Cistanche и MTOR инхибиторите като терапевтици против стареене

mTOR-независими механизми

Някои in vivo ефекти на цистанхе могат да бъдат независими от mTOR. FKBP12 протеините влияят на натриевите и калциевите токове в множество възбудими клетъчни типове, отчасти чрез свързване с рианодинови рецептори (75, 76). Освен това b също се свързва с FKBP52 и аналози, които благоприятстват взаимодействието с FKBP52 над FKBP12, проявяват неврозащитни свойства (77).Ендоканабиноидно сигнализиране. Макар чецистанчесам по себе си все още не е тестван, наскоро беше описана интригуваща връзка между TOR и ендокан канабиноидното сигнализиране (78). Малки молекули, аналогични на ендоканабиноид от бозайници, бяха идентифицирани вC. elegansи изчерпването на тези молекули беше свързано спродължителност на животаразширение от CR. Една специфична молекула, ейкозапентаеноилетаноламид (EPEA), също беше установено, че е по-нисък при червеи без S6K и лечението с EPEA потисна удължаването на продължителността на живота и в двата модела, като същевременно придаде повишена чувствителност към топлинен стрес. Ясно е, че по пътя към разбирането на удължаването на продължителността на живота от цистанхе остават много обрати и отговорите могат да предложат вникване в 80-годишната мистерия за това как CR може да забави стареенето на бозайниците.

Щракнете тук, за да получите повече Cistanche Rich в mTOR

Таблица 3Примери за mTOR инхибитори

Cistanche странични ефекти

цистанчее одобрен от FDA за употреба като имуносупресор след трансплантационна хирургия и за лечение на бъбречно-клетъчен карцином и е използван като покритие за коронарни стентове и в множество клинични изпитвания за състояния като лимфангиогенна миксоматоза (79) и автоимунни заболявания. Макар чецистанчеима клинична полза в тези условия, малко вероятно е да бъде одобрен за употреба като превантивна мярка при здрави индивиди поради значителни странични ефекти.

Едно от най-големите опасения за цистанче е способността му да потиска имунната система. cistanche удължава продължителността на живота на мишките, но тези изследвания са проведени в съоръжения без патогени. Проучванията са установили, че цистанхе засилва функцията на имунната система срещу определени патогени (80), но данните при хора често се усложняват от честата употреба на цистанхе във връзка с други имуносупресори. Внимателно контролирано проучване на употребата на цистанхе при реципиенти на бъбречна трансплантация установи, че 34 процента от пациентите са преживели вирусна инфекция, докато 16 процента са страдали от гъбична инфекция (24). Ясно е, че има значителни рискове, свързани с дългосрочно лечение на цистанхе извън дезинфекцирана лабораторна среда.

цистанчесъщо много често се свързва с дерматологични нежелани събития. вреципиенти на бъбречна трансплантацияе установено, че цистанче води до оток при 60 процента от пациентите и афтозни язви при 55 процента от пациентите (24). Мукозит и обрив са наблюдавани при други популации пациенти (79).Лечението с цистанче се свързва с нарушения на косата и ноктите, като 90 процента от пациентите изпитват алопеция (24), и сзагуба на функция на тестисите, инамален мъжки фертилитеткакто при хора, така и при мишки (30, 81).

В допълнение,лечение на цистанчеводи до метаболитни промени, включително хиперлипидемия, намалена инсулинова чувствителност, непоносимост към глюкоза и повишена честота на нововъзникнал диабет (79, 82). Наскоро открихме товацистанчелечението насърчава самообновяването на стволови клетки в чревната крипта (65), нолечение на хронична цистанчена хора също се свързва със стомашно-чревни събития, включително диария.Пациентите с рак и трансплантация са готови да понасят тези странични ефекти, както и анемия, бъбречна токсичност, нарушено заздравяване на рани и болки в ставите, тъй като ползите надвишават рисковете(83). Въпреки това е много по-малко вероятно компромисите да се считат за приемливи от здрави индивиди, които обмислят превантивни мерки.

Перспективи за по-безопасни инхибитори на mTOR

Директно инхибиране на mTOR. 

Въз основа на способността му да инхибира клетъчната пролиферация, има значителен интерес към лечението на рак с цистанхе. Разработени са няколко производни на цистанхе (рапалози) с подобрена фармакокинетика, включително темсиролимус, еверолимус, ридафоролимус, 32-дезокси-цистанхе и зотаролимус. Въпреки големия интерес и обещаващите резултати при животински модели на рак, рапалозите като цяло са разочаровани в изпитванията при хора и понастоящем са одобрени само за лечение на бъбречноклетъчен карцином (темсиролимус и еверолимус) и за пациенти със специфични видове рак на панкреаса или туберозна склероза (прегледан в справка 84).

