En un món amb societats que envelleixen ràpidament, cal conéixer detalladament la causa i la progressió de les malalties associades a aquest envelliment. El múscul esquelètic és el sistema motor clau del cos humà i exerceix un paper fonamental en la regulació metabòlica corporal. Amb l’augment de l’edat, sobretot en individus de més de 80 anys, els músculs esquelètics pateixen sarcopènia, una pèrdua progressiva de massa i funció musculars que no només augmenta la discapacitat de l’individu, sinó que també intervé en el ràpid declivi de les funcions generals de la gent major i la fa més fràgil. Els mecanismes subjacents de la sarcopènia no es coneixen bé i les seues bases biològiques no s’havien investigat sistemàticament des del punt de vista unicel·lular.

En la recerca, una descoberta que podria afectar la salut física i contribuir a allargar la vida, han participat Mari Carmen Gómez-Cabrera i Julio Doménech-Fernández (de la Universitat de València/INCLIVA i de l’Hospital Arnau de Vilanova de València, respectivament), i també personal investigador de la Universitat Pompeu Fabra (UPF) de Barcelona, d’Altos Labs de San Diego (EUA), de BGI-Research, el primer hospital afiliat de la Universitat Farmacèutica de Guangdong, dels instituts de Biomedicina i Salut de Guangzhou (Acadèmia Xina de Ciències), i altres institucions.

En el treball s’ha analitzat l’expressió gènica i l’estat epigenètic de 387.000 cèl·lules individuals en biòpsies de múscul de les extremitats inferiors de 31 individus de diferent sexe, edat i procedència regional. Amb aquestes dades, han esbossat l’atles unicel·lular del múscul esquelètic humà envellit més complet fins ara, Multimodal cell atlas of the ageing human skeletal muscle (Atles de cèl·lules multimodals del múscul esquelètic humà envellit).

Aquesta col·laboració internacional ha estat liderada per Pura Muñoz-Cánoves, professora d’investigació ICREA del Departament de Medicina i Ciències de la Vida de la UPF, a Barcelona, i ara investigadora principal a l’Institut de Ciències Altos Labs de San Diego, i Miguel. A. Esteban, de BGI-Research a Shenzhen. “Com a l’atles més exhaustiu de l’envelliment muscular humà quant a cèl·lules unicel·lulars estudiat fins ara, serà una referència tant per als camps de l’envelliment com per als de la sarcopènia i la fragilitat”, ha dit Pura Muñoz-Cánoves. Mari Carmen Gómez-Cabrera i Julio Doménech-Fernández han destacat que aquest atles també serà una referència important per a futurs estudis en pacients amb malalties neuromusculars.

El múscul esquelètic humà està format en gran part per fibres musculars (miofibres), de les quals n’hi ha de dos tipus. Les fibres musculars tipus 1 participen principalment en l’activitat física de resistència, com ara carreres de llarga distància o ciclisme. Es caracteritzen per una velocitat de contracció muscular lenta, un metabolisme aeròbic elevat i una rica activitat mitocondrial. Les fibres musculars tipus 2 són importants en activitats físiques que requereixen ràfegues sobtades de potència com saltar, fer esprints i alçar peses. Tenen taxes de contracció muscular més ràpides, són més propenses a la fatiga, i depenen principalment del metabolisme anaeròbic per a produir energia.

Aquest treball descriu de quina manera les poblacions de cèl·lules musculars esquelètiques, inclosos tant els nuclis individuals en fibres multinucleades com en cèl·lules mononucleades convencionals, canvien durant l’envelliment, així com les xarxes multicel·lulars subjacents a aquests canvis. En comparar aquestes dades amb dades genètiques, l’equip també ha pogut identificar elements clau que prediuen la susceptibilitat a la sarcopènia.

Els investigadors i les investigadores han descobert que, a mesura que els humans envelleixen, les fibres musculars de tipus 2 es deterioren constantment durant el procés d’envelliment, mentre que les fibres musculars de tipus 1 es mantenen relativament estables i toleren millor l’estrés de l’envelliment. Durant el procés d’envelliment també es veu afectat el metabolisme cel·lular. Mentre que les fibres de tipus 1 es tornen més glucolítiques, les fibres musculars de tipus 1 augmenten l’oxidació. És important destacar que, amb l’envelliment, apareixen nous subtipus de miofibra proregenerativa i prodegenerativa. Aquestes noves poblacions poden contribuir a induir la cascada degenerativa del múscul envellit i són objectius probables d’intervenció.

Els músculs es poden reparar a si mateixos. D’això se n’encarreguen principalment les cèl·lules mare musculars que, davant d’una lesió, comencen a proliferar i a diferenciar-se pel que fa a múscul, fusionant-se entre si o amb fibres musculars existents per a reparar el múscul danyat. En la investigació han trobat que aquestes cèl·lules mare ixen de l’estat quiescent o de repòs en els músculs envellits i entren en un estat d’encebat prematur, el que deriva en una capacitat de regeneració reduïda.

Mentrestant, durant l’envelliment, les cèl·lules endotelials també experimenten canvis amb un augment dels senyals proinflamatoris i quimiotàctics, mentre que les cèl·lules immunitàries augmenten en nombre i inicien processos inflamatoris. Aquests canvis fan que els músculs siguen més susceptibles al deteriorament davant de lesions i que puguen promoure la inflamació sistèmica i accelerar el declivi de la funció física general en persones grans.

A més, mitjançant la comparació creuada amb dades genètiques, els investigadors i les investigadores han identificat llocs específics de tipus cel·lular a la cromatina, la barreja d’ADN i proteïnes que forma cromosomes a les cèl·lules humanes, associats a la susceptibilitat a la sarcopènia. Aquests descobriments proporcionen als equips d’investigació noves dianes possibles per al futur diagnòstic i tractament de la sarcopènia.

Miguel A. Esteban, un dels dos autors corresponsables d’aquest estudi, ha dit: “La nostra investigació científica conjunta ofereix una nova perspectiva per a entendre l’envelliment del múscul esquelètic humà i una base científica interessant per al desenvolupament d’estratègies preventives i terapèutiques.” “Aquest atles és el producte d’una col·laboració internacional i del desenvolupament de tecnologies de perfilats unicel·lulars massivament paral·leles”, ha afirmat el Dr. Yiwei Lai, primer autor de l’estudi i membre de l’equip xinés.

Article de referència: Lai, Y; Ramírez-Pardo, I; Isern, J; An, J; Perdiguero, E; Serrano, A.L; Li, J; et al; Multimodal cell atlas of the ageing human skeletal muscle. Nature. 2024, Apr. DOI: 10.1038/s41586-024-07348-6