старением. До сих пор ученые не до конца понимали, что вызывает этот дисбаланс.

DEAF1 становится ключевым геном старения мышц

Исследователи идентифицировали ген под названием DEAF1 как важный фактор, стоящий за этим процессом.

Согласно исследованию, уровень DEAF1 повышается в стареющих мышцах. По мере увеличения DEAF1 он повышает активность mTORC1, нарушая нормальный баланс между производством и удалением белка. Этот дисбаланс ускоряет ухудшение состояния мышц.

В нормальных условиях DEAF1 регулируется группой белков, известных как FOXO. Однако активность FOXO с возрастом естественным образом снижается. В результате DEAF1 больше не находится под жестким контролем, что позволяет его уровню увеличиваться и еще больше отдалять мышцы от восстановления и поддержания.

Как упражнения восстанавливают мышцы

Команда обнаружила, что физические упражнения могут помочь обратить вспять этот дисбаланс, при условии, что основная регулирующая система остается отзывчивой.

Доцент Тан Хонг-Вен из Программы биологии рака и стволовых клеток в Duke-NUS, ведущий автор исследования, сказал:

«Физические упражнения могут обратить этот процесс вспять, исправляя дисбаланс. Физическая активность активирует определенные белки, которые снижают уровень DEAF1, возвращая путь роста в равновесие. Это позволяет стареющим мышцам избавляться от поврежденных белков, правильно восстанавливаться и помогает им оставаться более сильными и устойчивыми».

Исследователи также обнаружили важное ограничение. В некоторых стареющих мышцах уровень DEAF1 становится чрезвычайно высоким, или активность FOXO значительно падает. В этих случаях одних только упражнений может быть недостаточно для полного восстановления способности мышц к восстановлению.

Это открытие может помочь объяснить, почему некоторые пожилые люди получают больше пользы от физических упражнений, чем другие, и подчеркивает важность понимания основной биологии старения мышц.

Результаты подтверждены на мухах и мышах

Чтобы проверить свои выводы, исследователи провели эксперименты как на плодовых мушках, так и на старых мышах.

Результаты были одинаковыми для обоих видов. Повышение уровня DEAF1 приводило к более быстрому ослаблению мышц, в то время как снижение DEAF1 восстанавливало более здоровый белковый баланс и улучшало мышечную силу. Полученные данные позволяют предположить, что DEAF1 играет консервативную роль в старении мышц у разных организмов.

Потенциальные преимущества, выходящие за рамки старения

Последствия исследования могут выходить за рамки нормального старения.

DEAF1 также влияет на мышечные стволовые клетки, которые отвечают за помощь мышцам в восстановлении и регенерации тканей. Эти стволовые клетки естественным образом становятся менее эффективными с возрастом, и нарушения в DEAF1, по-видимому, делают восстановление еще более трудным.

Полученные данные также могут оказаться ценными для людей, восстанавливающихся после операции, болезни или хронических заболеваний, таких как рак. Исследователи предполагают, что воздействие на DEAF1 потенциально может воспроизвести некоторые полезные эффекты физических упражнений на молекулярном уровне, помогая поддерживать мышечную силу даже при ограниченной физической активности.

Присцилла Чой Се Мун, научный сотрудник Программы биологии рака и стволовых клеток в Duke-NUS и первый автор исследования, сказала:

«Физические упражнения говорят мышцам: «очиститесь и перезагрузитесь». Снижение DEAF1 помогает стареющим мышцам восстановить силу и баланс, почти как нажатие кнопки перемотки назад. Учитывая, что миллионы пожилых людей подвержены риску упадка мышечной массы, понимание DEAF1 может привести к новым способам защиты мышц и улучшения качества жизни».

Профессор Патрик Тан, старший заместитель декана по исследованиям в Duke-NUS, добавил:

«Это исследование помогает объяснить на молекулярном уровне, почему стареющие мышцы теряют способность восстанавливаться и почему физические упражнения могут восстановить этот баланс у некоторых людей. Идентифицируя DEAF1 как ключевой регулятор в этом процессе, эти результаты могут привести к новым способам, с помощью которых преимущества физических упражнений могут быть привнесены в общества с быстро стареющим населением».

Duke-NUS признана во всем мире за свою работу в области медицинского образования и биомедицинских исследований, сочетая фундаментальные научные открытия с трансляционными исследованиями, направленными на улучшение понимания и лечения заболеваний в Сингапуре и во всем мире.

Эта работа была поддержана Министерством образования Сингапура (2022-MOET1-0004, FY2025-MOET1-0004), премией Дайаны Кох за инновационные исследования рака (Duke-NUS-DKICRA/2024/0001), Национальной академией медицины (MOH-001189-00) и Министерством здравоохранения Сингапура через Национальный совет медицинских исследований (NMRC), MOH Holdings Pte Ltd в рамках NMRC (MOH-001208-00, MOH-001885-00, MOH-001831-00). Авторы Цянь Го и Прия Д. Гопал Кришнан были поддержаны постдокторской стипендией Кхо (Duke-NUS-KPFA/2025/0078; Duke-NUS-KPFA/2024/0075).

Источники:

Материалы предоставлены Медицинской школой Duke-NUS.

Sze Mun Choy, Kah Yong Goh, Wen Xing Lee, Weiyi Jiang, Qian Gou, Priya D. Gopal Krishnan, Shi Chee Ong, Kenon Chua, Nathan Harmston, Hong-Wen Tang. Exercise suppresses DEAF1 to normalize mTORC1 activity and reverse muscle aging. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025; 122 (48) DOI: 10.1073/pnas.2508893122