ACE-031 является белком, получаемым биотехнологическим путем, который выступает ингибитором (блокатором) миостатина. ACE-031 повышает сухую мышечную массу, стимулирует рост скелетных мышц, препятствуя их истощению, снижает окислительный стресс в клетках мышц. Кроме того, белок повышает минеральную плотность костной ткани. ACE-031 используется спортсменами как допинг. ACE-031 может найти применение в терапии мышечной дистрофии Дюшенна. В обзоре рассмотрены результаты доклинических и клинических исследований ACE-031.

Общая характеристика 

ACE-031 (Ramatercept, Раматерцепт, ACVR2B/Fc, ActRIIB-IgG1; CAS 1169766-01-1) – это синтетический белок, состоящий из рецептора активина типа IIB и иммуноглобулина G1-Fc (IgG1-Fc). Он связывается в мышцах с миостатином, подавляющим рост мышечных тканей, и родственными белками, делая их неактивными. Исследования показывают, что он полезен для стабилизации массы мышц и их силы во время первичных нарушений истощения мышц, а также при нервно-мышечных заболеваниях. Миостатин – это белок, вырабатываемый мышечными клетками, в норме ингибирующий гипертрофию и/или гиперплазию скелетных мышц.

ACE-031 является растворимым производным рецептора активина 2B (ACVR2B), служащего эффективным регулятором развития мышечной ткани in vivo. Миостатин, отрицательный регулятор ACVR2B роста мышц, связывается с ACVR2B и впоследствии инактивируется. Исследования на мышиных моделях показывают, что нокаут данного рецептора повышает массу всех клеток мышц. В связи с этим, белок клинически исследовался в качестве потенциального препарата для терапии заболеваний, приводящих к истощению мышц, таких как, например, саркопения и мышечная дистрофия Дюшенна. Рецепторы активина также играют важную роль в гаметоцитозе, в частности, сперматозоидов. Рецептор часто оказывается инактивированным при раке простаты и поврежденным или неправильно функционирующим при нескольких различных типах колоректального рака. ACE-031 также, вероятно, оказывает влияние на костномозговой метаболизм, обмен веществ, отложение жира и здоровье спермы.

ACE-031 производят биотехнологическим путем в мутантных клетках, а затем подвергают очистке [1]. Очищенный белок существует в виде димера, его молекулярная масса в восстановительной среде составляет примерно 60 кДа. Комплекс ACE-031 с активином А очень стабилен – k_d=1,48×10^-4 с^-1, как и с миостатином – k_d=3,45×10^-5 с^-1.

ACE-031 разрабатывался компанией Acceleron Pharma в рамках стратегии «белковой терапии» с середины 2000-ых годов [2], но к 2018 году испытания были приостановлены.

Доклинические исследования

ACE-031, рост мышечных клеток и сила

Исследования на мышах показывают, что максимальный рост скелетных мышц может быть достигнут при использовании ингибитора миостатина – ACE-031 в дозировке 6 или 20 мг/кг. Более того, представляется, что блокада миостатина несколькими способами является наиболее полезной [3]. Блокирование миостатина у взрослых мышей вызывало гипертрофию мышц примерно на 15%. Результаты позволили предположить, что для максимальной защиты мышц в условиях мышечного истощения может потребоваться многогранный подход с использованием методов терапии, которые одновременно усиливают рост (гормон роста IGF-1) и уменьшают истощение мышц (ACE-031).

Способность ACE-031 улучшать работу мышц, по-видимому, не ограничивается ингибированием миостатина. Исследования на мышах показывают, что ACE-031 может улучшить способность мышечной ткани генерировать силу, отчасти за счет сохранения энергоснабжения и смещения термодинамики мышц в сторону окислительно-восстановительного дыхания. У мышей введение АСЕ-031 по 10 мг/кг в течение восьми недель повысило максимальную общую и силу сокращения на 40% и 25%, соответственно [4]. При этом не наблюдалось изменения утомляемости мышц. Следовательно, АСЕ-031 улучшает мышечную силу, не влияя на динамику энергии. Исследование не выявило изменений в гомеостазе АТФ или эффективности сократительной силы.

