Интервенциите против стареене влияят върху променливостта на продължителността на живота в зависимост от секса, напрежението, диетата и наркотиците

Контакт:jerry.he@wecistanche.com

Анджей Бартке1, Трейси Р. Еванс2 и CJM Musters3

1 Катедра по вътрешна медицина, гериатрични изследвания, Медицински факултет на университета Южен Илинойс, Спрингфийлд, IL 62794, САЩ

2Изследователски и колекционен център на държавния музей на Илинойс, Спрингфийлд, Илинойс 62703, САЩ

3 Институт по науки за околната среда, Лайденски университет, Лайден 2333 CC, Холандия

Correspondence to: Andrzej Bartke; email: abartke@siumed.edu

Ключови думи: дълголетие, дисперсия, растежен хормон, рапамицин, акарбоза, 17 алфа естрадиол, калорийна рестрикция, мишки

Получено: 5 февруари 2019 г. Прието: 12 юни 2019 г. Публикувано: 24 юни 2019 г.

Авторско право: Bartke et al. Това е статия с отворен достъп, разпространявана съгласно условията на лиценза Creative Commons Attribution (CC BY 3.0), който позволява неограничена употреба, разпространение и възпроизвеждане във всякаква среда, при условие че са посочени оригиналният автор и източник .

Цистанче има ефект против стареене

АБСТРАКТ

Наскоро беше съобщено, че социално-икономическите фактори, свързани с разликите в очакваната продължителност на човешкия живот, са свързани с разликите в вариацията на възрастта при смърт. За да се определи далипротив стареенеинтервенциите също променят вариацията на дълголетието, ние анализирахме данни от мишки, подложени на лечение с лекарства, които влияят на стареенето или ограничаване на калориите, и от дълголетни мутантни мишки. Установено е, че връзката между промените в дълголетието и дисперсията в дълголетието зависи от пола и лечението и очевидно също от напрежението. Повишено дълголетие на мъжки мишки, третирани с ефективенпротив стареенелекарства е придружено от намалената вариация на възрастта при смърт и очевидно намаляване на ранната смъртност. Удължаването на живота, предизвикано от свързани с хормона на растежа мутации и ограничаване на калориите, има тенденция да увеличава вариацията в дълголетието само при жените. Заключаваме, че въздействието напротив стареенеинтервенциите върху вариацията на възрастта при смърт и разпределението на индивидуалните продължителности на живота при лабораторни мишки са зависими от лечението и сексуално диморфични.

ВЪВЕДЕНИЕ

В изследванията на стареенето промените в продължителността на живота обикновено се анализират чрез сравняване на средното (средно) или средното дълголетие. Често се взема предвид и някаква оценка на максималната продължителност на живота. Докато стойностите на стандартните отклонения или стандартните грешки на средната стойност се докладват рутинно, разпределението на индивидуалната възраст при смърт рядко се анализира или обсъжда. Това контрастира с неотдавнашния интерес към анализиране на разпределението на биомаркерите на стареенето с помощта на статистическата мярка за разстояние [1] за оценка на нивото на физиологична дисрегулация и за свързването му с устойчивостта и здравината по време на стареене [2].

В скорошна публикация, базирана на анализ на демографски данни, Van Raalte и нейните колеги съобщават, че социално-икономическият статус влияе не само върху средната продължителност на живота, но и върху променливостта на продължителността на човешкия живот [3]. Използвайки пример с финландски жени, тези изследователи показаха, че намалената средна продължителност на живота на по-малко образовани и по-малко заможни хора е свързана с по-голяма променливост на продължителността на живота. Обратната връзка между продължителността на живота и вариациите в продължителността на живота се наблюдава и при други човешки популации [3]. Практическото значение на тези констатации е, че както за индивидите, така и за системите на здравеопазване е по-трудно да се предвиди възрастта на смърт на по-малко привилегированите хора, отколкото на по-привилегированите слоеве или за цялото население.

Поради потенциалното значение на тази връзка за анализа на данните за смъртността и физиологичните биомаркери в проучванията на стареенето, както и за различни съображения за обществено здраве, ние смятахме, че ще

Таблица 1. Оценки на коефициентите на регресия на монтираната линия на дълголетие срещу дисперсия, изкривяване и ексцес.

