Historia odkrycia MGF (mechaniczny czynnik wzrostu)

Mechaniczny czynnik wzrostu, czyli MGF, to jedna z najciekawszych i zarazem najbardziej kontrowersyjnych historii współczesnej biologii mięśni. Odkryto go jako «odpowiedź mięśnia na rozciąganie», potem stał się bohaterem forów sportowych, a następnie trafił na Listę Zabronioną WADA, tak i nie stając się zarejestrowanym lekiem. Redakcja prześledziła, jak rozwijały się wydarzenia — od pierwszych eksperymentów z klonowaniem po współczesne dyskusje o tym, czy MGF w ogóle istnieje jako samodzielna cząsteczka.

Prehistoria: IGF-1 i poszukiwanie «czujnika obciążenia»

Aby zrozumieć, dlaczego odkrycie MGF wzbudziło takie zainteresowanie, trzeba wrócić do insulinopodobnego czynnika wzrostu 1 (IGF-1). To białko znane jest od lat 1950–1970 jako mediator działania hormonu wzrostu: wątroba w odpowiedzi na somatotropinę wydziela IGF-1 do krwi, a on już stymuluje wzrost tkanek. Przez długi czas to właśnie «wątrobowy» IGF-1 uważano za głównego regulatora wzrostu mięśni.

Jednak fizjolodzy zauważali dziwną rzecz: mięsień, który intensywnie pracuje lub jest rozciągany, ulega przerostowi nawet wtedy, gdy systemowy poziom hormonów prawie się nie zmienia. Naprowadzało to na myśl, że mięsień ma własny lokalny mechanizm, który «wyczuwa» obciążenie mechaniczne i przekształca je w biochemiczny sygnał wzrostu.

Równolegle biolodzy molekularni ustalili, że gen IGF-1 jest złożony. Zawiera sześć eksonów, a dzięki alternatywnemu splicingowi — różnemu «montażowi» gotowego RNA — z jednego genu powstaje kilka wariantów białka prekursorowego. Warianty te mają jednakową dojrzałą część IGF-1, ale różnią się końcowym fragmentem, tak zwanym E-peptydem.

Pytanie, które postawili badacze, brzmiało tak: czy jedna z tych izoform nie może być właśnie owym lokalnym «czujnikiem obciążenia»? Odpowiedzi na nie zaczęto szukać w laboratorium brytyjskiego fizjologa Geoffreya Goldspinka (Geoffrey Goldspink) w Londynie.

Rok 1996: klonowanie izoformy z rozciągniętego mięśnia

W 1996 roku Yang (S. Yang), Goldspink i współautorzy opublikowali w Journal of Muscle Research and Cell Motility pracę o klonowaniu izoformy IGF-1, która ulegała ekspresji w mięśniach szkieletowych królika poddanych rozciąganiu i elektrostymulacji. Sekwencja różniła się od znanych wariantów insercją w obszarze eksonu 5, przez którą zmieniała się ramka odczytu i, odpowiednio, budowa końcowego E-peptydu.

Właśnie tę izoformę autorzy nazwali mechanicznym czynnikiem wzrostu — mechano growth factor, MGF. Nazwa podkreślała główną ideę: ten wariant jest syntetyzowany w odpowiedzi na bodziec mechaniczny i działa lokalnie, autokrynnie i parakrynnie, czyli na te same komórki, które go wytworzyły, oraz na ich najbliższych sąsiadów.

U człowieka odpowiednik tej izoformy oznacza się jako IGF-1Ec, a u gryzoni — IGF-1Eb. To zamieszanie w nomenklaturze przez lata utrudniało porównywanie prac, ponieważ różne grupy nazywały «MGF» to transkrypt RNA, to całe białko prekursorowe, to jedynie syntetyczny fragment jego końcowego peptydu.

Główne etapy tej historii można ująć w chronologię, która pomaga zrozumieć, jak stopniowo zmieniał się status cząsteczki.