ACE-031 и энергетический метаболизм

Исследования на мышах показывают, что миостатин может негативно влиять на энергетический метаболизм мышц. Другими словами, слишком большое количество миостатина приводит к сильной мышечной усталости. Блокирование действия ACE-031 у мышей приводило к повышению уровня лактата в сыворотке крови и серьезным метаболическим повреждениям мышц. Это также вело к уменьшению количества кровеносных сосудов, обслуживающих мышечную ткань [5]. Добавка ACE-031 по 10 мг/кг в день на протяжении четырех месяцев не только благоприятствовала росту мышечной ткани путем ингибирования миостатина, но и улучшала окислительную способность клеток мышц, защищая от усталости и негативных последствий производства свободных радикалов.

ACE-031 повышает плотность костной ткани

В мышиной модели мышечной дистрофии Дюшенна (МДД) препарат ACE-031 вводился еженедельно на протяжении семи недель по 5 мг/кг [6]. В конце исследования у животных, получавших данный белок, значительно возрос вес тела и мышечная масса, а также улучшилась минеральная плотность костной ткани. Последний эффект, по-видимому, является результатом уменьшения количества остеокластов – клеток, ответственных за разрушение костной ткани. Увеличение массы тела также не было случайным: тестирование минерализации показало, что усиленная минерализация улучшила биомеханику кости и увеличила как максимальную силу, которую кости могут выдерживать, так и жесткость костей. Данное испытание показало, что ACE-031 увеличил костную массу на 20% у мышей, которым вводили белок, а число трабекул (костных перекладин) – на 30%. Это говорит о том, что ACE-031 должен рассматриваться как потенциальное средство для лечения остеопороза. Тот факт, что белок увеличивает мышечную силу и плотность костной ткани, уменьшая при этом жировые отложения, делает ACE-031 очень заманчивой молекулой для изучения с точки зрения лечения физиологических последствий старения.

То, что белок ACE-031 уникальным образом действует на кости, отдельно от его действия на мышцы, подтверждено в другом эксперименте на мышах, в котором животным инъекционно вводили в течение четырех недель либо ингибитор миостатина, либо ACE-031 по 10 мг/кг, либо плацебо [7]. Эксперименты показали, что хотя и ACE-031, и ингибитор миостатина способствовали увеличению мышечной массы, только ACE-031 улучшил плотность костной ткани. Результаты оказались весьма значительными: плотность костной ткани в большеберцовой кости и бедренной кости (кость, склонная к разрушению у пожилых людей) увеличилась на 132%, а плотность костной ткани в позвонках – на 27%. Это предполагают, что ACE-031, связывая миостатин, оказывает двойственное действие.

Рак и потеря мышечной массы

Рак и химиотерапия способствуют потере мышечной массы. Исследования показывают, что и то, и другое активирует сигнальные пути, которые приводят к гибели и некрозу мышечных клеток. Оба состояния также приводят к изменениям в окислительном дыхании, что создает метаболический стресс для мышечных клеток. Эти негативные эффекты в дополнение к повышенной выработке свободных радикалов, которую вызывают такие последствия, являются косвенной причиной повреждения мышц.

Обработка препаратом ACE-031 в моделях клеточных культур предотвращает активацию пути ERK1/2 в мышечных клетках, что подавляет атрофию мышечных волокон путем обсуждения программируемой клеточной смерти. ACE-031 также сохраняет энергетическую функцию митохондрий в мышцах и повышает энергетическую эффективность мышечных волокон. Это помогает компенсировать негативные метаболические эффекты и последствия рака и химиотерапии, улучшая использование энергии в условиях скудного питания. Улучшенное использование энергии также снижает количество свободных радикалов, которые образуются в процессе метаболизма [8]. Исследователи рассматривают возможность протестировать ACE-031 в комбинации с противораковыми препаратами, чтобы определить, насколько эффективной может быть такое сочетание в предотвращении индуцированной химиотерапией атрофии мышц.

