Ponce de Leona tabletes atrašana: izaicinājumi, meklējot pretnovecošanās molekulas
Apr 18, 2023
Abstrakts
NovecošanaTo raksturo progresējoša deģeneratīvu izmaiņu uzkrāšanās, kas beidzas ar funkciju traucējumiem un palielinātu nāves iespējamību. Tas ir galvenais riska faktors daudzām cilvēku patoloģijām, tostarp vēzim, 2. tipa cukura diabētam un sirds un asinsvadu unneirodeģeneratīvas slimības– un tādējādi rada milzīgu sociālo un ekonomisko nodevu. Thegalvenais novecošanās pētniecības mērķisir izstrādāt intervences, kas varaizkavē vairāku ar vecumu saistītu slimību rašanosunpagarināt veselīgu mūžu(veselības periods). Novērojumu, ka paraugorganismu ilgmūžību un veselību var panākt aruztura ierobežojumsvai vienkāršiģenētiskās manipulācijasir mudinājusi meklēt ķīmiskos savienojumus, kas varpalielināt dzīves ilgumu.Lielākajai daļai ceļu, kas modulē novecošanās ātrumu zīdītājiem, ir homologi raugā, mušās un tārpos, kas liecina, ka sākotnējā skrīnings, lai identificētu šādusfarmakoloģiskas iejaukšanāsvar būt iespējams, izmantojot bezmugurkaulnieku modeļus. Pēdējos gados ir identificēti vairāki savienojumi, kas var pagarināt bezmugurkaulnieku un pat grauzēju dzīves ilgumu. Šeit mēs apkopojam izmantotās stratēģijas un panākto progresu, identificējot savienojumus, kas spēj pagarināt dzīves ilgumu organismos, sākot no bezmugurkaulniekiem līdz pelēm, un apspriežam milzīgās problēmas, pārvēršot šo darbu cilvēku terapijā.
Atslēgvārdinovecošanās, zāles pret novecošanos,ar vecumu saistītas slimības
Ievads
Novecošanu raksturo molekulāras, šūnu un organisma izmaiņas, kas beidzas ar organisma nespēju saglabāt fizioloģisko integritāti.1. Cilvēkiem novecošana ir saistīta ar ievērojami palielinātu noslieci uz dažādām slimībām, tostarp vēzi, 2. tipa diabētu (T2D), neirodeģenerāciju un sirds un asinsvadu slimībām, kā rezultātā palielinās saslimstība un mirstība.1,2. Novecošanas pētījumu ilgtermiņa mērķis ir izstrādāt iejaukšanās pasākumus, kas var aizkavēt ar vecumu saistītu slimību rašanos un veicināt ilgmūžību. Ar šo mērķi biogerontoloģijas pētījumi ir vērsti uz novecošanas pamatmehānismu noskaidrošanu. Pašreizējie pierādījumi liecina, ka daudzi no šiem mehānismiem ir saglabājušies starp eikariotiem, sākot no rauga līdz zīdītājiem.
Pēdējo desmitgažu laikā darbs ar dažādiem organismiem ir identificējis šūnu signalizācijas ceļus, kas modulē novecošanās ātrumu3,4 . Daudzi no šiem ceļiem parasti darbojas, lai noteiktu organisma uztura stāvokli (1. attēls) un iniciē signalizācijas kaskādes, kas modulē specifiskus starpšūnu un intracelulārus ceļus un attiecīgi maina mērķa šūnu fizioloģiju2. Šie barības vielu uztveršanas ceļi, kas ietver insulīnu un insulīnam līdzīgā augšanas faktora (IGF) signalizāciju (IIS)5 , rapamicīna (mTOR) signālu mērķis6, adenozīna monofosfāta (AMP) aktivētās proteīnkināzes (AMPK) signalizācija7, un sirtuins8, koordinē ar šūnu augšanu un vielmaiņu saistītos procesus un integrē tos ar barības vielu, enerģijas, augšanas faktoru un stresa līmeni. Kad barības vielu līmenis un augšanas pazīmes tiek samazinātas, tiek mainīta signālu pārraide pa šiem ceļiem. Ģenētiskas vai dažos gadījumos farmakoloģiskas manipulācijas ar šiem ceļiem var izraisīt dzīves ilguma pagarināšanos, savukārt ar vecumu saistītā disregulācija var veicināt organisma novecošanos.
