Намиране на хапчето на Ponce De Leon: Предизвикателства при скрининга за молекули против стареене

Резюме

Стареенето се характеризира с прогресивно натрупване на дегенеративни промени, кулминиращи с нарушена функция и повишена вероятност от смърт. Това е значителният рисков фактор за много човешки патологии – включително рак,диабет тип 2, исърдечно-съдовииневродегенеративни заболявания– и следователно оказва огромни социални и икономически щети. Основната цел на изследването на стареенето е да се разработят интервенции, които могатзабавяне на появата на множество свързани с възрастта заболяванияиудължете здравословния живот(здравна продължителност). Наблюдението, че подобреното дълголетие и здраве могат да бъдат постигнати в моделни организмичрез диетични ограничения или просто генетични манипулацииподтикна търсенето на химически съединения, които могат да удължат живота. Повечето от пътищата, които модулират скоростта на стареене при бозайниците, имат хомолози в дрожди, мухи и червеи, което предполага, че първоначалният скрининг за идентифициране на такива фармакологични интервенции може да е възможен при използване на модели на безгръбначни. През последните години бяха идентифицирани няколко съединения, които могатудължава живота на безгръбначните, и дори при гризачи. Тук обобщаваме използваните стратегии и постигнатия напредък в идентифицирането на съединения, способни да удължат живота на организми, вариращи от безгръбначни до мишки, и обсъждаме огромните предизвикателства при пренасянето на тази работа в човешки терапии.

Щракнете тук, за да получите повече информация за молекулите против стареене в Cistanche

Ключови думистареене,лекарство против стареене, заболявания, свързани с възрастта

Въведение

Стареенесе характеризира с молекулярни, клетъчни и организмови промени, които кулминират в неспособността на организма да поддържа физиологична цялост1. При хората стареенето е свързано със силно повишено предразположение към голямо разнообразие от заболявания, включително рак, диабет тип 2 (T2D), невродегенерация и сърдечно-съдови заболявания, което води до повишена заболеваемост и смъртност1,2. Дългосрочната цел на изследването на стареенето е да се разработят интервенции, които могат да забавят появата на заболявания, свързани с възрастта, и да насърчат дълголетието. С тази цел изследванията в биогеронтологията са насочени към изясняване на основните механизми на стареенето. Настоящите данни сочат, че много от тези механизми са запазени сред еукариотите, от дрожди до бозайници.

През последните десетилетия работата в различни организми идентифицира клетъчни сигнални пътища, които модулират скоростта на стареене3,4. Много от тези пътища нормално функционират, за да усетят хранителния статус на организма (Фигура 1) и инициират сигнални каскади, които модулират специфични между- и вътреклетъчни пътища и съответно променят физиологията на целевите клетки2. Тези пътища за отчитане на хранителни вещества, които включват сигнализиране на инсулин и инсулиноподобен растежен фактор (IGF) (IIS)5 , целта на сигнализирането на рапамицин (mTOR).6, сигнализиране на аденозин монофосфат (AMP)-активирана протеин киназа (AMPK).7, и сиртуини8, координират процесите, свързани с клетъчния растеж и метаболизма, и ги интегрират с нивата на хранителни вещества, енергия, растежни фактори и стрес. Когато нивата на хранителните вещества и сигналите за растеж са намалени, сигнализирането през тези пътища се променя. Генетична или, в някои случаи, фармакологична манипулация на тези пътища може да доведе до удължаване на продължителността на живота, докато свързаната с възрастта дисрегулация може да допринесе за стареенето на организма.

Диетично ограничение (DR), диетичен режим, включващ или намаляване на общото поглъщане на калории без недохранване, или намален прием на специфичнидиетични компонентикатоехинакозид, е най-добре характеризираната интервенция, коятозабавя стареенето и забавя болестите при широк спектър от видове9,10. Молекулярните ефектори, замесени в медиирането на забележителните ефекти на DR, включват тези пътища за отчитане на хранителни вещества9. Първоначалните данни сочат, че някои от същите тези пътища могат да повлияят на стареенето и болестите и при хората. Например, генетични варианти вFOXO3Aген, кодиращ транскрипционен фактор след IIS, са свързани с дълголетието на човека11–16. Индивидите с Laron dwarfism имат многонамалени серумни нива на IGF1 и дълбока защита от T2D и рак17. Фармакологичните интервенции, които частично имитират DR чрез модулиране на дейностите на тези пътища за отчитане на хранителни вещества, имат потенциала да подобрят продължителността на здравето и да насърчат дълголетието. Например, рапамицин, специфичен инхибитор на mTOR, е предложен да провокира някои от полезните ефекти на DR при стандартни условия на хранене и хранителни вещества18. По подобен начин е доказано, че няколко други молекули като метформин и ресвератрол модулират сигнализирането на хранителните вещества и насърчават здравословното състояние в множество моделни организми и се обсъждат подробно впоследствие.