Важно также отметить, что клетки некоторых видов рака сами вырабатывают миостатин, и что ACE-031 является потенциальным средством для предотвращения истощения мышечной ткани в таких условиях. Исследования в клеточных культурах показали, что АСЕ-031 предотвращает истощение мышечных клеток, ингибируя миостатин [9] (данная статья была отозвана из-за фальсификации одним из авторов результатов вестерн-блота [10]). Раковые клетки, по-видимому, оказывают несколько прямых эффектов на функцию мышц, вызывая уменьшение количества митохондрий и, как следствие, производства энергии в мышечных клетках.

Преимущества ACE-031 не связаны строго с тканью мышц, силой и сухой массой. Очевидно, уменьшение потери мышечной массы при лечении рака и раковых заболеваний заметно увеличивает продолжительность жизни. Кроме того, инактивация миостатина при лечении рака улучшает чувствительность к инсулину, снижает отложение жира (липодистрофия) и воспаление, повышает прочность костей и скорость заживления переломов [11].

ACE-031 показал минимальные побочные эффекты, низкую пероральную и отличную подкожную биодоступность у мышей. 

Клинические испытания

ACE-031 и защита мышц после менопаузы

ACE-031 был протестирован в небольшом клиническом исследовании с участием 48 здоровых женщин постменопаузального возраста, чтобы определить, может ли он помочь в поддержании мышечной массы [12]. Сохранение и поддержание мышечной массы по мере старения имеет решающее значение для долгосрочного здоровья костей и помогает снизить частоту травм суставов, падений и т. д. как у мужчин, так и у женщин. В плацебо-контролируемом исследовании ACE-031 добровольцы были рандомизированны для приема разовой дозы ACE-031 (0,02–3 мг/кг, подкожно) или плацебо (3:1). ACE-031 в целом хорошо переносился. Нежелательные явления включали эритему в месте инъекции. Средняя AUC и C_max ACE-031 увеличивались линейно в зависимости от дозы; медианный период полураспада составлял 10–15 дней. ACE-031 вызвал значительное увеличение массы тела и объема мышц бедра после однократного приема. Статистически значимое увеличение средней общей тощей массы тела (3,3%) и объема мышц бедра (5,1%) наблюдалось на 29 день в группе, получавшей 3 мг/кг. Участники исследования, получавшие ACE-031, продемонстрировали улучшение жировых показателей в сыворотке крови, биомаркеров костного и жирового метаболизма. Это позволяет предположить, что ACE-031, хотя и связан в первую очередь с ростом мышц, вероятно, ингибирует отложение жира и увеличивает производство костной ткани. Таким образом, введение одной дозы ACE-031 привело к увеличению мышечной массы у здоровых постменопаузальных женщин и улучшило жировой метаболизм.

ACE-031 и восстановление мышц

Мышечная дистрофия Дюшенна (МДД) – это вязанное с мутациями X-хромосомы рецессивное заболевание, характеризующееся тяжелой потерей мышечной массы. Ею страдает до 33 новорожденных мальчиков из 100 тыс. в год. МДД к 12 годам обычно приводит к неспособности ходить из-за того, что в мышцах недостаточно белка, но исключительно много жира. Из-за дисфункции белка дистрофинпротеина мышечные клетки при МДД слабые и подвержены повреждениям. Хотя это и является основной причиной заболевания, возникает вторичный эффект, когда миостатин выделяется из поврежденных мышечных клеток и замедляет или подавляет рост других клеток. Генная терапия для устранения дисфункции дистрофина пока оказалась несостоятельной, но в настоящее время есть надежда, что с помощью препарата ACE-031 можно замедлить повреждение мышц путем уменьшения вторичного воздействия, вызванного миостатином.