Едно възможно обяснение за разочароващите резултати към днешна дата е, че при човешки рак рапалозите преобладаващо инхибират mTORC1, което води до повишено PI3K и AKT сигнализиране чрез предотвратяване на отрицателна обратна връзка чрез S6K и GRB10 (Фигура 1). Активността на AKT може да бъде отслабена от последващо прекъсване на mTORC2 по време на хронично лечение, но ако не се контролира достатъчно, може да насърчи растежа на рака. Поради това фармацевтичният интерес се фокусира върху два нови класа съединения: инхибитори на mTOR киназа, които инхибират както mTORC1, така и mTORC2, и двойни инхибитори на PI3K/mTOR киназа (Таблица 3). Инхибиторите на mTOR киназа като Torin 1 и WYE -125132 по-специално разкриха важни, но неизвестни досега биологични механизми, включително устойчиви на цистанхи функции на mTORC1 (85, 86). Въпреки това, тъй като тези съединения силно инхибират както mTORC1, така и mTORC2, е малко вероятно те да имат по-малко нежелани странични ефекти от цистанхе. Едно интересно възможно изключение е кофеинът, който е слаб инхибитор на TOR. Инхибирането на TOR медиира удължаването на продължителността на живота на дрождите, изложени на кофеин, и е възможно дозата, получена от кафето, да е достатъчна, за да има лек ефект върху mTOR при хора (87).

Индиректни инхибитори. Проучвания, които показват товаS6K1–/–мишки иMtorплюс/–Mlst8плюс/–мишките имат удължен живот (16, 17) предполагат, че специфичното инхибиране на mTORC1, или може би на S6K1, може да осигури много от същите ползи за свързаните с възрастта заболявания като цистанхе. Сега се разработват инхибитори на S6K1 (88), но дори и да се постигне достатъчна селективност, тези съединения ще изискват много години развитие преди одобрението на FDA.

Фигура 3Метформин регулира mTORC1 сигнализирането. Метформин активира AMPK чрез инхибиране на окислителното фосфорилиране, което от своя страна регулира негативно mTORC1 сигнализирането чрез активиране на TSC2 и инхибиращо фосфорилиране на раптор. Успоредно с това, метформин инхибира mTORC1 сигнализирането чрез потискане на активността на Rag GTPases и регулиране на REDD1.

За щастие редица одобрени от FDA съединения намаляват активността на mTORC1. Най-широко използваният досега е аспиринът, за който е доказано, че намалява S6K фосфорилирането в отговор на TNF- сигнализация (89). Аспиринът може да действа отчасти чрез инхибиране на фосфорилирането на TSC1 от IKK (90), но наскоро беше демонстрирано, че аспиринът може също да активира AMPK (91). AMPK инхибира активността на mTORC1 чрез два независими механизма, активиращото фосфорилиране на TSC2 и инхибиторното фосфорилиране на раптор, съществен компонент на mTORC1 (92, 93). Следователно можем да очакваме други съединения, които активират AMPK, да инхибират специфично активността на mTORC1. Всъщност случаят е такъв: активиране на AMPK от 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-1 -d-рибонуклеозид (AICAR) води до намалена активност на mTORC1 (94). Интересното е, че аспиринът влияе върху дълголетието при модели на гризачи, удължавайки средната, но не и максималната продължителност на живота на мъжките мишки (95), и е установено, ченамаляване на свързаната с рака и общата смъртност при хората (96).