Фигура 1.Обобщение на различни фактори, които могат да допринесат за стареенето.Нарушаване на регулацията на пътищата за усещане на хранителни вещества, митохондриална дисфункция, загуба на протеостаза, изтриване на стволови клетки, натрупано увреждане на ДНК, намалена автофагия, натрупване на стареещи клетки и повишено стерилно възпаление са някои важни пътища, за които се смята, че стимулират стареенето1.

В допълнение към дисрегулацията на пътищата за отчитане на хранителни вещества, други запазени механизми, замесени във вредните прояви на стареенето, включват (Фигура 1) i)митохондриална дисфункция, водеща до нарушен респираторен метаболизъм, повишено генериране на реактивни кислородни видове (ROS), както и потенциални други последствия,ii)повишено натрупване на увреждане на ДНК, предизвикано от екзогенни инсулти и ендогенни опасности, включително грешки в репликацията на ДНК и ROS,iii)намалена протеостаза, свързана с повишено неправилно нагъване и агрегация на протеини,iv)клетъчно стареене, което допринася за тъканна дисфункция,v)повишено стерилно възпаление,vi)изтриване на стволови клетки иvii)епигенетични промени1,19. За по-пълно обсъждане на запазените механизми на стареене, читателят е препратен другаде1. Фармакологичните агенти, насочени към някои от тези промени, представляват кандидат-лекарства против стареене. В този преглед ще предоставим преглед на фармакологичните интервенции с известни или потенциални способности за забавяне на стареенето и насърчаване на здравето в края на живота. Първо, ние обобщаваме основния принос, който проучванията в моделни системи на безгръбначни са направили към усилията за скрининг за идентифициране на лекарства против стареене с малка молекула. След това се фокусираме задълбочено върху молекулите, които в момента се изследват за техния потенциал да удължат продължителността на живота и да забавят заболяването. И накрая, ще бъдат обсъдени предизвикателствата при скрининга за нови лекарства против стареене и при пренасянето на тази работа на хората.

Безгръбначните като моделни системи за скрининг на малки молекули за дълголетие

Благодарение на редица фактори – по-специално включително лекота на генетична манипулация и физиология, подобна на тази на хората – мишката се е превърнала в най-изтъкнатия модел на бозайник в биологията на стареенето20. Въпреки това, в светлината на високите разходи за настаняване и относително дългия живот на мишките, широкомащабният безпристрастен скрининг за идентифициране на лекарства против стареене не е осъществим в този организъм. С осъзнаването, че много пътища, свързани със стареенето, са еволюционно запазени, дори сред широко различаващи се видове, вместо това за такъв скрининг са използвани модели на безгръбначни с кратък живот. НематодаCaenorhabditis elegans– с краткия си живот от ~ 3 седмици, лекота на култивиране и генетична манипулация и добре характеризирана биология на стареенето – представлява много привлекателна моделна система за химически скрининг за идентифициране на съединения, които модулират продължителността на живота и свързаните с възрастта фенотипове. Наистина, няколко проучвания са идентифицирали редица кандидат-състави против стареене, използващиC. elegansкато модел на организъм. Към днешна дата най-изчерпателният екран с продължителност на живота на малки молекули използваC. elegansе проведено от Петрашекet al., който оцени 88000 химикала за способността им да удължават живота21. Те идентифицираха 115 съединения, които значително удължиха живота на червеите. Интересното е, че един от тях показва структурна прилика с човешките антидепресанти, които влияят на сигнализирането от невротрансмитера серотонин. Впоследствие те установяват, че миансеринът, антагонист на серотониновия рецептор, използван като антидепресант при хората, разширяваC. elegansпродължителност на живота, когато се прилага при 50 μM, вероятно чрез механизми, свързани с DR21. В оценка на 19 съединения с известни ефекти върху човешката физиология, Evasonet al.съобщават, че антиконвулсантите етосуксимид (дозиран от 2 и 4 mg/mL), триметадион (4 mg/mL) и 3,3-диетил-2-пиролидинон (2 mg/mL) забавят свързаните с възрастта промени и се увеличиC. elegansпродължителност на живота22

Използване на биоинформатичен подход за идентифициране на DR миметици, Calvertet al.анализира лекарства, които индуцират промени в генната експресия, подобни на тези, свързани с DR, и идентифицира 11 малки молекули с това свойство23. Интересното е, че сред пет тествани лекарства, четири – рапамицин (приложен при 10 μM), алантоин (250 μM), трихостатин А (100 μM) и LY-294002 (100 μM) – провокират увеличена продължителност на живота и продължителността на здравето при диви тип (WT)C. elegans. Обратно, не са наблюдавани ефекти върху дълголетието прияж-2мутантен фон, генетичен модел на DR, което предполага, че ефектите на тези лекарства за удължаване на живота може наистина да възникнат чрез механизми, свързани с DR23. 