Във всяка тестова група дълголетието се измерва като средната възраст при смърт, дисперсията като средното абсолютно отклонение (MAD) на възрастта при смърт, отклонението като отклонение на възрастта при смърт и ексцесът като ексцесът на възрастта при смърт. Оценката, стандартната грешка (SE) и t-стойността са от линейни смесени модели с място за изследване като променлива със случаен ефект. ² и p-стойността са от тест за съотношение на вероятността (LRT), където моделът с независимата променлива се сравнява с модела без тази променлива.

представлява интерес за определяне дали интервенциите, за които е известно, че удължават средната (или средната и максималната) дълголетие на експериментални животни, имат някакъв ефект върху променливостта на продължителността на живота. Ние предположихме, че удължаването на дълголетието чрез генетични, диетични или фармакологични средства води до намаляване на променливостта на продължителността на живота. Въпреки това, проверката на данни от програмата за тестване на интервенции на Националния институт за стареене (ITP) [4] и от нашите проучвания на взаимодействията на миши гени за дълголетие с ограничаване на калориите (CR) [5-7] показва, че реципрочните промени в дълголетието и неговата променливост не се наблюдават последователно. Това предполага, че нашата хипотеза най-вероятно ще трябва да бъде отхвърлена и да повдигне нов въпрос, а именно какви фактори влияят върху променливостта на продължителността на живота. Тук докладваме резултати от проучване, целящо да анализира ефектите от пола, напрежението, интервенциите за удължаване на живота и техните взаимодействия върху вариациите в продължителността на живота.

РЕЗУЛТАТИ

Когато дълголетието на мишките в набора от данни за ITP беше свързано с вариацията в дълголетието, се наблюдава силно намаляване на вариацията с увеличаване на дълголетието. Изкривяването също намаля, докато ексцесът, т.е. неравномерността, се увеличи (Таблица 1). Въпреки това, когато полът беше включен в тези взаимоотношения, ние открихме, че това силно повлиява резултатите (фиг. 1; таблица 2).

Най-удивителната констатация е, че вариацията на дълголетието е силно сексуално диморфна (фиг. 1) (Таблица 2: ²=20.47; df=1; p < 0.{{16="" }}01).="" при="" жените="" дисперсията="" не="" намалява="" с="" увеличеното="" дълголетие="" (таблица="" 2:="" ²="0.95;" df="1;" p="0.329)," докато="" това="" при="" мъжете="" намалява="" (²="" {{="" 13}}.47;="" df="1;" p="">< 0,001).="" изкривяването="" намалява="" (²="33.74;" df="1;" p=""><0,001), еднакво="" както="" при="" жените,="" така="" и="" при="" мъжете="" (²="0.35;" df="1;" p="" {="" {26}}.556).="" ексцесът="" се="" увеличи="" леко="" (²="4.51;" df="1;" p="0.034)," но="">

Фигура 1. Връзка между дълголетие и дисперсия (a), изкривяване (b) и ексцес (c). Женски: червени кръгове; мъжки: сини кръгове; запълнени кръгове: обработени; и незапълнени кръгове; нелекувани.

Таблица 2. Оценки на контрасти на модели на дълголетие срещу дисперсия, изкривяване и ексцес, включително пол и взаимодействието между пола и независимите променливи.

Оценката, стандартната грешка и t-стойността са от линейни смесени модели с място за изследване като променлива с произволен ефект. ² и p-стойността са от тест за съотношение на вероятността (LRT), където моделът с независимата променлива се сравнява с модела без тази променлива.

значително по-нисък при мъжете, отколкото при жените (² {{0}}.16; df=1; p < 0,001).

Графично представяне на вариацията в дълголетието на контролни мишки спрямо мишки, третирани с ефективнапротив стареенесъединенията показаха, че освен ефекта на съединенията върху средната продължителност на живота, изглежда, че те основно намаляват ранната смърт при мъжете (фиг. 2).