В клиническом испытании 2017 года подкожные инъекции ACE-031 каждые 2-4 недели привели к тенденции к сохранению показателей теста шестиминутной ходьбы и состояния мышц (NCT01099761) [13]. В рандомизированном, двойном слепом, плацебо-контролируемом исследовании с возрастающей дозой 18 мальчиков с МДД получали по 0,5 и по 1 мг/кг ACE-031; шесть вошли в контрольную группу. ACE-031 не ассоциировался с серьезными или тяжелыми нежелательными явлениями. Исследование было остановлено после второго дозирования из-за опасности носового кровотечения и телеангиэктазий (стойкое расширение сосудов, т. н. «сосудистые звездочки»). Наблюдалась тенденция к увеличению сухой массы тела (на ~2% к 99 и 113 дню эксперимента), улучшению минеральной плотности костной ткани (на 5% к 169 дню) и уменьшению жировой массы (на 3–5% относительно контроля) [13]. Показатель ходьбы увеличился на 8 м при дозе 0,5 мг/кг; в группе старше 10 лет – на 44 м против контрольной группы, где наблюдалось ухудшение на 40 м. Эти результаты свидетельствуют о положительном влиянии ACE-031 на костный и жировой обмен, и что белок сохраняет функцию мышц.

Безопасность и дозировка

Ряд проведенных исследований показывает, что специфическое ингибирование миостатина безопасно и хорошо переносится. Неспецифическое системное введение ингибитора миостатина, как, например, в случае с ACE-031, может иметь некоторые побочные эффекты из-за ингибирования других членов семейства TGF-b, которые часто широко экспрессируются и имеют множество системных функций [14]. Активин и фоллистатин, например, играют роль в воспалении, заживлении ран и репродукции. Существует опасность развития носового кровотечения и телеангиэктазий. Эти побочные эффекты проходят самостоятельно после отмены препарата, но именно из-за их возникновения дальнейшие клинические испытания компании Acceleron Pharma были приостановлены.

В клинических исследованиях взрослым добровольцам вводили не более 3 мг/кг ACE-031 (в диапазоне 0,02-3 мг/кг). Препарат применяли не чаще одного раза в неделю. Максимальная продолжительность экспериментального лечения составляла 24 недели. Безопасность более длительного применения неизвестна.

Заключение

ACE-031 – ингибитор миостатина, показавший эффективность в клинических испытаниях. ACE-031 способствует улучшению метаболизма жира, увеличению минеральной плотности костной ткани и сухой мышечной массы, стимулируя рост скелетных мышц, и их защите. ACE-031 продемонстрировал потенциальную полезность при мышечной дистрофии Дюшенна. В настоящее время испытания на людях приостановлены из-за известных побочных эффектов. Препарат привлек к себе внимание со стороны профессиональных спортсменов и бодибилдеров, и внесен в Запрещенный список ВАДА.

1.         Sako, D., Grinberg, A.V., Liu, J., Davies, M.V., Castonguay, R., Maniatis, S., Andreucci, A.J., Pobre, E.G., Tomkinson, K.N., Monnell, T.E., Ucran, J.A., Martinez-Hackert, E., Pearsall, R.S., Underwood, K.W., Seehra, J., Kumar, R., Characterization of the ligand binding functionality of the extracellular domain of activin receptor type IIb. The Journal of biological chemistry, 2010. 285(27): p. 21037-21048. DOI: 10.1074/jbc.M110.114959.

2.         Perez, D.P., Making the case to Acceleron Pharma for FSHD clinical trials. FSH Watch Newsletter, 2007(Summer): p. 11-12.

3.         Morvan, F., Rondeau, J.M., Zou, C., Minetti, G., Scheufler, C., Scharenberg, M., Jacobi, C., Brebbia, P., Ritter, V., Toussaint, G., Koelbing, C., Leber, X., Schilb, A., Witte, F., Lehmann, S., Koch, E., Geisse, S., Glass, D.J., Lach-Trifilieff, E., Blockade of activin type II receptors with a dual anti-ActRIIA/IIB antibody is critical to promote maximal skeletal muscle hypertrophy. Proc Natl Acad Sci U S A, 2017. 114(47): p. 12448-12453. DOI: 10.1073/pnas.1707925114.

4.         Béchir, N., Pecchi, E., Vilmen, C., Le Fur, Y., Amthor, H., Bernard, M., Bendahan, D., Giannesini, B., ActRIIB blockade increases force-generating capacity and preserves energy supply in exercising mdx mouse muscle in vivo. Faseb j, 2016. 30(10): p. 3551-3562. DOI: 10.1096/fj.201600271RR.