Uztura ierobežojums (DR), uztura režīms, kas ietver vai nu kopējā kaloriju daudzuma samazināšanu bez nepietiekama uztura vai noteiktu uztura sastāvdaļu, piemēram, aminoskābju, uzņemšanu, ir vislabāk raksturotā iejaukšanās, kas palēnina novecošanos un aizkavē slimību plašā sugu lokā.9,10. Molekulārie efektori, kas saistīti ar DR ievērojamās ietekmes starpniecību, ietver šos barības vielu noteikšanas ceļus9. Sākotnējie pierādījumi liecina, ka daži no šiem pašiem ceļiem var ietekmēt arī cilvēku novecošanos un slimības. Piemēram, ģenētiskie variantiFOXO3Agēns, kas kodē transkripcijas faktoru lejpus IIS, ir saistīts ar cilvēka ilgmūžību11–16. Indivīdiem ar Larona pundurismu ir ievērojami samazinājies IGF1 līmenis serumā un dziļa aizsardzība pret T2D un vēzi17. Farmakoloģiskās iejaukšanās, kas daļēji atdarina DR, modulējot šo barības vielu uztveršanas ceļu aktivitātes, var uzlabot veselību un veicināt ilgmūžību. Piemēram, ir ierosināts, ka rapamicīns, specifisks mTOR inhibitors, izraisa dažus no DR labvēlīgajiem efektiem standarta barošanas un barības vielu apstākļos.18. Tāpat ir pierādīts, ka dažas citas molekulas, piemēram, metformīns un resveratrols, modulē barības vielu signālu pārraidi un veicina veselības ilgumu vairāku modeļu organismos, un tās tiek detalizēti apspriestas vēlāk.
Papildus barības vielu uztveršanas ceļu disregulācijai citi konservēti mehānismi, kas ir saistīti ar novecošanas kaitīgajām izpausmēm, ietver (1. attēls) i)mitohondriju disfunkcija, kas izraisa elpošanas vielmaiņas traucējumus, palielinātu reaktīvo skābekļa sugu (ROS) veidošanos, kā arī potenciāli citas sekas,ii)palielināta DNS bojājumu uzkrāšanās, ko izraisa eksogēni apvainojumi un endogēni apdraudējumi, tostarp DNS replikācijas kļūdas un ROS,iii)samazināta proteostāze, kas saistīta ar palielinātu olbaltumvielu nepareizu salocīšanu un agregāciju,iv)šūnu novecošanās, kas veicina audu disfunkciju,v)palielināts sterils iekaisums,vi)cilmes šūnu nodilums, unvii)epiģenētiskās izmaiņas1,19. Lai iegūtu pilnīgāku diskusiju par konservētiem novecošanas mehānismiem, lasītājs ir norādīts citur1. Farmakoloģiskie līdzekļi, kuru mērķis ir dažas no šīm izmaiņām, ir pretnovecošanās līdzekļu kandidāti. Šajā pārskatā mēs sniegsim pārskatu par farmakoloģiskām iejaukšanās darbībām ar zināmām vai iespējamām spējām aizkavēt novecošanos un veicināt veselību vēlīnā vecumā. Pirmkārt, mēs apkopojam galvenos ieguldījumus, ko pētījumi bezmugurkaulnieku modeļu sistēmās ir devuši skrīninga centienos identificēt mazas molekulas pretnovecošanās zāles. Pēc tam mēs padziļināti koncentrējamies uz pašlaik pētītajām molekulām, lai tās varētu pagarināt dzīves ilgumu un aizkavēt slimību. Visbeidzot, tiks apspriesti izaicinājumi jaunu pretnovecošanās zāļu skrīningā un šī darba pārvēršanā cilvēkiem.
Bezmugurkaulnieki kā modeļu sistēmas, lai pārbaudītu mazo molekulu ilgmūžību
Pateicoties dažādiem faktoriem, jo īpaši ģenētisko manipulāciju vienkāršībai un fizioloģijai, kas līdzīga cilvēkiem, pele ir kļuvusi par izcilāko zīdītāju paraugorganismu novecošanas bioloģijā20. Tomēr, ņemot vērā augstās izmitināšanas izmaksas un salīdzinoši ilgo peļu dzīves ilgumu, liela mēroga objektīva skrīnings, lai identificētu pretnovecošanās zāles, šajā organismā nav iespējama. Apzinoties, ka daudzi ar novecošanu saistīti ceļi ir evolucionāri saglabāti, pat starp ļoti atšķirīgām sugām, šādai skrīningam ir izmantoti īslaicīgi bezmugurkaulnieku modeļi. Nematode Caenorhabditis elegans – ar savu īso dzīves ilgumu ~ 3 nedēļas, kultivēšanas un ģenētisko manipulāciju vieglumu un labi raksturotu novecošanas bioloģiju – ir ļoti pievilcīga ķīmiskās skrīninga modeļa sistēma, lai identificētu savienojumus, kas modulē dzīves ilgumu un ar vecumu saistītus fenotipus. Patiešām, vairāki pētījumi ir identificējuši vairākus pretnovecošanās savienojumus, izmantojot C. elegans kā paraugorganismu. Līdz šim visaptverošāko mazo molekulu dzīves ilguma pārbaudi, izmantojot C. elegans, veica Petrascheck et al., kas novērtēja 88,{11}} ķīmiskas vielas, lai novērtētu to spēju uzlabot ilgmūžību21. Viņi identificēja 115 savienojumus, kas ievērojami pagarināja tārpu dzīves ilgumu. Interesanti, ka vienam no tiem bija strukturāla līdzība ar cilvēka antidepresantiem, kas ietekmē neirotransmitera serotonīna signālu pārraidi. Pēc tam viņi atklāja, ka mianserīns, serotonīna receptoru antagonists, ko lieto kā antidepresantu cilvēkiem, pagarina C. elegans dzīves ilgumu, ja to ievada 50 μM, iespējams, izmantojot mehānismus, kas saistīti ar DR21. Novērtējot 19 savienojumus ar zināmu ietekmi uz cilvēka fizioloģiju, Evason et al. ziņoja, ka pretkrampju līdzekļi etosuksimīds (devas 2 un 4 mg/ml), trimetadions (4 mg/ml) un 3,3-dietil-2-pirolidinons (2 mg/ml) aizkavēja ar vecumu saistītas izmaiņas un pagarināja C. elegans dzīves ilgumu22.