Наборът от данни на гените за дълголетие/CR проучванията не показва цялостна корелация между средното дълголетие за тестова група и вариацията в дълголетието, измерена като MAD за тестова група (²=0.25; df=1; p=0.617). Когато полът беше взет под внимание и проучванията бяха разделени според ефекта на диетата, генотипа или диетата плюс генотипа, беше установено, че когато мишките имат генотипове, удължаващи дълголетието, и са третирани с

Фигура 2. Графики на плътността на възрастта при смърт на контролни мишки (а) и мишки, третирани с ефективнопротив стареенефармацевтични продукти (б). Cox-тест за разлика между женските (плътна червена линия) и мъжките (прекъсната синя линия) в оцеляването с място за изследване като променлива с произволен ефект: контролни мишки: z=11.02, p < {{="" 7}}.001;="" третирани="" мишки:="" z="6.95," p=""><>

Таблица 3. Оценки на контрасти на модели на дълголетие с дисперсия, включваща пола и взаимодействието между пола и независимите променливи; CR, мутации, удължаващи живота, или и двете.

Оценката, стандартната грешка и t-стойността са от линейни смесени модели с деформация като променлива със случаен ефект. ² и p-стойността са от тест за съотношение на вероятността (LRT), където моделът с независимата променлива се сравнява с модела без тази променлива.

CR, дисперсията при жените се увеличи почти до статистическа значимост (²=3.25; df=1; p=0.071), докато при мъжете това не изглеждаше така (Фигура 3; Таблица 3 ).

Графичното представяне на вариацията в дълголетието на контролните мишки спрямо дълголетните мутантни мишки, третирани с CR, показа, че освен удължаващия живота ефект на лечението върху средната продължителност на живота, разликата между половете в дълголетието се дължи предимно на някои мъже, умиращи сравнително рано (фиг. 4).

ДИСКУСИЯ

Резултатите от настоящото проучване показват, че интервенции, които удължават дълголетието при лабораторни мишки, могат също да променят разпределението и вариацията на възрастта при смърт. Наличието, големината и очевидно посоката на тези промени зависят от пола на животните и естеството на интервенциите. В големия набор от данни от проучванията на ITP увеличената продължителност на живота е свързана с намалена вариация при мъжете (стр<0.001) but="" not="" in="" females.="" moreover,="" the="" distribution="" of="" the="" data="" suggested="" a="" possible="" trend="" for="" variance="" in="" female="" data="" changing="" in="" the="" opposite="" direction="" (fig="" 1).="" in="" long-lived="" mice="" with="" gh-related="" mutations,="" subjected="" to="" cr,="" the="" variance="" was="" not="" related="" to="" longevity="" in="" males="" but="" seemed="" to="" increase="" with="" longevity="" in="" females="" (p="">

Сексуалният диморфизъм в отговорите на интервенциите за удължаване на дълголетието не е неочакван и нашите открития показват, че връзката на разпределението на индивидуалните данни за възрастта при смърт към средната продължителност на живота на населението също зависи от пола. По този начин настоящите резултати добавят към нарастващия брой доказателства, че различни аспекти на стареенето, включително дълголетието, както и отговорите на различнипротив стареенеинтервенции, не могат да бъдат предвидени от данни, получени при индивиди от различен пол [8].

Реципрочната връзка на човешкото дълголетие и неговата променливост, която Van Raalte, et al. [3], намерени в различни набори от данни, са от сегменти от едно и също население, разделени въз основа на доходи, образователни постижения и/или вид заетост. Смята се, че биологичната основа на добре документираното въздействие на социално-икономическите фактори върху остаряването на хората включва разликите в диетата, свързаните със здравето поведения и достъпа до, както и качеството на здравни грижи, въпреки че значението на последните фактори в Финландия и други страни с отлични здравни системи вероятно е малка или липсва.

Тъй като животните във всяка от четирите изследвани кохорти са генетично хетерогенни и три от четирите кохорти са относително малки, това проучване не позволява никакво категорично заключение относно възможните разлики между щамовете. Изследвания, включващи големи генетично различни популации, различни инбредни щамове и за предпочитане също техните кръстоски, ще са необходими за справяне с този проблем.

Фигура 3. Ефекти от CR, удължаващи живота мутации или и двете върху връзката с дълголетието и вариацията при женски и мъжки мишки. Женски: червени кръгове; мъжки: сини кръгове; запълнени кръгове: обработени; и незапълнени кръгове; нелекувани.