Изследване на Alavezet al.съобщава, че амилоид-свързващите съединения поддържат протеиновата хомеостаза и удължават живота наC. elegans24. Излагането на WT червеи на амилоид-свързващото багрило тиофлавин Т (ThT) при 50 или 100 μM през зряла възраст увеличава средната продължителност на живота с 60 процента и максималната продължителност на живота с 43–78 процента24. Лечението с ThT намалява A -агрегация и запазена мускулна цялост вC. elegansмодели на болестта на Алцхаймер (AD), което води до намален дял на парализирани червеи. Администрирането на ThT също потиска токсичността, свързана с метастабилни протеини в мутантни червеи24. Медиираното от ThT потискане на протеиновата агрегация и удължаването на продължителността на живота зависят от молекулярни шаперони, аутофагия, протеазомна функция, протеостазния регулатор топлинен шок фактор 1 (HSF-1) и устойчивостта на стрес и дълголетието на транскрипционния фактор SKN-124. Съединения със структурно сходство с ThT също удължиха живота на червеите с до 40 процента, но при значително по-ниски концентрации от ThT. Освен това излагането на други съединения, свързващи протеинови агрегати, като куркумин (100 μM) и рифампицин (10–100 μM) удължава живота на червеите с до 45 процента24. Тези резултати подчертават значението на протеостазата за продължителността на здравето и живота на червеите и осигуряват допълнителен тласък за разработването на интервенции, способни да поддържат протеостазата за потискане на стареенето и свързаните с възрастта заболявания.

Националният институт по стареене наскоро спонсорира програма за фармакологична интервенция, използващаCaenorhabditisкато моделна система, аналогична на подобни текущи усилия в мишката. TheCaenorhabditisПрограмата за интервенционно тестване (CITP) е мултиинституционално усилие, насочено към идентифициране на съединения със способността да удължават продължителността на живота и да подобряват продължителността на здравето, използвайки множествоCaenorhabditisвидове и множество щамове наC. elegans. Идентифицирането на съединения, които са ефективни при генетично разнообразни популации на червеи, може да ускори откриването на интервенции, които могат да удължат продължителността на живота/продължителността на здравето на други видове, потенциално включително хора.

Плодовата мушицаDrosophila melanogasterпредставлява друг модел, подходящ за скрининг на съединения против стареене25. Голямо разнообразие от генетични щамове наD. melanogasterса налични с различна средна продължителност на живота, полезни за валидиране на ефикасността на съединението при множество генетични среди. Подобен наC. elegans, Дрозофилаима кратък живот и многото налични генетични инструменти в този организъм улесняват механичното изследване на оловните съединения25. Първото проучване, съобщаващо за удължаване на живота презДрозофилачрез прилагане на лекарство е извършено от Канги др.,който показа това храненеДрозофила4-фенилбутират при 5–10 mM – лекарство с множество дейности, включително инхибиране на хистон деацетилазата – значително увеличава както средната, така и максималната продължителност на живота без отрицателно въздействие върху движението, устойчивостта на стрес или възпроизводството26. По-скорошно проучване описва скрининга на инхибиторите на протеин киназата за ефекти върхуДрозофилапродължителност на живота27. Сред 80-те инхибитора, тествани в това проучване, 17 са се увеличили значителноДрозофилапродължителност на живота, без да се засяга приема на храна или консумация, което показва, че ефектите на тези инхибитори върхуДрозофилапродължителността на живота не включва DR27. В тази връзка скорошно проучване на Slacket al.съобщава, че отслабването на сигнализирането на RAS-Erk-ETS води до намален IIS и провокира удължаване на живота вДрозофила28. Траметиниб (1,56–15,6 μM), силно специфичен инхибитор на MEK, който отслабва сигнализирането надолу по веригата на RAS, може да удължи средната продължителност на живота на женитеДрозофилас до 12 процента (p=1.92 × 10-10), и при по-високи дози (156 μM), подобрява преживяемостта в края на живота28. Приложението на траметиниб е било ефективно за насърчаване на дълголетието на мухата дори когато се прилага на животни на средна възраст. Тези и подобни констатации с други лекарства –вж. удължаване на живота на мишка чрез лечение с рапамицин, започнато на средна възраст, вижте по-долу – повишава възможността лекарствата против стареене при хора да са ефективни дори когато се прилагат на по-възрастни индивиди, като по този начин се избягват потенциалните странични ефекти на тези лекарства върху развитието.

Съединения, които модулират стареенето и свързаните с възрастта фенотипове при бозайници

Инхибиторът на mTOR рапамицин

mTOR е запазена серин/треонин киназа, която усеща и реагира на наличността на хранителни вещества, растежни фактори и стрес от околната среда и играе ключова роля в задействането на растежа6,29. При многоклетъчните еукариоти mTOR съществува в два различни мултипротеинови комплекса, mTORC1 и mTORC2, отличаващи се по връзката си съответно с регулаторно-асоциирания протеин на mTOR (RAPTOR) и нечувствителния към рапамицин спътник на mTOR (RICTOR).30,31. Рапамицинът образува комплекс с протеина FKBP12, който се свързва с mTORC1 и инхибира неговата активност 32. Важно е, че хроничното лечение с рапамицин също инхибира mTORC233. Активността на mTORC1 се регулира от хранителни вещества (глюкоза иехинакозид), цитокини, хормони (инсулин или IGF1), енергия (нива на ATP) и оксидативен стрес чрез PI3K, AKT и AMPK сигнализиране6. Ключови низходящи медиатори на mTORC1 сигнализирането са пътища, които контролират клетъчния растеж, пролиферация, реакция на стрес и автофагия29,34. Следователно mTORC1 критично интегрира клетъчния растеж и поддръжка с наличието на хранителни вещества, хормонални сигнали и други стимули от околната среда.