Izmantojot bioinformātikas pieeju DR mimētikas identificēšanai, Calvert et al. analizēja zāles, kas izraisa gēnu ekspresijas izmaiņas, kas līdzīgas tām, kas saistītas ar DR, un identificēja 11 mazas molekulas ar šo īpašību23. Interesanti, ka no piecām pārbaudītajām zālēm četras – rapamicīns (ievadīts 10 μM), alantoīns (250 μM), trihostatīns A (100 μM) un LY-294002 (100 μM) – izraisīja dzīves ilguma un veselības ilguma palielināšanos savvaļas dzīvniekiem. tips (WT) C. elegans. Un otrādi, ēšanas -2 mutanta fonā, kas ir ģenētisks DR modelis, netika novērota ilgmūžības ietekme, kas liecina, ka šo zāļu iedarbība, kas pagarina dzīvi, patiešām var rasties, izmantojot ar DR saistītus mehānismus23.
Pētījums, ko veica Alavez et al. ziņoja, ka amiloīdu saistošie savienojumi uztur proteīnu homeostāzi un pagarina C. elegans dzīves ilgumu24. WT tārpu pakļaušana amiloīdu saistošai krāsvielai tioflavīns T (ThT) 50 vai 100 μM pieaugušā vecumā palielināja vidējo mūža ilgumu par 60 procentiem un maksimālo mūža ilgumu par 43–78 procentiem 24. Ārstēšana ar ThT samazināja A agregāciju un saglabāja muskuļu integritāti C. elegans Alcheimera slimības (AD) modeļi, kā rezultātā samazinās paralizēto tārpu īpatsvars. ThT ievadīšana arī nomāca toksicitāti, kas saistīta ar metastabiliem proteīniem mutantu tārpos24. ThT izraisīta proteīnu agregācijas nomākšana un dzīves ilguma pagarināšana bija atkarīga no molekulārajiem šaperoniem, autofagijas, proteasomu funkcijas, proteostāzes regulatora karstuma šoka faktora 1 (HSF-1) un stresa izturības un ilgmūžības transkripcijas faktora SKN-124 . Savienojumi ar strukturālu līdzību ThT arī pagarināja tārpu kalpošanas laiku līdz pat 40 procentiem, bet ievērojami zemākā koncentrācijā nekā ThT. Turklāt citu proteīnu agregātus saistošu savienojumu, piemēram, kurkumīna (100 μM) un rifampicīna (10–100 μM) iedarbība pagarināja tārpu dzīves ilgumu par līdz pat 45 procentiem 24. Šie rezultāti uzsver proteostāzes nozīmi tārpu veselības un dzīves ilgumā un nodrošina turpmāku darbību. stimuls tādu iejaukšanās pasākumu izstrādei, kas spēj uzturēt proteostāzi, lai nomāktu novecošanos un ar vecumu saistītas slimības.
Nacionālais novecošanas institūts nesen ir sponsorējis farmakoloģiskās iejaukšanās programmu, izmantojot Caenorhabditis kā modeļa sistēmu, kas ir analoga līdzīgiem pastāvīgajiem pūliņiem ar peli. Caenorhabditis Intervention Testing Programme (CITP) ir daudzu institūciju darbs, kura mērķis ir identificēt savienojumus, kas spēj pagarināt dzīves ilgumu un uzlabot veselības ilgumu, izmantojot vairākas Caenorhabditis sugas un vairākus C. elegans celmus. Tādu savienojumu identificēšana, kas ir efektīvi ģenētiski daudzveidīgās tārpu populācijās, var paātrināt tādu iejaukšanos atklāšanu, kas var pagarināt dzīves ilgumu/veselības ilgumu citām sugām, iespējams, arī cilvēkiem.