Това, което може да се заключи от нашия анализ е, че в проучвания напротив стареенеинтервенции при лабораторни животни промените в променливостта на продължителността на живота не могат да бъдат предвидени от промените в дълголетието. Интересно е да се спекулира, че това може да е свързано с разликите в механизмите, отговорни за удължаването на живота чрез различните интервенции.

В наборите от данни, които анализирахме, имаше примери за разлики в съотношението на ранните смъртни случаи при женски и мъжки, както и при дълголетни (мутанти, с ограничени калории или лекувани с лекарства) спрямо контрола (див тип, хранени ad libitum, или нетретирани) животни и наклоните на кривите на оцеляване също се различават в някои случаи. Изкривяването и ексцесът бяха според очакванията. Разликите в разпределението на индивидуалните продължителности на живота може да са допринесли за наблюдаваните разлики във вариацията. Например, намаляването на случаите на ранна смърт вероятно е допринесло за дълголетието на лекуваните с лекарства мъже в проучванията на ITP [9]. Този и други примери за ролята на ранните смъртни случаи при определяне на дълголетието на цялата кохорта приличат на демографски открития за ефектите на социално-икономическите фактори върху човешките популации [3].

Анализът на разпределението на индивидуалните възрастови стойности на смъртността предполага различно влияние на изследванитепротив стареенеинтервенции в различни сегменти от историята на живота. Това от своя страна вероятно е свързано с различни механизми на тяхното действие. Значителна корелация на удължената дълголетие с намалената вариация на индивидуалната смърт при различни човешки популации [3] и при мъжки мишки от ITP кохорта (Фигура 1) може да се дължи отчасти на "ефекта на тавана", когато дълголетието се доближава до стойност на максималната продължителност на живота на вида. По-вероятно това отразява по-голям дял от ранните смъртни случаи на

Фигура 4. Графики на плътността на възрастта на смъртта на контролни мишки (а) и мишки, третирани спротив стареенедиета, както и наличие на генотипове против стареене (b). Тест на Кокс за разлика между женски (плътно червено) и мъжки (пунктирано синьо) при оцеляване с щам като произволна ефектна променлива: контролни мишки: z=0.57, p=0.57; третирани мишки: z=3.97, p <>

Таблица 4. Процентно увеличение на средната продължителност на живота поради фармакологичните агенти, прилагани в програмата за тестване на интервенции.

Бележка под линия: За някои от изброените по-горе лекарства бяха проведени допълнителни проучвания с използване на различни дози и/или започване на лечение на различна възраст, което доведе до малко по-различно процентно удължаване на средната продължителност на живота.

различни етиологии в групи с по-кратък среден живот. Интересно е, че траекториите на няколко физиологични процеса, механично свързани със стареенето, са по-променливи при хора с кратък живот, отколкото при изключително дълголетни хора [10].

Независимо от включените механизми, нашите данни показват, че анализът на промените в променливостта на продължителността на живота в отговор на различни интервенции може да предостави допълнителна информация за естеството на наблюдаваните ефекти.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Използвахме данни за продължителността на живота на отделни мишки (възраст при смърт, измерена в дни) от ITP [4] и от проучвания, проведени в Университета на Южен Илинойс (SIU) [5-7]. В ITP, генетично хетерогенни (UM-HET3) женски и мъжки мишки, получени от кръстосване на четири инбредни щама, са третирани с различни съединения, започвайки в ранна зряла възраст и продължавайки, докато умрат или бъдат евтаназирани, когато се прецени, че умират. Тези проучвания са проведени паралелно в три сътрудничещи институции. Както значително удължаване на дълголетието, така и липса на ефекти са докладвани в рецензирана литература [9, 11- 15]. Списък на съединенията, техните действия и процентното увеличение на средната продължителност на живота на третираните животни са изброени в таблица 4 заедно с препратки към публикации, съобщаващи данни за дълголетие.

Ефектите на фармакологичнитепротив стареенеинтервенциите в ITP проучванията са анализирани с помощта на данните от третирани мишки с документирано удължаване на живота и съвпадащи контроли. Тези групи включват животни, третирани с акарбоза [9], аспирин [11], 17- -естрадиол [9], диетичен глицин [15], нордихидрогуаяретична киселина [9, 11], ProtandimTM (смес от растителни екстракти) [14] или рапамицин [16]. Дисперсията на дълголетието беше изследвана във връзка с лечението и пола, като същевременно бяха взети предвид разликите в лабораториите за тестване [4].