Lata 2000.: rozkwit hipotezy i pierwsze dane u ludzi

W 2002 roku Yang i Goldspink opublikowali w FEBS Letters pracę, w której twierdzili, że syntetyczny E-peptyd MGF stymuluje proliferację mioblastów — prekursorów komórek mięśniowych — ale w odróżnieniu od dojrzałego IGF-1 nie uruchamia ich różnicowania. Stąd powstał popularny model: najpierw MGF «rozmnaża» rezerwę komórek, a potem dojrzały IGF-1 przekształca je w pełnowartościowe włókna.

W 2003 roku ukazały się dwie ważne prace. Hill i Goldspink wykazali na gryzoniach, że po miejscowym uszkodzeniu mięśnia ekspresja wariantu splicingowego MGF rośnie wcześnie i jest związana z aktywacją komórek satelitarnych. Hameed i współautorzy w Journal of Physiology porównali młodych i starszych mężczyzn po intensywnym obciążeniu siłowym i stwierdzili, że u starszych uczestników odpowiedź transkryptu MGF była słabsza.

Ten ostatni wynik stał się podstawą hipotezy, że związana z wiekiem utrata mięśni (sarkopenia) może być częściowo związana z «przytępioną» mechanowrażliwością układu IGF-1. W 2005 roku Goldspink podsumował te idee w przeglądzie w czasopiśmie Physiology, gdzie opisał sygnały mechaniczne, splicing genu IGF-1 i adaptację mięśni jako jeden łańcuch.

Zainteresowanie wyszło poza fizjologię mięśni. Pojawiły się prace eksperymentalne o możliwym neuroprotekcyjnym efekcie E-peptydu przy niedokrwieniu mózgu u zwierząt, o zachowaniu funkcji serca w modelach zawału, o roli w gojeniu kości i chrząstek. Podsumowania tych danych dokonali Matheny, Nindl i Adamo w przeglądzie z 2010 roku w Endocrinology.

Krytyka i rewizja poglądów

Im więcej laboratoriów zajmowało się MGF, tym wyraźniejszy stawał się problem odtwarzalności. Część prac potwierdzała efekty syntetycznego E-peptydu, część — nie. Różne grupy stosowały peptydy różnej długości, różne linie komórkowe i różne stężenia, dlatego bezpośrednie porównanie wyników było niemal niemożliwe.

Znamienna stała się praca Fornaro i współautorów z 2014 roku w American Journal of Physiology — Endocrinology and Metabolism. Badacze dokładnie sprawdzili syntetyczny peptyd MGF na pierwotnych hodowlach mioblastów człowieka i myszy i nie stwierdzili zauważalnego wpływu na proliferację czy różnicowanie, podczas gdy dojrzały IGF-1 działał zgodnie z oczekiwaniami.

Inni autorzy zwracali uwagę na paradoks biochemiczny: E-peptydy w organizmie w znacznej mierze istnieją jako część białka prekursorowego pro-IGF-1 i nie jest oczywiste, że wolny peptyd powstaje w ilości wystarczającej, aby działać jako osobny hormon. Przegląd Philippou i współautorów z 2014 roku szczegółowo opisał, jak złożone są splicing, modyfikacja potranslacyjna i bioaktywność produktów genu IGF-1.

Dziś większość specjalistów zgadza się z kilkoma tezami:

• ekspresja transkryptu IGF-1Ec rzeczywiście rośnie po obciążeniu mechanicznym i uszkodzeniu mięśnia — to fakt odtwarzalny;
• samodzielna rola biologiczna wolnego E-peptydu pozostaje przedmiotem dyskusji;
• dane o efektach syntetycznych peptydów uzyskano głównie in vitro i na zwierzętach i nie można ich bezpośrednio przenosić na człowieka.

Od laboratorium do «czarnego rynku» i listy WADA

Popularność MGF w środowisku sportowym pojawiła się niemal od razu po publikacjach z końca lat 90. — początku lat 2000. Sama nazwa «mechaniczny czynnik wzrostu» brzmiała jak obietnica lokalnego wzrostu mięśni, a krótki syntetyczny peptyd wydawał się prosty w produkcji. Dość szybko na rynku pojawiły się fiolki z napisem «MGF» — bez żadnej rejestracji klinicznej.