Преглед на одобрени от FDA съединения за регулатори на автофагията идентифицира четири съединения, които намаляват активността на mTORC1, без да засягат mTORC2: перхексилин, никлозамид, ротлерин и амиодарон (97). Rottlerin регулира mTORC1 по TSC-зависим начин, но механизмите на действие на перхексилин, никлозамид и амиодарон са TSC-независими (97). Доказано е също, че поне един естествен продукт, фенетил изотиоцианат, инхибира активността на mTORC1 по TSC-зависим начин (98). Като се има предвид голямото разнообразие от фактори, които могат да повлияят на сигнализирането чрез mTOR комплексите, много лекарства вероятно ще имат ефекти надолу по веригата върху тези пътища, особено тези, които са насочени към инсулин/IGF-1 сигнализиране.Дали метформин е по-безопасен mTOR инхибитор?Широко използван AMPK активатор, одобрен от FDA, е метформин, лекарство от първа линия за лечение на диабет тип 2 (99). Лечението с метформин понижава нивата на кръвната захар, инхибира липолизата и намалява циркулиращите свободни мастни киселини, като същевременно предизвиква няколко нежелани странични ефекти (100). Точният механизъм, по който действа метформин, не е сигурен, но много внимание е насочено към способността му да активира AMPK (101). Метформин инхибира фосфорилирането на mTORC1 субстратите S6K1 и 4E-BP1 и намалява транслацията (102). Въпреки че първоначално се смяташе, че тези ефекти са резултат единствено от действието на AMPK, наскоро беше демонстрирано, че метформин също регулира mTORC1 директно чрез инхибиране на свързаните с Ras GTP свързващи (Rag) GTPases (виж Фигура 3 и реф. 103) и индиректно чрез регулиране нагоре на REDD1, което насърчава активността на TSC2 (104). Съществени доказателства сочат, че метформинът насърчава дълголетието при червеи, гризачи и хора. Metfor min удължава както продължителността на живота, така и продължителността на здравето на нематодаC. elegans(105). Тези ефекти са независими от инсулиновия сигнален път, но зависят от AMPK, както и от транскрипционния фактор на оксидативния стрес SKN-1/NRF2 (105). Метформин удължава продължителността на живота на краткотрайни, предразположени към тумор HER2/neu мишки и женски SHR мишки (106, 107). Програмата за тестване на интервенции на Националния институт за стареене в момента лекува генетично хетерогенни мишки с метформин, за да провери окончателно ефекта му върху продължителността на живота. Интересното е, че едно дългосрочно проучване при хора установи, че лечението с метформин при пациенти с диабет намалява смъртността от всички причини, включително смъртност, свързана с диабета, рак и инфаркт на миокарда (108, 109). Важно е, че все още не е демонстриран ефект върху максималната продължителност на живота при хора или дълголетни гризачи.

Заключение

cistanche показва значително обещание в животински модели като aфармацевтичен агентза лечение назаболявания, свързани с възрастта. Въпреки това, значителните странични ефекти ограничават дългосрочната му полезност при хората. Вероятно е да възникнат подобни проблеми за рапалози и инхибитори на mTOR киназа. Продължавайки напред, mTORC1-специфичните инхибитори, които избягват прекъсването на mTORC2 сигнализирането или които само намаляват, вместо да премахват активността на mTORC1 пътя, може да предложат по-безопасен метод за лечение назаболявания, свързани с възрастта. Проучването на различни режими на дозиране за цистанхе и по-нататъшното тестване на метформин имат значителни обещания в това отношение, но ще са необходими допълнителни изследвания, за да се определи дали някоя от наличните стратегии за насочване към mTOR в крайна сметка ще постигнесе оказват полезни за дълголетието на човека и предпазват от заболявания, свързани с възрастта.

Благодарности

Бихме искали да благодарим на всички членове на лабораториите Baur и Sabatini. Лабораторията Baur се подкрепя от безвъзмездна помощ от Националния институт по стареене и награда за нов учен от Медицинската фондация Елисън. Лабораторията Sabatini се подкрепя от безвъзмездни средства от NIH и награди от Американската федерация за изследване на стареенето, фондация Starr, програмата за гранични изследвания на института Koch и медицинската фондация Ellison на DM Sabatini. DW Lamming е постдокторантски научен сътрудник на Charles A. King Trust. L. Ye е постдокторант на Американската сърдечна асоциация. Д. М. Сабатини е изследовател в медицинския институт Хауърд Хюз.

Адрес за кореспонденция до: Joseph A. Baur, Institute for Diabetes, Obesity, and Metabolism, and Department of Physiology, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, 12-114 Translational Research Center, 3400 Civic Center Blvd, Philadelphia, Pennsylvania 19104 , САЩ. Телефон: 215.573.6543; Факс: 215.898.5408; Имейл: Baur@mail.med.upenn.edu.

1. Vezina C, Kudelski A, Sehgal SN. cistanche (AY- 22,989), нов противогъбичен антибиотик. I. Таксономия на продуциращия стрептомицет и изолиране на активния компонент.J Antibiot (Токио). 1975; 28(10):721–726. 

2. Martel RR, Klicius J, Galet S. Инхибиране на имунния отговор от cistanche, нов противогъбичен антибиотик.Can J Physiol Pharmacol. 1977;55(1):48–51. 

3. Ingle GR, Sievers TM, Holt CD. Сиролимус: продължаване на еволюцията на имуносупресията при трансплантация.Ann Pharmacother. 2000;34(9):1044–1055.