Augļu muša Drosophila melanogaster ir vēl viens modelis, kas piemērots pretnovecošanās savienojumu skrīningam25. Ir pieejams plašs D. melanogaster ģenētisko celmu klāsts ar atšķirīgu vidējo mūža ilgumu, kas ir noderīgi savienojuma efektivitātes apstiprināšanai dažādos ģenētiskos apstākļos. Līdzīgi kā C. elegans, Drosophila ir īss dzīves ilgums, un daudzie šajā organismā pieejamie ģenētiskie rīki atvieglo svina savienojumu mehānisko izpēti25. Pirmo pētījumu, kurā ziņots par dzīves ilguma pagarināšanu Drosophila, ievadot zāles, veica Kang et al., kuri parādīja, ka Drosophila 4-fenilbutirāta barošana ar 5–10 mM — zāles ar daudzām aktivitātēm, tostarp histona dezacetilāzes inhibīciju. palielināts gan vidējais, gan maksimālais dzīves ilgums, negatīvi neietekmējot kustību, izturību pret stresu vai reprodukciju26. Jaunākā pētījumā tika aprakstīta proteīnkināzes inhibitoru skrīninga ietekme uz Drosophila dzīves ilgumu27. No 80 šajā pētījumā pārbaudītajiem inhibitoriem 17 ievērojami palielināja Drosophila dzīves ilgumu, neietekmējot pārtikas uzņemšanu vai patēriņu, norādot, ka šo inhibitoru ietekme uz Drosophila dzīves ilgumu nav saistīta ar DR27. Šajā sakarā nesenais Slack et al. ziņoja, ka RAS-Erk-ETS signalizācijas vājināšanās samazina IIS un izraisa dzīves ilguma pagarinājumu Drosophila28. Trametinibs (1,56–15,6 μM), ļoti specifisks MEK inhibitors, kas vājina signālu pārraidi lejpus RAS, var pagarināt mātītes Drosophila vidējo mūža ilgumu līdz pat 12 procentiem (p=1,92 × 10-10) un pie lielākām devām (156 μM), uzlabo dzīvildzi vēlīnā vecumā28. Trametiniba ievadīšana bija efektīva mušu ilgmūžības veicināšanā pat tad, ja to ievadīja pusmūža dzīvniekiem. Šie un līdzīgi atklājumi ar citām zālēm – sk. peļu dzīves ilguma pagarināšana ar rapamicīna terapiju, kas uzsākta pusmūžā, skatīt zemāk – palielināt iespēju, ka pretnovecošanās zāles cilvēkiem varētu būt efektīvas pat tad, ja tās tiek ievadītas gados vecākiem cilvēkiem, tādējādi izvairoties no šo zāļu iespējamām attīstības blakusparādībām.
Savienojumi, kas modulē novecošanos un ar vecumu saistītus fenotipus zīdītājiem
mTOR inhibitors rapamicīns
mTOR ir konservēta serīna/treonīna kināze, kas uztver un reaģē uz barības vielu pieejamību, augšanas faktoriem un vides stresu, un tai ir galvenā loma augšanas izraisīšanā6,29. Daudzšūnu eikariotos mTOR eksistē divos atšķirīgos daudzproteīnu kompleksos, mTORC1 un mTORC2, kas atšķiras ar to saistību ar regulējumu saistīto mTOR proteīnu (RAPTOR) un rapamicīnu nejutīgo mTOR pavadoni (RICTOR) 30, 31. Rapamicīns veido kompleksu ar FKBP12 proteīnu, kas saistās ar mTORC1 un inhibē tā aktivitāti 32. Svarīgi, ka hroniska ārstēšana ar rapamicīnu inhibē arī mTORC233. mTORC1 aktivitāti regulē barības vielas (glikoze un aminoskābes), citokīni, hormoni (insulīns vai IGF1), enerģija (ATP līmenis) un oksidatīvais stress, izmantojot PI3K, AKT un AMPK signālus6. Galvenie mTORC1 signalizācijas pakārtotie mediatori ir ceļi, kas kontrolē šūnu augšanu, proliferāciju, stresa reakciju un autofagiju29, 34. Tāpēc mTORC1 kritiski integrē šūnu augšanu un uzturēšanu ar barības vielu pieejamību, hormonālajiem signāliem un citiem vides stimuliem.
Vairāki pētījumi ir atklājuši saikni starp mTOR signalizācijas ceļiem un ilgmūžību organismos, sākot no rauga līdz zīdītājiem. MTOR signālu inhibēšana ar ģenētiskiem vai farmakoloģiskiem līdzekļiem pagarina mūža ilgumu rauga sēnītēm 35–37, nematodēm 38, 39, augļu mušām 40 un pelēm 33, 41–47. Tāpat pakārtotā mTORC1 efektora S6 kināzes 1 ģenētiskā dzēšana pelēm palielina oksidatīvo metabolismu, aizsargā pret vecuma un uztura izraisītu aptaukošanos un palielina sieviešu dzīves ilgumu47, 48. Konsekventi mTORC1 mērķa 4E-BP1 pastiprināta aktivitāte skeleta muskuļos palielina oksidatīvo metabolismu un aizsargā peles no uztura un vecuma izraisītas vielmaiņas disfunkcijas49. Nozīmīgā pētījumā NIA intervences testēšanas programma (ITP) parādīja, ka ģenētiski neviendabīgu peļu populācijas ārstēšana ar mTOR inhibitoru rapamicīnu (ievadot 14 mg/kg pārtikas; 2,24 mg/kg ķermeņa svara dienā) tika uzsākta vai nu pēc 9 mēnešiem vai 20 mēnešu vecums pagarināja abu dzimumu dzīves ilgumu43,50. Pēcpārbaudes pētījums parādīja, ka rapamicīna izraisītais peles dzīves ilguma pieaugums ir atkarīgs no devas un dzimuma. Pie noteiktas rapamicīna koncentrācijas peļu mātītēm bija lielāks dzīves ilgums nekā tēviņiem, kas korelēja ar augstāku rapamicīna līmeni asinīs, kas sasniegts mātītēm salīdzinājumā ar tēviņiem51. Ārstēšana ar rapamicīnu izraisīja pilnīgi atšķirīgas gēnu ekspresijas izmaiņas vīriešiem un sievietēm, kas nozīmē, ka pastāv dzimumam specifiskas reakcijas uz mTOR inhibīciju51. Turklāt ksenobiotiskos metabolizējošo enzīmu ekspresijas modeļi ar rapamicīnu ārstētu (14 mg/kg pārtikas) peļu aknās pārsteidzoši atšķīrās no DR iedarbībai pakļautajiem dzīvniekiem 12 mēnešu vecumā51. Patiešām, DR ir mazāk efektīva dzīves ilguma pagarināšanā, ja to sāk vēlāk52–54, savukārt ārstēšana ar rapamicīnu pagarina peļu dzīves ilgumu, pat ja tā tiek sākta pusmūžā43,55. Būtiski, ka rapamicīna izraisīts mūža pagarinājums pelēm ir novērots arī dažādos ģenētiskos apstākļos 41, 42, 44, 56.