Warto podkreślić: żadna agencja regulacyjna — ani FDA, ani EMA — nie zatwierdziła MGF ani jego pochodnych do użytku medycznego. Nie istnieją zakończone randomizowane badania kliniczne na ludziach, które potwierdziłyby skuteczność i bezpieczeństwo preparatu. Wszystko, co sprzedaje się pod tą nazwą, należy do kategorii chemikaliów badawczych o nieznanej jakości.

Światowa Agencja Antydopingowa włączyła mechaniczne czynniki wzrostu (MGFs) do grupy S2 «Hormony peptydowe, czynniki wzrostu, substancje pokrewne i mimetyki» swojej Listy Zabronionej. Są one zakazane stale — zarówno w okresie startowym, jak i pozastartowym. Laboratoria antydopingowe opracowywały metody spektrometrii mas do wykrywania syntetycznych peptydów MGF.

Tak historia MGF stała się przykładem rozdźwięku między nauką podstawową a rynkiem: ciekawa hipoteza o mechanowrażliwości mięśni przekształciła się w produkt komercyjny na długo przedtem, zanim nauka zdążyła odpowiedzieć na podstawowe pytania o jego działanie i bezpieczeństwo.

Wnioski redakcji

Odkrycie MGF w 1996 roku było ważnym wkładem w zrozumienie tego, jak mięsień odpowiada na obciążenie mechaniczne: wariant splicingowy genu IGF-1 rzeczywiście reaguje na rozciąganie i uszkodzenie.

Jednocześnie hipoteza o samodzielnym «hormonie wzrostu mięśni» nie wytrzymała próby w całej pełni: wyniki z syntetycznymi peptydami są sprzeczne, a danych klinicznych na ludziach brak.

Dla sportowca praktyczny wniosek jest prosty: MGF to zakazana przez WADA substancja bez statusu medycznego, a nie sprawdzone narzędzie do wzrostu mięśni.

Aby pogłębić temat, radzimy przeczytać nasze materiały o MGF i ryzykach onkologicznych, o mitach wokół MGF oraz o tym, czym PEG-MGF różni się od zwykłego peptydu.

Bibliografia

1. Yang S, Alnaqeeb M, Simpson H, Goldspink G. Cloning and characterization of an IGF-1 isoform expressed in skeletal muscle subjected to stretch. J Muscle Res Cell Motil. 1996;17(4):487–495.
2. Yang SY, Goldspink G. Different roles of the IGF-I Ec peptide (MGF) and mature IGF-I in myoblast proliferation and differentiation. FEBS Lett. 2002;522(1–3):156–160.
3. Hill M, Goldspink G. Expression and splicing of the insulin-like growth factor gene in rodent muscle is associated with muscle satellite (stem) cell activation following local tissue damage. J Physiol. 2003;549(2):409–418.
4. Hameed M, Orrell RW, Cobbold M, Goldspink G, Harridge SD. Expression of IGF-I splice variants in young and old human skeletal muscle after high resistance exercise. J Physiol. 2003;547(1):247–254.
5. Goldspink G. Mechanical signals, IGF-I gene splicing, and muscle adaptation. Physiology (Bethesda). 2005;20:232–238.
6. Matheny RW Jr, Nindl BC, Adamo ML. Minireview: Mechano-growth factor: a putative product of IGF-I gene expression involved in tissue repair and regeneration. Endocrinology. 2010;151(3):865–875.
7. Fornaro M, Hinken AC, Needle S, et al. Mechano-growth factor peptide, the COOH terminus of unprocessed insulin-like growth factor 1, has no apparent effect on myoblast primary cultures. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2014;306(2):E150–E156.
8. World Anti-Doping Agency. The World Anti-Doping Code: International Standard — Prohibited List. Montreal: WADA; актуальна редакція.