Ученые обнаружили, как упражнения обращают вспять старение мышц.
Ученые выявили биологический механизм, который помогает объяснить, как физические упражнения защищают стареющие мышцы и восстанавливают их способность к саморемонту. Открытие показывает, почему физическая активность может противодействовать некоторым изменениям, ослабляющим мышцы с возрастом, и указывает на потенциальные новые подходы к лечению возрастной утраты мышечной массы.
Исследование, проведенное Duke‑NUS Medical School в сотрудничестве с Singapore General Hospital и Cardiff University, выявило молекулярную систему, которая нарушается по мере старения мышц. Упражнения помогают восстановить баланс этой системы, позволяя мышечным клеткам удалять поврежденные белки и поддерживать здоровую ткань.
Опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) результаты дают новое понимание биологии мышечного старения. Они также частично объясняют, почему физическая активность может быть более эффективной для одних пожилых людей, чем для других.
Хотя эксперименты проводились на плодовых мушках и мышах, исследователи полагают, что обнаруженный механизм в перспективе может помочь в разработке подходов к сохранению силы и подвижности мышц у людей.
Потеря мышечной массы — одно из наиболее значимых физических изменений, связанных со старением. Начиная примерно с середины жизни, мышцы постепенно теряют силу и функцию, что усложняет повседневные дела и повышает риск падений и переломов.
Слабые мышцы также затрудняют восстановление после травм и болезней и усложняют регуляцию уровня сахара в крови. Поскольку мышцы играют важную роль в обмене веществ, их ухудшение влияет не только на силу, но и на более широкие аспекты здоровья.
Для стареющих популяций, включая население Сингапура, поддержание здоровья мышц особенно важно. Предотвращение их упадка помогает пожилым людям оставаться независимыми и снижает нагрузку на системы ухода и здравоохранения.
На клеточном уровне поддержание здоровья мышц требует тщательного баланса между синтезом новых белков и удалением старых или поврежденных. Белки образуют большую часть «механики» и структуры внутри мышечных клеток, поэтому эта постоянная уборка необходима для нормальной функции.
Одна из главных систем, регулирующих этот процесс, — сигнальный путь mTORC1. Он выступает регулятором роста, помогая клеткам решать, когда синтезировать белки и поддерживать мышечную ткань.
Однако с возрастом этот механизм может терять равновесие.
Когда mTORC1 становится чрезмерно активным, мышечные клетки могут уделять слишком много ресурсов производству белков и при этом не успевать удалять поврежденные. Со временем дефектные белки накапливаются, создавая стресс для клеток и нарушая их нормальную работу.
Ученые давно считали такое нарушение вкладом в дегенерацию мышц, но до сих пор оставалось неясным, что именно выводит систему из равновесия.
Ученые обнаружили ключевой ген старения мышц
Исследователи проследили проблему до гена под названием DEAF1, который, по-видимому, играет важную роль в управлении старением мышц.
По мере старения мышц уровни DEAF1 могут повышаться. Команда обнаружила, что это повышение приводит к чрезмерной активности mTORC1, нарушая нормальный цикл производства и удаления белков.
В результате разрушается механизм поддержания мышечной ткани. Вместо эффективной замены поврежденных компонентов и сохранения здоровой ткани старые мышечные клетки все больше загромождаются белками, которые должны были быть удалены.
В нормальных условиях DEAF1 контролируется семьей белков, известных как FOXO.
Эти белки регулируют активность генов и участвуют в важных клеточных процессах поддержания. В здоровых мышцах они предотвращают чрезмерную активность DEAF1.
Но активность FOXO с возрастом, как правило, снижается. По мере ослабления этой защитной регуляции DEAF1 может повышаться, подталкивая активность mTORC1 вверх и еще больше нарушая процессы, необходимые для поддержания здоровья мышц.
Исследователи обнаружили, что эта цепочка событий помогает объяснить, почему стареющие мышцы постепенно теряют способность к самовосстановлению.
Как упражнения помогают стареющим мышцам восстанавливаться
Упражнения делают больше, чем просто стимулируют укрепление мышц. Согласно результатам, физическая активность также помогает восстановить клеточную систему обслуживания, которая нарушается при старении.
Исследователи выяснили, что упражнения активируют регуляторные белки, которые снижают уровни DEAF1. Это помогает вернуть активность mTORC1 в более здоровое состояние, позволяя мышечным клеткам удалять поврежденные белки, одновременно продолжая синтезировать необходимые новые белки.
Фактически, упражнения помогают мышцам провести внутреннюю «уборку», что облегчает поддержание здоровой ткани и восстановление после повреждений.
Ассистент-профессор Танг Хонг-Вэн, ведущий автор исследования из программы рака и биологии стволовых клеток Duke‑NUS, объяснил: «Упражнения могут обратить этот процесс, исправив дисбаланс. Физическая активность активирует определенные белки, которые понижают уровни DEAF1, возвращая путь роста в равновесие. Это позволяет стареющим мышцам очищать поврежденные белки, правильно перестраиваться и оставаться более сильными и устойчивыми».
Однако исследователи выявили важное ограничение.
Когда уровни DEAF1 становятся чрезвычайно высокими или активность FOXO опускается слишком низко, одних упражнений может быть недостаточно для полного восстановления нормального мышечного ремонта.
Это указывает на то, что биологическое состояние мышечных клеток влияет на то, насколько эффективно они откликаются на физическую активность. Это также может объяснять, почему у некоторых пожилых людей изменения от упражнений более выражены, чем у других.
Полученные результаты не означают, что упражнения теряют свою ценность с возрастом. Скорее они указывают на то, что понимание внутренних биологических изменений в стареющих мышцах может быть необходимым для разработки более эффективных стратегий предотвращения их упадка.