5.         Relizani, K., Mouisel, E., Giannesini, B., Hourdé, C., Patel, K., Morales Gonzalez, S., Jülich, K., Vignaud, A., Piétri-Rouxel, F., Fortin, D., Garcia, L., Blot, S., Ritvos, O., Bendahan, D., Ferry, A., Ventura-Clapier, R., Schuelke, M., Amthor, H., Blockade of ActRIIB signaling triggers muscle fatigability and metabolic myopathy. Mol Ther, 2014. 22(8): p. 1423-1433. DOI: 10.1038/mt.2014.90.

6.         Puolakkainen, T., Ma, H., Kainulainen, H., Pasternack, A., Rantalainen, T., Ritvos, O., Heikinheimo, K., Hulmi, J.J., Kiviranta, R., Treatment with soluble activin type IIB-receptor improves bone mass and strength in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy. BMC musculoskeletal disorders, 2017. 18(1): p. 20-20. DOI: 10.1186/s12891-016-1366-3.

7.         Bialek, P., Parkington, J., Li, X., Gavin, D., Wallace, C., Zhang, J., Root, A., Yan, G., Warner, L., Seeherman, H.J., Yaworsky, P.J., A myostatin and activin decoy receptor enhances bone formation in mice. Bone, 2014. 60: p. 162-171. DOI: 10.1016/j.bone.2013.12.002.

8.         Barreto, R., Waning, D.L., Gao, H., Liu, Y., Zimmers, T.A., Bonetto, A., Chemotherapy-related cachexia is associated with mitochondrial depletion and the activation of ERK1/2 and p38 MAPKs. Oncotarget, 2016. 7(28): p. 43442-43460. DOI: 10.18632/oncotarget.9779.

9.         Lokireddy, S., Wijesoma, I.W., Bonala, S., Wei, M., Sze, S.K., McFarlane, C., Kambadur, R., Sharma, M., Myostatin is a novel tumoral factor that induces cancer cachexia. Biochem J, 2012. 446(1): p. 23-36. DOI: 10.1042/bj20112024.

10.      Lokireddy, S., Wijesoma, I., Bonala, S., Wei, M., Sze, S., McFarlane, C., Kambadur, R., Sharma, M., Retraction: Myostatin is a novel tumoral factor that induces cancer cachexia. Biochem J, 2016. 473(8): p. 1111. DOI: 10.1042/bj4731111.

11.      Han, H.Q., Zhou, X., Mitch, W.E., Goldberg, A.L., Myostatin/activin pathway antagonism: molecular basis and therapeutic potential. Int J Biochem Cell Biol, 2013. 45(10): p. 2333-2347. DOI: 10.1016/j.biocel.2013.05.019.

12.      Attie, K.M., Borgstein, N.G., Yang, Y., Condon, C.H., Wilson, D.M., Pearsall, A.E., Kumar, R., Willins, D.A., Seehra, J.S., Sherman, M.L., A single ascending-dose study of muscle regulator ACE-031 in healthy volunteers. Muscle Nerve, 2013. 47(3): p. 416-423. DOI: 10.1002/mus.23539.

13.      Campbell, C., McMillan, H.J., Mah, J.K., Tarnopolsky, M., Selby, K., McClure, T., Wilson, D.M., Sherman, M.L., Escolar, D., Attie, K.M., Myostatin inhibitor ACE-031 treatment of ambulatory boys with Duchenne muscular dystrophy: Results of a randomized, placebo-controlled clinical trial. Muscle Nerve, 2017. 55(4): p. 458-464. DOI: 10.1002/mus.25268.

14.      Wagner, K.R., The elusive promise of myostatin inhibition for muscular dystrophy. Current opinion in neurology, 2020. 33(5): p. 621-628. DOI: 10.1097/wco.0000000000000853.

15.      Международный Стандарт: Кодекс, Всемирный Антидопинговый. Приложение 1. Запрещенный список. 2020; Available from: https://rusada.ru/upload/iblock/06d/%D0%97%D0%B0%D0%BF%D1%80%D0%B5%D1%89%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA%202020.pdf.