Редица проучвания са установили връзка между сигналните пътища на mTOR и дълголетието в организми, вариращи от дрожди до бозайници. Инхибирането на mTOR сигнализиране чрез генетични или фармакологични средства удължава живота на дрождите35–37, нематоди38,39, плодови мушици40, и мишки33,41–47. По същия начин, генетична делеция в мишки на mTORC1 ефектора надолу по веригата, S6 киназа 1, повишава окислителния метаболизъм, предпазва от затлъстяване, предизвикано от възрастта и диетата, и увеличава продължителността на живота на жените47,48. Последователно повишената активност на mTORC1 мишената 4E-BP1 в скелетните мускули води до повишен оксидативен метаболизъм и предпазва мишките от диета и предизвикана от възрастта метаболитна дисфункция49.

В забележително проучване Програмата за тестване на интервенции (ITP) на NIA показа, че третирането на генетично хетерогенна мишка с инхибитора на mTOR рапамицин (приложен при 14 mg/kg храна; 2,24 mg/kg телесно тегло/ден) започва на 9 месеца или 20-месечна възраст удължава живота и при двата пола43,50. Последващо проучване показа, че увеличаването на продължителността на живота на мишка, предизвикано от рапамицин, зависи от дозата и пола. При дадена концентрация на рапамицин в храната, женските мишки показват по-голямо увеличение на продължителността на живота, отколкото мъжките, което корелира с по-високи нива на рапамицин в кръвта, постигнати при женски в сравнение с мъжки51. Лечението с рапамицин индуцира напълно различни промени в генната експресия при мъже и жени, което предполага съществуването на специфични за пола отговори на инхибирането на mTOR51. Освен това моделите на експресия на ензими, метаболизиращи ксенобиотици в черния дроб на мишки, третирани с рапамицин (14 mg/kg храна), се различават удивително от тези при животни, изложени на DR, на 12-месечна възраст51. Наистина, DR е по-малко ефективен при удължаване на живота, когато се започне по-късно в живота52–54, докато лечението с рапамицин удължава живота на мишките, дори когато е започнало на средна възраст43,55. От решаващо значение е, че индуцираното от рапамицин удължаване на живота при мишки също е наблюдавано при различни генетични среди41,42,44,56. 

Механизмите за удължаване на дълголетието от рапамицин остават горещо обсъждана тема в биологията на стареенето 56,57. Рапамицин има антинеопластични свойства58–60, а ракът е основната причина за смърт при повечето щамове мишки, които показват медиирано от рапамицин удължаване на продължителността на живота43,61. В този контекст, едно правдоподобно обяснение за удължаването на живота на мишката от рапамицин е, че това лекарство потиска появата и/или агресивността на смъртоносни ракови заболявания. Въпреки това, някои изследователи съобщават, че рапамицинът също инхибира фенотипове, свързани с възрастта, освен неоплазията62,63, което силно предполага, че това лекарство има по-широк ефект против стареене. За разлика от това, скорошно изчерпателно проучване на Neffet al.твърдят, че ефектите на рапамицин върху фенотипите на стареенеper seбяха доста ограничени56. В това отношение са направени противоречиви наблюдения относно ефектите от лечението с рапамицин при миши модели на AD64. Дългосрочното лечение с рапамицин доведе до поведенчески подобрения в миши AD модели и индуцира медиирано от автофагия намаляване на A и хиперфосфорилирани тау нива65,66. Обратно, доказано е, че рапамицин насърчава A производство67,68и доведе до увеличаване на A - предизвикана клетъчна смърт69.

Рапамицин има значителни странични ефекти – метаболитна дисфункция, катаракта и атрофия на тестисите по-специално – които могат да ограничат дългосрочната му полезност като лечение против стареене при хора70,71. Най-важното е, че поради имуномодулиращите ефекти на mTOR инхибиторите, лечението на пациенти с рапамицин-подобното лекарство еверолимус/RAD001 е свързано с по-висока честота на инфекция при лица със заболявания като рак72,73и комплекс от туберозна склероза (TSC)74. Обратно, едно скорошно проучване показа, че краткосрочното приложение на everolimus/RAD001 на здрави по-възрастни индивиди засилва имунологичния отговор на ваксинацията срещу грип, с умерени странични ефекти 75. Намаленият отговор на ваксината срещу грип е основно клинично предизвикателство при по-възрастните популации76. Тези констатации предполагат, че интермитентното или краткосрочно приложение на рапамицин или други инхибитори на mTOR може да потисне някои функционално важни ефекти от стареенето, като лош имунизационен отговор, като същевременно се избягват негативните последици, свързани с хроничната употреба на тези агенти. Скорошно проучване при мишки е в съответствие с тази гледна точка, идентифицирайки периодичен режим на приложение на рапамицин при мишки, който минимизира метаболитната дисфункция, като същевременно поддържа хронично потискане на mTORC1 в мастната тъкан, но не и в други тъкани 77. Ще бъде от голям интерес да се оценят ефектите на такива интермитентни режими на дозиране върху широк диапазон от свързани с възрастта фенотипове и върху продължителността на живота.