Създаден е втори набор от данни с индивидуални данни за дълголетие на мишки от три отделни експеримента за взаимодействието на ограничаване на калориите (CR) с една от трите удължаващи живота мутации [5-7]. Тези експерименти използват мишки с потискане на сигнализирането на хормона на растежа (GH) чрез мутация, пречеща на диференциацията на три типа клетки на предния дял на хипофизата, водеща до хипопитуитаризъм, включително дефицит на GH [17, 18], делеция на гена на освобождаващия хормон на GH (GHRH), водещ до изолиран Дефицит на GH [19] или делеция на гена на GH рецептор (GHR), водещ до резистентност към GH [20]. Приблизително половината от животните във всяка генотипна/полова група са били хранени ad libitum (AL), докато останалите са били подложени на ограничаване на калориите (CR), започвайки в ранна зряла възраст, като са били хранени с 60 -70 процента от количеството храна, консумирана по време на предходната седмица по възраст, пол и генотип съответства на AL мишки. Използваните мутации се поддържат на хетерогенен генетичен фон, който е различен за всяка мутация и различен от генетичния състав на ITP мишките. Всяка от трите мутации, използвани в тези проучвания, увеличава дълголетието както на жените, така и на мъжете, докато ефектите на CR върху дълголетието са зависими от мутациите и пола [5-7]. Процентното увеличение на средната продължителност на живота във всяка група генотип/пол/диета е посочено в таблица 5.

Дисперсията на дълголетието беше изследвана във връзка с различни групи (генотип, диета и полови комбинации). Интервенции, които са били неефективни (като CR при GHR

Таблица 5. Интерактивни ефекти от ограничаването на калориите и генетичното потискане на сигнализирането на хормона на растежа върху средното дълголетие във всеки генотип/пол/диетична група.

Има 24 групи: три щама (Ames, GHR, GHRH); два пола; две диети (CR и AL); и два генотипа (нормален и джудже или нокаут). Нормално (N) показва нормални братя и сестри на мутантни мишки.

-/- мишки) бяха включени, за да се отчете възможността CR да промени дисперсията, без да промени медианата.

Извършихме всички статистически анализи, използвайки R софтуер 3.4.4 [21]. За изследване на връзката между дълголетието и вариацията в дълголетието ние изчислихме средната възраст при смърт на жените и мъжете от всички налични тестови групи. Избрахме медиана вместо средна, защото не можехме да приемем, че вариацията в дълголетието е нормално разпределена. За дисперсията в дълголетието изчислихме MAD, т.е. средното абсолютно отклонение, стабилна метрика за ненормални разпределения [22]. Медианата, MAD, изкривяването и ексцесът бяха изчислени с описаната функция () на пакета psych [23]. За тестване на връзките между дълголетие и вариация, изкривяване и ексцес беше приложена функцията lmer() на пакета lme4 [24] за линейни модели със смесен ефект, комбинирана с функцията drop1() за теста за съотношение на вероятността (LRT). За тестване на разликата в преживяемостта между женски и мъжки е използван тестът на Кокс за смесени ефекти, т.е. функцията foxme() на пакета foxme [25]. Като променлива със случаен ефект, мястото на изследване беше включено във всички анализи на ITP данните и щамът във всички анализи на SIU (мутации/CR) данни. Графиките бяха конструирани с помощта на scatterplot() и density plots(), и двете от пакетната кола [26]. Предпочитахме графиките за плътност пред графиките за оцеляване на Каплан-Майер, защото те показват по-ясно къде се появяват разликите между женските и мъжките.

БЛАГОДАРНОСТИ

Благодарни сме на д-р Ричард Милър за най-полезните коментари и предложения и на д-р Скот Плетчър за коментарите му относно тълкуването на нашите открития. Тази работа беше подкрепена от NIA чрез програмата ITP и грантове AG031736, AG019899 и AG038850, и от Американската диабетна асоциация, грант 1- 19-IBS-

126.

КОНФЛИКТ НА ИНТЕРЕСИ

Авторите декларират липса на конкуриращи се финансови интереси.