Mit zunehmendem Alter müssen Sie auf „Muskel-Skelett-Erkrankungen“ achten. Die neue Forschung des Akademikers Tang Peifu enthüllt den Mechanismus der synchronen Alterung von Muskeln und Knochen!

Angesichts der zunehmenden Alterung der Weltbevölkerung sind Osteoporose und Muskelschwund (Sarkopenie), zwei „Brüder in Not“, still und leise zu zwei großen „Hindernissen“ auf dem Weg zur Gesundheit älterer Menschen geworden.

In meinem Land leiden 32,0 % der Bevölkerung über 65 Jahre an Osteoporose, bei den Frauen sind es sogar 51,6 %. Die Alterung der Skelettmuskulatur und der Knochen führt zu einer Abnahme der Muskelmasse und -funktion sowie einer verringerten Knochendichte. Diese Zustände werden zusammenfassend als Sarkopenie-Osteoporose-Syndrom (SOS) bezeichnet . Sie schwächen nicht nur die Knochen- und Muskelfestigkeit, sondern erhöhen auch das Sturz- und Knochenbruchrisiko erheblich und gefährden so die Fähigkeit der älteren Patienten, ein unabhängiges Leben zu führen. Erkrankungen des Bewegungsapparats haben erhebliche Auswirkungen auf das Leben älterer Menschen, doch die derzeitigen Behandlungsmöglichkeiten sind noch immer begrenzt.

Bei den bestehenden Behandlungen steht die Linderung der Symptome und die Vorbeugung von Knochenbrüchen im Vordergrund. Dazu gehören beispielsweise die Einnahme von Kalzium- und Vitamin-D-Präparaten zur Verbesserung der Knochendichte und Physiotherapie zur Steigerung der Muskelkraft. Allerdings verlangsamen diese Ansätze oft nur das Fortschreiten der Krankheit, können den Alterungsprozess von Muskeln und Knochen jedoch nicht grundlegend umkehren. Angesichts dieser Herausforderung hat uns ein Forschungsteam unter der Leitung von Akademiker Tang Peifu, Mitglied der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften und Direktor der Abteilung für Orthopädie am Allgemeinen Krankenhaus der Volksbefreiungsarmee, eine neue Perspektive eröffnet. Ein wichtiges Forschungsergebnis des Teams, „Deciphering Immune Landscape Remodeling Unravels the Underlying Mechanism for Synchronized Muscle and Bone Aging“, wurde in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht. Es enthüllt die Umgestaltung der Immunlandschaft während der Muskel- und Knochenalterung, die potenzielle Ziele für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien bieten könnte. *Durch ein tieferes Verständnis der Veränderungen, die während des Alterns auf zellulärer Ebene auftreten, können Wissenschaftler voraussichtlich Behandlungen entwickeln, die diese Veränderungen direkt angehen. Dadurch können Muskel-Skelett-Erkrankungen wirksamer verhindert und behandelt und die Lebensqualität älterer Menschen verbessert werden.

Das von Akademiemitglied Tang Peifu geleitete Forschungsteam überprüfte zunächst das vorhandene Wissen über die Alterung von Muskeln und Knochen. Sie weisen darauf hin, dass die molekularen Mechanismen, die der synchronisierten Alterung von Muskeln und Knochen zugrunde liegen, noch immer unzureichend verstanden sind. Cruz-Jentoft und Sayer (2019) betonten die schwerwiegenden Auswirkungen von Erkrankungen des Bewegungsapparats auf das tägliche Leben älterer Erwachsener, darunter ein erhöhtes Sturz- und Knochenbruchrisiko. Kirk et al. (2020) diskutierten die molekularen Mechanismen der Muskelalterung, während Compston et al. (2019) konzentrierte sich auf die Epidemiologie und Behandlungsstrategien von Osteoporose. Karsenty und Olson (2016) schlugen eine endokrine Kopplungsbeziehung zwischen Knochen und Muskeln vor, die bei der synchronen Alterung von Muskeln und Knochen eine Rolle spielen könnte. Die oben genannten Studien bieten eine Grundlage für das Verständnis der Muskel- und Knochenalterung, haben jedoch die Veränderungen auf zellulärer Ebene während des Alterungsprozesses noch nicht vollständig aufgedeckt. Das Forschungsteam nutzte die Technologie der Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq), um die zelluläre Vielfalt und Transkriptionsdynamik von Muskeln und Knochen während des Alterns zu untersuchen und so die zugrunde liegenden Mechanismen der synchronisierten Alterung aufzudecken. Das Team sammelte Muskel- und Knochenproben von Menschen unterschiedlichen Alters und analysierte Zelltyp- und Transkriptionsänderungen. Sie identifizierten mehrere Zelltypen, darunter Endothelzellen, Fibroblasten, Lymphozyten, mesenchymale Stammzellen, glatte Muskelzellen, Satellitenzellen, myeloide Zellen und Lymphozyten.