Nozīmīgā pētījumā NIA intervences testēšanas programma (ITP) parādīja, ka ģenētiski neviendabīgu peļu populācijas ārstēšana ar mTOR inhibitoru rapamicīnu (ievadot 14 mg/kg pārtikas; 2,24 mg/kg ķermeņa svara dienā) tika uzsākta vai nu pēc 9 mēnešiem vai 20 mēnešu vecums pagarināja abu dzimumu dzīves ilgumu43,50. Pēcpārbaudes pētījums parādīja, ka rapamicīna izraisītais peles dzīves ilguma pieaugums ir atkarīgs no devas un dzimuma. Pie noteiktas rapamicīna koncentrācijas peļu mātītēm bija lielāks dzīves ilgums nekā tēviņiem, kas korelēja ar augstāku rapamicīna līmeni asinīs, kas sasniegts mātītēm salīdzinājumā ar tēviņiem51. Ārstēšana ar rapamicīnu izraisīja pilnīgi atšķirīgas gēnu ekspresijas izmaiņas vīriešiem un sievietēm, kas nozīmē, ka pastāv dzimumam specifiskas reakcijas uz mTOR inhibīciju51. Turklāt ksenobiotiskos metabolizējošo enzīmu ekspresijas modeļi ar rapamicīnu ārstētu (14 mg/kg pārtikas) peļu aknās pārsteidzoši atšķīrās no DR iedarbībai pakļautajiem dzīvniekiem 12 mēnešu vecumā51. Patiešām, DR ir mazāk efektīva dzīves ilguma pagarināšanā, ja to sāk vēlāk52–54, savukārt ārstēšana ar rapamicīnu pagarina peļu dzīves ilgumu, pat ja tā tiek sākta pusmūžā43,55. Būtiski, ka rapamicīna izraisīts mūža pagarinājums pelēm ir novērots arī dažādos ģenētiskos apstākļos 41, 42, 44, 56.
Rapamicīna ilgmūžības pagarināšanas mehānismi joprojām ir karsti apspriests temats novecošanas bioloģijā 56, 57. Rapamicīnam piemīt pretaudzēju īpašības58–60, un vēzis ir galvenais nāves cēlonis lielākajai daļai peļu celmu, kam ir rapamicīna izraisīts mūža pagarinājums43,61. Šajā kontekstā viens ticams izskaidrojums peļu dzīves ilguma pagarināšanai ar rapamicīnu ir tāds, ka šīs zāles nomāc letālu vēža rašanos un/vai agresivitāti. Tomēr daži pētnieki ir ziņojuši, ka rapamicīns ne tikai neoplaziju, bet arī inhibē ar vecumu saistītus fenotipus62, 63, kas liecina, ka šīm zālēm ir plašāka pretnovecošanās iedarbība. Turpretim nesen veikts izsmeļošs pētījums, ko veica Neff et al. apgalvoja, ka rapamicīna ietekme uz novecošanas fenotipiem per se bija diezgan ierobežota56. Šajā sakarā ir veikti pretrunīgi novērojumi par rapamicīna ārstēšanas ietekmi AD64 peles modeļos. Ilgstoša ārstēšana ar rapamicīnu izraisīja uzvedības uzlabojumus peles AD modeļos un izraisīja autofagijas izraisītu A un hiperfosforilētā tau līmeņa samazināšanos65, 66. Un otrādi, ir pierādīts, ka rapamicīns veicina A ražošanu67, 68 un izraisīja A izraisītas šūnu nāves palielināšanos69.