Эксперименты показали способ восстановления силы мышц
Чтобы исследовать роль DEAF1, ученые провели эксперименты на плодовых мушках и пожилых мышах.
Эти две модели позволили команде проверить, влияет ли один и тот же биологический механизм на здоровье мышц у очень разных видов.
Результаты выявили последовательную картину.
Когда исследователи увеличивали уровни DEAF1, мышцы быстро ослабевали. Но при снижении DEAF1 баланс между синтезом и удалением белков улучшался, и сила мышц восстанавливалась.
Похожие эффекты у плодовых мушек и мышей указывают на то, что DEAF1 участвует в эволюционно сохраненной системе, то есть базовая биологическая функция поддерживалась среди разных видов в ходе эволюции.
Эти эксперименты также показали, что DEAF1 не просто ассоциирован с ухудшением мышц: изменение его уровней непосредственно влияло на функцию мышц, что усиливает аргумент в пользу его важной роли в процессе старения.
Остается выяснить, можно ли воздействовать на эту систему, чтобы получить сопоставимые преимущества у людей.
Можно ли имитировать пользу упражнений?
Последствия открытия могут выходить за рамки обычного мышечного старения.
DEAF1 также влияет на мышечные стволовые клетки — специализированные клетки, которые помогают восстанавливать и регенерировать мышечную ткань после повреждений.
С возрастом эти клетки становятся менее эффективными, их количество или активность снижаются, что затрудняет восстановление. Нарушения, связанные с DEAF1, могут дополнительно ухудшать способность организма регенерировать здоровую мышцу.
Выявив DEAF1 как важный регулятор, исследователи обнаружили потенциальную мишень для терапий, направленных на улучшение обслуживания и восстановления мышц.
Такие лечения в будущем могли бы принести пользу людям, которым трудно выполнять упражнения, в том числе восстанавливающимся после серьёзных операций, тяжелых болезней или хронических состояний, таких как рак.
Одна из возможностей — регулировать активность DEAF1 так, чтобы имитировать некоторые молекулярные изменения, обычно вызываемые физической активностью. Это могло бы помочь сохранять силу мышц даже при ограниченной способности человека к упражнениям.
Однако это остается потенциальным будущим применением, а не установленным лечением. Потребуются дополнительные исследования, чтобы установить безопасность и эффективность манипуляций с DEAF1 у людей.
Перисиллия Чой Сзе Мун, первый автор работы и научный ассистент в программе рака и биологии стволовых клеток Duke‑NUS, охарактеризовала открытие так: «Упражнения говорят мышцам „убраться и перезагрузиться“. Снижение DEAF1 помогает старым мышцам вернуть силу и баланс, почти как нажать кнопку перемотки назад. Учитывая миллионы пожилых людей, подвергающихся риску потери мышечной массы, понимание DEAF1 может привести к новым способам защиты мышц и улучшения качества жизни».
Новое направление в борьбе с возрастной потерей мышц
Полученные данные подчеркивают важное отличие между простым стимулом роста мышц и поддержанием клеточных систем, которые сохраняют мышцы здоровыми.
Увеличение синтеза белков не всегда полезно, если при этом накапливаются поврежденные белки. Эффективное обслуживание мышц требует совместной работы обоих процессов.
Показав, как упражнения помогают восстановить этот баланс, исследователи выявили возможное биологическое объяснение части их защитного эффекта против мышечного старения.
Профессор Патрик Тан, старший заместитель декана по исследованиям в Duke‑NUS, подчеркнул более широкий смысл работы: «Это исследование помогает объяснить на молекулярном уровне, почему стареющие мышцы теряют способность к восстановлению и почему упражнения в некоторых случаях возвращают этот баланс. Выявив DEAF1 как ключевого регулятора процесса, эти результаты могут привести к новым способам донести пользу упражнений до обществ с быстро стареющим населением».
Открытие в конечном счете может помочь ученым разработать вмешательства, дополняющие физическую активность, особенно для людей, чьи мышцы уже менее отзывчивы на упражнения.
Пока же исследование подтверждает важность физических упражнений и показывает, что их эффект зависит от сложной сети молекулярных процессов внутри мышечных клеток.
По мере старения населения во всем мире понимание этих процессов будет становиться всё более важным для сохранения подвижности, поддержки восстановления и помощи людям в сохранении независимости в позднем возрасте.
Duke‑NUS Medical School сочетает медицинское образование с фундаментальными и трансляционными биомедицинскими исследованиями. Ее работа направлена на углубление понимания распространенных заболеваний и трансформацию лабораторных открытий в новые подходы к лечению, принося пользу пациентам в Сингапуре и за рубежом.
Работа была поддержана Министерством образования Сингапура (2022‑MOET1‑0004, FY2025‑MOET1‑0004), премией Diana Koh Innovative Cancer Research Award (Duke‑NUS‑DKICRA/2024/0001), Национальной академией медицины (MOH‑001189‑00) и Министерством здравоохранения Сингапура через Национальный медицинский исследовательский совет (NMRC), MOH Holdings Pte Ltd при поддержке NMRC (MOH‑001208‑00, MOH‑001885‑00, MOH‑001831‑00).
Авторы Цян Гоу и Прия Д. Гопал Кришнан получали поддержку по стипендии Khoo Postdoctoral Fellowship (Duke‑NUS‑KPFA/2025/0078; Duke‑NUS‑KPFA/2024/0075).
Материалы предоставлены Duke‑NUS Medical School. Примечание: содержание может быть отредактировано в целях стиля и объема.
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.