Метформин и други бигуанидиМетформин, перорален бигуаниден антигликемичен агент, е най-широко използваното лекарство при лечението на метаболитен синдром и T2D. Механизмът на действие на метформин не е напълно разбран и вероятно е многофакторен. Съобщава се, че намалява нивата на серумната глюкоза чрез инхибиране на комплекс I на дихателната верига в хепатоцитите78, което води до намалено производство на АТФ и активиране на LKB1 и AMPK киназите, потискайки чернодробната глюконеогенеза79,80. Съобщава се, че метформин активира AMPK в много други тъкани, включително мастна тъкан, скелетни мускули, сърце, панкреас -клетки и хипоталамуса с потенциални благоприятни физиологични ефекти при пациенти с T2D81,82. Въпреки това, метформин също така упражнява важни ефекти, независимо от AMPK и LKB183, e.g.чрез антагонизиране на действието на глюкагона84. Наскоро беше разкрит друг AMPK-независим механизъм за метформин. Проучване на Madirajuet al.показа, че метформин неконкурентно инхибира ензима редокс совалка митохондриална глицерофосфат дехидрогеназа, повишавайки цитозолното редокс състояние и намалявайки митохондриалното редокс състояние85. Това потиска чернодробната глюконеогенеза чрез намаляване на превръщането на лактат и глицерол в глюкоза 85. Въпреки че понастоящем метформин е одобрен за лечение на T2D, голяма литература предполага ефикасността на метформин срещу други състояния, особено сърдечно-съдови заболявания и рак78. В това отношение скорошно проучване показа, че метформинът намалява туморогенезата чрез инхибиране на митохондриален комплекс I в раковите клетки86.

Активирането на AMPK провокира дълголетие при мухи и червеи 87,88. Редица проучвания показват, че лечението с метформин може да възстанови късно някои ефекти от DR. В този контекст няколко проучвания са изследвали ефектите на метформин и други бигуаниди върху продължителността на живота и са докладвали различни резултати. Метформин и други бигуаниди разширяватC. elegan'sпродължителност на живота в зависимост от дозата89–91. Увеличаването наC. elegansпродължителността на живота от метформин се медиира чрез инхибиране на бактериалния метаболизъм на фолат и метионин, което от своя страна променя метаболизма на метионин в червея, което води до намален S-аденозилметионин и повишени нива на S-аденозилхомоцистеин89. Очевидно обаче метформинът не удължава дълголетиетоD. melanogaster92,93. Наистина, въпреки силното активиране на AMPK, високите дози метформин всъщност намаляват продължителността на живота както на мъжките, така и на женските мухи93, вероятно поради нарушаване на хомеостазата на чревната течност93. Въпреки това, лечението с метформин потиска свързаните с възрастта фенотипове в стволовите клетки на средното черво94и също оказва благоприятен ефект върху модел на затлъстяване на муха95. Скорошно проучване показа, че лечението с метформин води до значително удължаване на средната и максимална продължителност на живота и при двата пола на щурецаAcheta domesticus96. Проведени са няколко проучвания при гризачи за тестване на ефектите на метформин и други бигуаниди върху продължителността на живота; резултатите варират в зависимост от генотипа, пола и дозата и продължителността на лечението97. Продължителното лечение с метформин (100 mg/kg в питейната вода) увеличава средната продължителност на живота на предразположените към рак HER-2/neu трансгенни, аутбредни SHR и инбредни 129/Sv женски мишки с 8 процента (p<0.05), 37.8% (p<0.01), and 4.4% (p<0.05), respectively98–100. Лечението с метформин също удължи максималната продължителност на живота на HER-2/neu трансгенни и извънпородни SHR женски мишки съответно с 9 процента и 10,3 процента, докато не се наблюдава ефект върху максималната продължителност на живота при инбредни женски мишки 129/Sv98–100. Обратно, лечението на инбредни 129/Sv мъжки мишки с подобна доза метформин всъщностнамаленасредната продължителност на живота с 13,4 процента100. Въпреки това, лечението с метформин (2 mg/mL в питейна вода) при трансгенен миши модел на болестта на Хънтингтън (HD) удължава средната продължителност на живота на мъжете с 20,1 процента (p=0.017), но не засяга оцеляването на жените101. Съобщава се, че лечението с метформин (100 mg/kg в питейната вода) на женски безпородни SHR мишки, започнало на 3-месечна възраст, предизвиква тенденция към увеличаване на средната продължителност на живота102. Лечението с метформин също така отлага появата на откриваеми тумори, когато е започнало в млада или средна възраст, но не и в напреднала възраст102. Неонаталното лечение с метформин на 129/Sv мишки (100 mg/kg чрез подкожна инжекция) доведе до 20 процента (p<0.001) increase in male mean lifespan and also slightly increased maximum lifespan by 3.5%103. При жените обаче средната и максималната продължителност на живота в групите, лекувани с метформин, са намалени съответно с 9,1% и 3,8%103. В скорошно проучване на Мартин Монталвоet al., мъжки мишки C57BL/6, добавени с 0.1% метформин в диетата, показват 5,8% увеличение на средната продължителност на живота (p=0.02, тест за оцеляване на Gehan-Breslow), докато добавките с 1% метформинът е токсичен и намалява средната продължителност на живота с 14,4%.104. Въпреки това, добавянето на мъжки мишки B6C3F1 с 0.1% метформин доведе до удължаване на средната продължителност на живота само с 4.2% (p=0.064, Gehan-Breslow)104. Лечението с друг бигуанид, фенформин (2 mg/мишка в 0.2 mL питейна вода), значително намалява спонтанното развитие на тумор при женски C3H/Sn мишки и удължава средната продължителност на живота с 21 процента или повече (p<0.05)105,106и максимална продължителност на живота с 26 процента105. Оценката на ефектите на продължителността на живота на метформин при мишки от консорциума ITP продължава и резултатите трябва да бъдат налични скоро.