Rapamicīnam ir nozīmīgas blakusparādības – vielmaiņas disfunkcija, katarakta un jo īpaši sēklinieku atrofija –, kas var ierobežot tā ilgtermiņa lietderību kā pretnovecošanās līdzekli cilvēkiem70,71. Vissvarīgākais ir tas, ka mTOR inhibitoru imūnmodulējošās iedarbības dēļ cilvēku pacientu ārstēšana ar rapamicīnam līdzīgu medikamentu everolimus/RAD001 ir saistīta ar lielāku infekcijas biežumu personām ar tādām slimībām kā vēzis72,73 un bumbuļveida sklerozes komplekss (TSC)74. . Un otrādi, nesen veikts pētījums parādīja, ka īslaicīga everolīma/RAD001 ievadīšana veseliem vecākiem cilvēkiem pastiprināja imunoloģisko reakciju uz vakcināciju pret gripu ar nelielām blakusparādībām 75. Samazināta atbildes reakcija pret gripas vakcīnu ir galvenā klīniskā problēma gados vecākiem cilvēkiem76. Šie atklājumi liecina, ka periodiska vai īslaicīga rapamicīna vai citu mTOR inhibitoru ievadīšana var nomākt noteiktus funkcionāli svarīgus novecošanas efektus, piemēram, sliktu imunizācijas reakciju, vienlaikus izvairoties no negatīvām sekām, kas saistītas ar šo līdzekļu hronisku lietošanu. Nesenais pētījums ar pelēm atbilst šim viedoklim, nosakot periodisku rapamicīna ievadīšanas režīmu pelēm, kas samazina vielmaiņas disfunkciju, vienlaikus saglabājot hronisku mTORC1 nomākumu taukaudos, lai gan ne citos audos77. Būs ļoti interesanti novērtēt šādu intermitējošu dozēšanas režīmu ietekmi uz plašu ar vecumu saistītu fenotipu klāstu un dzīves ilgumu.
Metformīns un citi biguanīdi
Metformīns, perorāls biguanīda antiglikēmiskais līdzeklis, ir visplašāk lietotais medikaments metaboliskā sindroma un T2D ārstēšanā. Metformīna darbības mehānisms nav pilnībā izprotams, un, iespējams, tam ir daudz faktoru. Tika ziņots, ka tas samazina glikozes līmeni serumā, inhibējot elpošanas ķēdes kompleksu I hepatocītos78, kā rezultātā samazinās ATP ražošana, izraisot LKB1 un AMPK kināžu aktivāciju, nomācot aknu glikoneoģenēzi79, 80. Ir ziņots, ka metformīns aktivizē AMPK daudzos citos audos, tostarp taukaudos, skeleta muskuļos, sirdī, aizkuņģa dziedzera šūnās un hipotalāmā ar potenciālu labvēlīgu fizioloģisku iedarbību pacientiem ar T2D81,82. Tomēr metformīnam ir arī svarīga ietekme neatkarīgi no AMPK un LKB183, piemēram, antagonizējot glikagona84 darbību. Nesen metformīnam tika atklāts vēl viens no AMPK neatkarīgs mehānisms. Pētījums, ko veica Madiraju et al. parādīja, ka metformīns nekonkurējoši inhibē redokstransfera enzīmu mitohondriju glicerofosfāta dehidrogenāzi, palielinot citozola redoksstāvokli un samazinot mitohondriju redoksstāvokli 85. Tas nomāc aknu glikoneoģenēzi, samazinot laktāta un glicerīna pārvēršanos par glikozi. T2D ārstēšanā liela literatūra liecina par metformīna efektivitāti pretciti stāvokļi, īpaši sirds un asinsvadu slimībasun vēzis78. Šajā sakarā nesen veikts pētījums parādīja, ka metformīns samazina audzēja veidošanos, inhibējot mitohondriju kompleksu I vēža šūnās86.