Die UMAP-Karte zeigt die Verteilung verschiedener Arten von Immunzellen und altersbedingte Veränderungen. Besonders hervorzuheben sind die im Rahmen der Studie festgestellten Veränderungen der myeloiden Zellen während des Alterungsprozesses, insbesondere die signifikante Zunahme der TREM2+-Makrophagen in alternden Muskeln und Knochen, die mit Muskelatrophie und Knochenschwund in Zusammenhang stehen könnten, was darauf hindeutet, dass diese Zellen eine Schlüsselrolle im Alterungsprozess von Muskeln und Knochen spielen könnten. Die Ergebnisse enthüllen wichtige Zelltypen und Signalwege in Muskeln und Knochen während des Alterns.

Immunfluoreszenzfärbung

Durch Immunfluoreszenzfärbung können Forscher die Position und Anzahl dieser Zellen im Gewebe beobachten und feststellen, ob sie sich mit dem Alter verändern. Die Studie ergab, dass Gene, die mit Muskeldystrophie und Knochenschwund in Zusammenhang stehen, wie etwa das sezernierte Phosphoprotein 1 (SPP1), in TREM2+ Macs stark exprimiert werden. Dies deutet darauf hin, dass SPP1 ein Schlüsselmolekül sein könnte, das eine zentrale Rolle bei der Muskel- und Knochenalterung spielt, was wichtige Hinweise zum Verständnis des Mechanismus der synchronen Alterung von Muskeln und Knochen liefert. Wir haben beobachtet, dass es in gealterten CD4+-T-Zellen zu einer Verschiebung hin zu einem proinflammatorischen Phänotyp kommt, der durch die Untereinheit 1 des nukleären Faktors Kappa B (NFKB1) aktiviert wird. Im Muskel zeigten CD4+-T-Zellen eine Th1-ähnliche Differenzierung, während im Knochen eine Tendenz zu Th17-Zellen beobachtet wurde. Dies deutet darauf hin, dass das Immunsystem während des Alterns spezifische Veränderungen durchlaufen könnte, die mit Alterungsphänotypen in Muskeln und Knochen in Zusammenhang stehen könnten.

Unsere Studie unterstreicht die Rolle von BAG6-haltigen Exosomen, die von degenerierenden Kardiomyozyten produziert werden, bei der Synchronisierung der Muskel- und Knochenalterung. Diese Exosomen kommunizieren über ihren Rezeptor NCR3 mit Th17-Zellen im Knochen und regulieren die Expression von CD6 in Th17-Zellen hoch. Anschließend interagieren Th17-Zellen über CD6-ALCAM-Signale mit TREM2+-Macs und stimulieren letztendlich die Transkription von SPP1 in TREM2+-Macs. Dieser Befund enthüllt einen möglichen Mechanismus der interzellulären Kommunikation zwischen Muskel und Knochen über große Entfernungen, der die synchronisierte Alterung von Muskel und Knochen während des Alterns regulieren könnte. Degenerierende Muskeln liefern BAG6 über Exosomen, die über Blutgefäße transportiert werden und mit Th17-Zellen im Knochen interagieren, TREM2+ Macs, die die Osteoklastendifferenzierung und Knochenresorption fördern

Quellen:

[1] Compston JE, McClung MR, Leslie WD. Osteoporose. Lanzette. 2019;393(10167):364-374. doi:10.1016/S0140-6736(18)31703-0. PMID: 30640958.

[2] Cruz-Jentoft AJ, Sayer AA. Sarkopenie. Lanzette. 2019;393(10183):2636-2650. doi: 10.1016/S0140-6736(18)32366-0. PMID: 30863398.

[3] Karsenty G, Olson EN. Endokrine Regulierung der Knochenentwicklung und Homöostase. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2016;8(6):a017219. doi: 10.1101/cshperspect.a017219. PMID: 27223286.

[4] Kirk B, Zanker J, Duque G. Molekulare Mechanismen der Muskelalterung. J Kachexie Sarkopenie Muskel. 2020;11(1):609-620. doi: 10.1002/jcsm.12479. PMID: 31980573.

[5] Yin P, Chen M, Rao M, Lin Y, Zhang M, Xu R, Hu X, Chen R, Chai W, Huang X, Yu H, Yao Y, Zhao Y, Li Y, Zhang L, Tang P. Die Entschlüsselung der Umgestaltung der Immunlandschaft enthüllt den zugrunde liegenden Mechanismus für die synchronisierte Alterung von Muskeln und Knochen. Adv Sci (Weinh). 2024 Feb;11(5):e2304084. doi: 10.1002/advs.202304084. Epub 2023 Dez 13. PMID: 38088531; PMCID: PMC10837389.

Geschrieben von: Xiaoyu

Rezension: Shuxia

Layout: Chu Han