При плъхове лечението с буформин (5 mg/плъх в 1 ml вода за пиене) води до незначително увеличение от 7,3 процента на средната продължителност на живота на женските LIO животни, докато фенформинът (5 mg/плъх в 1 ml вода за пиене) има без ефект105. Въпреки това, приложението както на буформин, така и на фенформин увеличава максималната продължителност на живота на женски LIO плъхове съответно с 5,5 процента и 9,8 процента.105. Лечението с метформин (300 mg/kg/ден) не увеличава средната или максималната продължителност на живота на мъжки плъхове F344107. Въпреки това, в същия доклад, паралелна група мъжки плъхове F344, изложени на DR, също не успя да покаже удължаване на живота107, оставяйки резултатите от метформин в това проучване донякъде неубедителни. Механично, лечението с метформин е предложено да имитира някои ефекти на DR, по-специално чрез увеличаване на активността на AMPK и също така активиране на антиоксидантни реакции, което води до намаляване както на натрупването на оксидативно увреждане, така и на хронично възпаление104.

Въпреки че нито едно проучване официално не е анализирало ефектите от дългосрочното лечение с метформин върху продължителността на живота при здрави хора, рандомизираниклиничните изпитвания на метформин показват благоприятни ефекти върху здравето и преживяемостта при пациенти с наднормено тегло/затлъстяване и T2D, както се вижда от намалените случаи на сърдечно-съдови заболявания и рак и намалената обща смъртност108–110. Въпреки това, когато се комбинира със сулфонилурея, метформинувеличенарискът от свързана с диабет смърт и смъртност по всякакви причини в смесена група от индивиди без наднормено тегло и с наднормено тегло/затлъстяване с T2D78,108. В съответствие с тези наблюдения, скорошно проучване на Bannisteret al.съобщават, че пациентите с T2D, лекувани с метформин, са показали подобрена преживяемост в сравнение със съответните контроли без диабет, докато тези, лекувани със сулфонилурейни препарати, са показали намалена преживяемост111.

Като се имат предвид сравнително обещаващите данни за гризачи, намеците, че метформин може да потисне рака и други свързани с възрастта състояния при хората, и сравнително доброкачествения профил на безопасност на метформин, в момента има голям интерес към формално тестване на способността на това лекарство да забавя свързаното с възрастта заболяване при хората112. Наистина, Американската администрация по храните и лекарствата (FDA) наскоро одобри проучване, наречено Targeting Aging With Metformin (TAME) за оценка на метформин като лекарство против стареене. Проектът TAME ще включва приблизително 3000 участници на възраст между 70 и 80 години, които вече имат едно, две или всичките три състояния: рак, сърдечно заболяване или когнитивно увреждане или са изложени на риск от тяхното развитие. Изследването ще се проведе в приблизително 15 центъра в Съединените щати в продължение на 5-7 години и ще струва приблизително 50 милиона долара113. Целта на изследването е да се установи дали метформин може да предотврати появата на заболяване, свързано с възрастта. Това забележително проучване ще представлява първото тестване на кандидат-състав против стареене при хора.