AMPK aktivizēšana provocē mušu un tārpu ilgmūžību 87,88. Vairāki pētījumi liecina, ka ārstēšana ar metformīnu var apkopot dažus DR efektus. Šajā kontekstā vairākos pētījumos ir pētīta metformīna un citu biguanīdu ietekme uz dzīves ilgumu un ziņots par dažādiem rezultātiem. Metformīns un citi biguanīdi pagarina C. elegan mūža ilgumu atkarībā no devas89–91. Metformīna izraisītais C. elegans dzīves ilguma palielinājums ir saistīts ar baktēriju folātu un metionīna metabolisma kavēšanu, kas savukārt maina metionīna metabolismu tārpā, kā rezultātā samazinās S-adenozilmetionīns un palielinās S-adenozilhomo cisteīna līmenis89. Tomēr metformīns acīmredzot nepagarina D. melanogaster92,93 ilgmūžību. Patiešām, neskatoties uz spēcīgu AMPK aktivāciju, lielas metformīna devas faktiski samazina gan tēviņu, gan mātīšu mušu dzīves ilgumu93, iespējams, zarnu šķidruma homeostāzes traucējumu dēļ93. Tomēr ārstēšana ar metformīnu nomāca ar vecumu saistītos fenotipus zarnu viduszarnu cilmes šūnās94, kā arī labvēlīgi ietekmēja mušu aptaukošanās modeli95. Nesenais pētījums parādīja, ka ārstēšana ar metformīnu ievērojami pagarina vidējo un maksimālo dzīves ilgumu abiem kriketa Acheta domesticus96 dzimumiem. Ir veikti vairāki pētījumi ar grauzējiem, lai pārbaudītu metformīna un citu biguanīdu ietekmi uz dzīves ilgumu; rezultāti ir mainījušies atkarībā no genotipa, dzimuma, devas un ārstēšanas ilguma97. Hroniska ārstēšana ar metformīnu (100 mg/kg dzeramajā ūdenī) par 8 procentiem pagarināja ar vēzi pakļauto HER-2/neu transgēno, ārpusšķirnes SHR un inbredo 129/Sv mātīšu peļu vidējo mūža ilgumu (p<0.05), 37.8% (p<0.01), and 4.4% (p<0.05), respectively98–100. Metformin treatment also extended the maximum lifespan of HER-2/neu transgenic and outbred SHR female mice by 9% and 10.3%, respectively, while no effect was observed on maximal lifespan in inbred 129/Sv female mice98–100. Conversely, treatment of inbred 129/Sv male mice with a similar dose of metformin actually reduced mean lifespan by 13.4%100. However, metformin treatment (2 mg/mL in drinking water) in a transgenic mouse model of Huntington's disease (HD) prolonged male mean lifespan by 20.1% (p=0.017), but did not affect female survival101. It has been reported that metformin treatment (100 mg/kg in the drinking water) of female outbred SHR mice initiated at 3 months of age-induced a trend towards increased mean lifespan102. Metformin treatment also postponed the onset of detectable tumors when started at young or middle ages, but not at old age102. Neonatal metformin treatment of 129/Sv mice (100 mg/kg via subcutaneous injection) led to a 20% (p<0.001) increase in male mean lifespan and also slightly increased maximum lifespan by 3.5%103. However, in females, the mean and maximum lifespan in metformin-treated groups were decreased by 9.1% and 3.8%, respectively103. In a recent study by MartinMontalvo et al., male C57BL/6 mice supplemented with 0.1% metformin in the diet showed a 5.8% increase in mean lifespan (p=0.02, Gehan–Breslow survival test), whereas supplementation with 1% metformin was toxic and reduced mean lifespan by 14.4%104. However, supplementation of B6C3F1 male mice with 0.1% metformin resulted in the extension of mean lifespan only by 4.2% (p=0.064, Gehan–Breslow)104. Treatment with another biguanide, phenformin (2 mg/mouse in 0.2 mL of drinking water), significantly reduced spontaneous tumor development in female C3H/Sn mice and prolonged mean lifespan by 21% or more (p<0.05)105,106 and maximum lifespan by 26%105. Evaluation of the lifespan effects of metformin in mice by the ITP consortium is ongoing, and the results should be available soon.
Žurkām ārstēšana ar buformīnu (5 mg/žurka 1 ml dzeramā ūdens) izraisīja nenozīmīgu LIO mātīšu mātīšu dzīves ilguma palielināšanos par 7,3 procentiem, savukārt fenformīnam (5 mg/žurkai 1 ml dzeramā ūdens) nebija nekādas ietekmes. efekts105. Tomēr gan buformīna, gan fenformīna ievadīšana palielināja LIO žurku mātīšu maksimālo mūža ilgumu attiecīgi par 5,5 procentiem un 9,8 procentiem105. Ārstēšana ar metformīnu (300 mg/kg/dienā) nepalielināja ne vidējo, ne maksimālo mūža ilgumu F344 žurku tēviņiem107. Tomēr tajā pašā ziņojumā paralēla F344 žurku tēviņu grupa, kas pakļauta DR, arī nespēja pagarināt dzīves ilgumu107, atstājot metformīna rezultātus šajā pētījumā nedaudz nepārliecinošus. Mehāniski ir ierosināts, ka ārstēšana ar metformīnu atdarina dažus DR efektus, jo īpaši palielinot AMPK aktivitāti un arī aktivizējot antioksidantu reakcijas, kā rezultātā samazinās gan oksidatīvo bojājumu uzkrāšanās, gan hronisks iekaisums104.
Lai gan nevienā pētījumā nav formāli analizēta ilgstošas metformīna terapijas ietekme uz veselu cilvēku mūža ilgumu, nejaušināti metformīna klīniskie pētījumi uzrādīja labvēlīgu ietekmi uz veselību un izdzīvošanu pacientiem ar lieko svaru/aptaukošanos ar T2D, kā liecina sirds un asinsvadu slimību un vēža biežuma samazināšanās. un samazināta kopējā mirstība108–110. Tomēr, kombinējot ar sulfonilurīnvielas atvasinājumu, metformīns palielināja ar diabētu saistītas nāves un visu iemeslu mirstības risku jauktā grupā ar cilvēkiem bez liekā svara un liekā svara/aptaukošanās ar T2D78,108. Saskaņā ar šiem novērojumiem nesenais pētījums, ko veica Bannister et al. ziņoja, ka pacientiem ar T2D, kuri tika ārstēti ar metformīnu, bija labāka dzīvildze, salīdzinot ar atbilstošām, bezdiabēta kontroles grupām, savukārt tiem, kas tika ārstēti ar sulfonilurīnvielas atvasinājumiem, bija samazināta dzīvildze111.