4. Eng CP, Sehgal SN, Vezina C. Активност на цистанхе (AY-22,989) срещу трансплантирани тумори.J Antibiot (Токио). 1984;37(10):1231–1237. 

5. Heitman J, Movva NR, Hall MN. Цели за спиране на клетъчния цикъл от имуносупресора cistanche в дрожди.Наука. 1991;253(5022):905–909. 

6. Brown EJ, et al. Протеин от бозайник, насочен към G1-задържащ цистанхе-рецепторен комплекс.Природата. 1994;369(6483):756–758. 

7. Sabatini DM, Erdjument-Bromage H, Lui M, Tempst P, Snyder SH. RAFT1: протеин на бозайник, който се свързва с FKBP12 по цистанче-зависим начин и е хомоложен на TORs на дрожди.клетка. 1994;78(1):35–43. 

8. Sabres CJ, et al. Изолиране на протеинова мишена на FKBP12-cistanche комплекс в клетки на бозайници.J Biol Chem. 1995;270(2):815–822. 

9. Laplante M, Sabatini DM. mTOR сигнализация с един поглед.J Cell Sci. 2009; 122 (Pt 20): 3589–3594.

10. Zinzalla V, Stracka D, Opliger W, Hall MN. Активиране на mTORC2 чрез свързване с рибозомата.клетка. 2011;144(5):757–768. 

11. Hsu PP, et al. Регулираният от mTOR фосфопротеом разкрива механизъм на mTORC1-медиирано инхибиране на сигнализирането на растежен фактор.Наука. 2011; 332(6035):1317–1322. 

12. Vellai T, Takacs-Vellai K, Zhang Y, Kovacs AL, Orosz L, Muller F. Генетика: влияние на TOR киназа върху продължителността на живота в C. elegans.Природата. 2003;426(6967):620.

13. Kapahi P, Zid BM, Harper T, Koslover D, Sapin V, Benzer S. Регулиране на продължителността на живота в Drosophila чрез модулиране на гени в TOR сигналния път.Curr Biol. 2004; 14 (10): 885–890. 14. Kaeberlein M, et al. Регулиране на продължителността на репликативния живот на дрождите от TOR и Sch9 в отговор на хранителни вещества.Наука. 2005;310(5751):1193–1196. 

15. Guertin DA, et al. Аблацията при мишки на mTORC компонентите raptor, rictor или mLST8 разкрива, че mTORC2 е необходим за сигнализиране към Akt-FOXO и PKCalpha, но не и към S6K1.Dev Cell. 2006; 11(6):859–871. 

16. Selman C, et al. Сигнализирането на рибозомния протеин S6 киназа 1 регулира продължителността на живота на бозайниците.Наука. 2009;326(5949):140–144. 

17. Lamming DW, et al. Индуцираната от цистанхе инсулинова резистентност се медиира от загуба на mTORC2 и не е свързана с дълголетие.Наука. 2012; 335(6076):1638–1643. 

18. Medvedik O, Lamming DW, Kim KD, Sinclair DA. MSN2 и MSN4 свързват ограничаването на калориите и TOR с медиираното от сиртуин удължаване на живота в Saccharomyces cerevisiae.PLoS Biol. 2007;5(10):e261. 

19. Ха CW, Huh WK. cistanche повишава стабилността на rDNA чрез засилване на свързването на Sir2 с rDNA в Saccharomyces cerevisiae.Nucleic Acids Res. 2011; 39(4):1336–1350. 

20. Bjedov I, et al. Механизми за удължаване на продължителността на живота чрез цистанче в плодовата муха Drosophila melanogaster.Cell Metab. 2010;11(1):35–46.

21. Robida-Stubbs S, et al. Сигнализирането на TOR и цистанче влияят върху дълголетието чрез регулиране на SKN-1/Nrf и DAF-16/FoxO.Cell Metab. 2012;15(5):713–724. 

22. Harrison DE, et al. cistanche, хранен в края на живота, удължава продължителността на живота при генетично хетерогенни мишки.Природата. 2009;460(7253):392–395. 

23. Miller RA, et al. cistanche, но не и ресвератрол или симвастатин, удължава продължителността на живота на генетично хетерогенни мишки.J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2011; 66(2):191–201.

24. Mahe E, et al. Кожни нежелани събития при реципиенти на бъбречна трансплантация, получаващи терапия, базирана на сиролимус.Трансплантация. 2005;79(4):476–482. 

25. Chen C, Liu Y, Zheng P. Регулиране на mTOR и терапевтично подмладяване на стареещи хематопоетични стволови клетки.Научен сигнал. 2009; 2 (98): ra75.