Ресвератрол и други съединения, активиращи сиртуин

Сиртуините са семейство от NADплюс-зависими деацетилази/ADP рибозилтрансферази/деацетилази, замесени в регулирането на хранителните реакции и множество други аспекти на клетъчната биология8. Свръхекспресията на Sir2, членът-основател на семейството на сиртуините, удължава продължителността на репликативния живот в зараждащите се дрождиSaccharomyces cerevisiaeчрез потискане на натрупването на екстрахромозомни рДНК плазмиди, насърчаване на сегрегацията на неувреден протеом към дъщерната клетка, налагане на субтеломерно заглушаване и може би други механизми114,115. Няколко, макар и не всички, изследователи са открили, че свръхекспресията на сиртуини в червеи и мухи умерено увеличава продължителността на живота на тези организми116–123. Интересното е, че Sir2 хомологът Sir-2.1 може да се удължиC. elegan'sпродължителност на живота по начин, независим от неговата деацетилазна активност116. Наистина, никотинамидът (NAM), продукт на активността на сиртуин, и неговият метаболит, 1-метил никотинамид (MNA), са в състояние да удължат живота на червеите, потенциално чрез индуциране на преходно ROS сигнализиране116. При бозайниците SIRT1 е най-близкият Sir2 хомолог; свръхекспресията на този протеин в мозъка (но не в целия организъм) удължава живота124, вероятно чрез засилване на функцията на хипоталамуса по време на стареенето125. Глобалната свръхекспресия на друг сиртуин, SIRT6, удължава живота на мишка специално при мъжките, поне отчасти чрез потискане на рака на белия дроб, основна причина за смърт при мъжките от използваната мишка.126,127. Свръхекспресията на SIRT2 стабилизира нивата на протеина на митотичния контролен пункт BubR1 в прогероидаBubR1H/H мишки и удължава средната и максималната продължителност на живота при мъжки мишки от този щам128. Няма налична информация относно потенциалните ефекти от хроничната свръхекспресия на SIRT2 при WT животни. Натрупаните доказателства сочат, че NADплюснивата могат да намалеят по време на стареене, нарушавайки активността на сиртуин, и че способността на свръхекспресията на сиртуин да увеличи продължителността на живота частично противодейства на този ефект чрез поддържане на функцията на сиртуин в лицето на намален NADплюсбасейн в по-стари организми129.

Ресвератролът и някои други полифеноли първоначално са идентифицирани като Sir2/SIRT1 активатори, които удължават средната и максималната продължителност на живота на дрождите130. Важно е да се отбележи, че ресвератролът е силно безразборно лекарство и упражнява функционално важни ефекти върху много клетъчни цели131. Съобщава се също, че третирането на червеи и мухи с res veratrol (дозиран при 100 μM при червеи и 10–100 μM при мухи) удължава продължителността на живота в зависимост от наличието на функционален Sir-2.1 и dSir2, съответно132. Въпреки това, проучване на Basset al.твърди, че лечението с ресвератрол (1–1000 μM) няма значителни ефекти върхуДрозофилапродължителност на живота133. Същото проучване съобщава също, че лечението с ресвератрол при 100 μM предизвиква само леко и спорадично увеличение наC. elegansпродължителност на живота както в WT, така и всър-2.1мутантни животни, което предполага, че тези малки увеличения наC. elegansпродължителността на живота, предизвикана от ресвератрол, може да бъдеСър-2.1независима133. Ресвератролът предпазва червеите от оксидативен стрес, увреждане, причинено от радиация, и амилоидна токсичност134–136и също така предизвиква радиозащита при мухите137. Лечението с ресвератрол увеличава средната и максималната продължителност на живота на медоносната пчела138и краткотрайните рибиNothobranchius furzeriиNothobranchius guentheri139–141.

Съобщава се, че ресвератролът и други активиращи сиртуин съединения (STACs) активират Sir2/SIRT1 алостерично130. Въпреки това, други групи са открили, че тези съединения не са в състояние да подобрят активността на SIRT1 спрямо нативните пептидиинвитро142,143. В този контекст се предполага, че повишената активност на SIRT1, индуцирана от ресвератрол, зависи от наличието на нероден флуорофор, конюгиран с пептидната последователност, първоначално използвана при скрининга за активатори на SIRT1142,143. Последните доклади обаче показват, че ресвератролът и други STAC директно се свързват със SIRT1 и алостерично повишават неговата деацетилазна активност към немаркирани пептидни субстрати144,145. Съобщава се също, че ресвератролът инхибира каталитичната активност на човешката тирозил трансфер-РНК (тРНК) синтетаза (TyrRS), което води до ядрена транслокация и стимулиране на NADплюс-зависимо активиране на поли (ADP-рибоза) полимераза 1 (PARP1)146. PARP1 играе важна роля както в възстановяването на ДНК, така и в транскрипцията147.

При мишки ресвератролът е защитен срещу някои вредни ефекти от диети с високо съдържание на мазнини/високо съдържание на калории148–151, значително намалява растежа и развитието на множество видове рак152–154, и забавя или предотвратява появата на AD155,156. Освен това при гризачи и хора ресвератролът е защитен както срещу диабет тип 1, така и срещу T2D157,158 и сърдечно-съдови заболявания159и притежава противовъзпалително160 и антивирусни дейности161. Съобщава се, че добавянето на ресвератрол (или при {{0}}.016–0,1 процента от диетата или 25 mg/kg/ден) увеличава продължителността на живота при миши модели на затлъстяване148, АД162, HD163и амиотрофична латерална склероза164,165. Лечението с ресвератрол (2-8 mg/kg/ден) увеличава продължителността на живота на третирани с LPS мишки166 и намалява смъртността, предизвикана от катехоламини при затлъстели плъхове (20 mg/kg/ден)167. Освен това, ресвератрол (10 mg/mL, интраперитонеална инжекция) удължава преживяемостта при миши модел на индуцирано от сепсис остро бъбречно увреждане и възстановява бъбречната микроциркулация168. Приложението на ресвератрол (18 mg/kg/ден в диетата) също подобрява преживяемостта при модел на хипертония при плъхове169. Важно е обаче, че лечението с ресвератрол (100-1200 mg/kg храна) не увеличава продължителността на живота при нормално хранени мишки.50,170,171. Добавянето на ресвератрол предизвиква промени в генната експресия в няколко тъкани, които наподобяват тези, свързани с ограничаване на калориите при мишки171,172.

При хора 30-дневната добавка на ресвератрол (150 mg/ден) при мъже със затлъстяване предизвиква метаболитни промени, включително намаляване на скоростта на метаболизма при сън и почивка, съдържанието на интрахепатални липиди, нивата на циркулираща глюкоза, възпалителни маркери и систолично кръвно налягане173. Скелетните мускули от обекти, третирани с ресвератрол, показват повишена AMPK активност, повишени SIRT1 и PGC-1 протеинови нива и подобрено митохондриално дишане на мастни киселини173. Обратно, 12-седмично добавяне на ресвератрол (75 mg/ден) при жени без затлъстяване, постменопауза с нормален глюкозен толеранс не предизвиква видима промяна в състава на тялото, инсулиновата чувствителност, скоростта на метаболизма в покой, плазмените липиди или възпалителни маркери174. Освен това добавките с ресвератрол нямат ефект върху неговите предполагаеми молекулярни цели, включително AMPK,SIRT1, NAMPT, иPPARGC1A, или в скелетните мускули, или в мастната тъкан174.

Важно скорошно проучване на Caiet al.демонстрира нелинеен отговор на дозата за защитните ефекти на ресвератрол при хора и мишки175. Когато се прилага едновременно с диета с високо съдържание на мазнини (HFD), ниската доза ресвератрол (~0.07 mg/kg/ден) изглежда по-ефикасна от високата доза (14 mg/kg/ден) за намаляване на броя на аденомите и намаляване на общото натоварване на тумораApcминмишки, модел на чревна карциногенеза. Интересното е, че женските мишки на по-ниска доза ресвератрол показват значително по-висока експресия и активиране на AMPK в чревната лигавица, отколкото тези в групата с висока доза175. Последователно, човешки колоректални тъкани, изложени на ниски диетични концентрации ({{0}}.01 до 0,1 μM) на ресвератролex vivoпоказва бързо активиране на AMPK и повишена аутофагия при ниски концентрации и по-слабо изразен или дори никакъв ефект при по-високи дози (1 до 10 μM)175. Този необичаен ефект може да помогне за рационализиране на противоречивите доклади за ефикасността на ресвератрол при хора и бъдещите проучвания върху хора, използващи ресвератрол, трябва да бъдат проектирани с особено внимание, обърнато на дозировката и серумните нива и на задълбочена оценка на ефектите върху предполагаемите молекулярни цели на ресвератрол.

Други STAC са синтезирани и се съобщава, че подобряват продължителността на здравето и удължават продължителността на живота при мишки. Съобщава се, че STAC SRT1720 (100 mg/kg/ден) удължава средната продължителност на живота на възрастни мъжки мишки C57BL/6J, хранени със стандартна диета с 8,8 процента (p=0.096) и до 21,7 процента ( p=0.0193) на HFD, без увеличаване на максималния живот в нито един контекст176,177. Лечението с SRT1720 подобрява физиологичните параметри при животни, хранени с HFD, намалявайки чернодробната стеатоза, повишавайки инсулиновата чувствителност, засилвайки двигателната активност, а също така индуцирайки профил на генна експресия, подобен на този, свързан със стандартна диета176. Добавянето на SRT1720 инхибира провъзпалителната генна експресия в черния дроб и мускулите на мишки, хранени със стандартна храна и забавя появата на свързано с възрастта метаболитно заболяване177. По подобен начин диетичните добавки (100 mg/kg) със SRT2104, друг синтетичен STAC, увеличават както средната, така и максималната продължителност на живота на мъжки мишки C57BL/6J, хранени с храна с 9,7 процента (p<0.05) and 4.9% (p<0.001), respectively, and increased insulin sensitivity and motor coordination while reducing inflammation178. Краткосрочното лечение със SRT2104 запазва костната и мускулната маса в експериментален модел на атрофия178. Тези констатации показват, че ресвератролът и други STAC могат да окажат благоприятно въздействие върху здравето, особено в контекста на HFD, и че някои STAC могат умерено да удължат живота при нормални условия на хранене; въпреки това са необходими допълнителни проучвания за по-добра оценка на техните ефекти върху дълголетието при женски и други видове мишки. В тази връзка, в момента има голям интерес към оценката на ефектите от NADплюспрекурсори като терапии за метаболитни заболявания и кандидат-лекарства против стареене129.

Питай за още:

Имейл:wallence.suen@wecistanche.com whatsapp: плюс 86 15292862950