Ņemot vērā salīdzinoši daudzsološos datus par grauzējiem, mājienus, ka metformīns var nomākt vēzi un citus ar vecumu saistītus stāvokļus cilvēkiem, kā arī metformīna relatīvi labdabīgo drošības profilu, šobrīd ir liela interese oficiāli pārbaudīt šo zāļu spēju aizkavēt ar vecumu saistītu slimību. cilvēkiem 112. Patiešām, ASV Pārtikas un zāļu pārvalde (FDA) nesen apstiprināja pētījumu ar nosaukumu Targeting Aging With Metformin (TAME), lai novērtētu metformīnu kā pretnovecošanās līdzekli. TAME projektā tiks iesaistīti aptuveni 3000 dalībnieku vecumā no 70 līdz 80 gadiem, kuriem jau ir viens, divi vai visi trīs stāvokļi: vēzis, sirds slimība vai kognitīvi traucējumi, vai kuriem ir risks tos attīstīt. Izmēģinājums notiks aptuveni 15 centros visā ASV 5–7 gadu laikā, izmaksājot aptuveni 50 miljonus USD113. Pētījuma mērķis ir noteikt, vai metformīns var novērst ar vecumu saistītu slimību rašanos. Šis nozīmīgais izmēģinājums būs pirmais pretnovecošanās savienojuma kandidāta tests cilvēkiem.
Resveratrols un citi sirtuīnu aktivizējoši savienojumi
Sirtuīni ir NAD plus atkarīgo dezacetilāžu / ADP riboziltransferāžu / deacetilāžu saime, kas ir iesaistīta barības vielu reakcijas regulēšanā un daudzos citos šūnu bioloģijas aspektos8. Sirtuīnu ģimenes dibinātāja Sir2 pārmērīga ekspresija pagarina jaundzimušo rauga Saccharomyces cerevisiae replikācijas mūžu, nomācot ekstrahromosomu rDNS plazmīdu uzkrāšanos, veicinot nebojāta proteoma segregāciju meitas šūnā, pastiprinot subtelomēriskus klusēšanas mehānismus14 un, iespējams, citus mehānismus. 115. Vairāki, lai gan ne visi, pētnieki ir atklājuši, ka sirtuīnu pārmērīga ekspresija tārpos un mušās nedaudz palielina šo organismu dzīves ilgumu116–123. Interesanti, ka Sir2 homologs Sir-2.1 var pagarināt C. elegan mūža ilgumu neatkarīgi no tā dezacetilāzes aktivitātes116. Patiešām, nikotīnamīds (NAM), sirtuīna aktivitātes produkts, un tā metabolīts 1-metilnikotīnamīds (MNA) spēj pagarināt tārpu dzīves ilgumu, iespējams, izraisot pārejošu ROS signālu pārraidi116. Zīdītājiem SIRT1 ir tuvākais Sir2 homologs; šī proteīna pārmērīga ekspresija smadzenēs (bet ne visā organismā) pagarina dzīves ilgumu124, iespējams, uzlabojot hipotalāma funkciju novecošanas laikā125. Cita sirtuīna SIRT6 globālā pārmērīga ekspresija īpaši pagarina peļu dzīves ilgumu tēviņiem, vismaz daļēji nomācot plaušu vēzi, kas ir galvenais izmantoto peļu tēviņu nāves cēlonis126 127. SIRT2 pārmērīga ekspresija stabilizē mitotiskā kontrolpunkta proteīna BubR1 līmeni progeroīdu BubR1H / H pelēm un pagarina gan vidējo, gan maksimālo dzīves ilgumu šī celma peļu tēviņiem128. Nav pieejama informācija par hroniskas SIRT2 pārmērīgas ekspresijas iespējamo ietekmi uz WT dzīvniekiem. Uzkrājošie pierādījumi liecina, ka NAD plus līmenis var samazināties novecošanas laikā, pasliktinot sirtuīna aktivitāti un ka sirtuīna pārmērīgas ekspresijas spēja palielināt dzīves ilgumu daļēji novērš šo efektu, saglabājot sirtuīna funkciju, ņemot vērā samazinātu NAD un vecāku organismu kopumu129.
Resveratrols un daži citi polifenoli sākotnēji tika identificēti kā Sir2/SIRT1 aktivatori, kas pagarināja rauga vidējo un maksimālo dzīves ilgumu130. Ir svarīgi atzīmēt, ka resveratrols ir ļoti izlaidīgs medikaments, un tam ir funkcionāli nozīmīga ietekme uz daudziem šūnu mērķiem131. Ir ziņots, ka tārpu un mušu apstrāde ar res veratrolu (100 μM tārpiem un 10–100 μM mušām) arī pagarina dzīves ilgumu atkarībā no funkcionālā Sir-2.1 un dSir2 klātbūtnes, attiecīgi132. Tomēr pētījums, ko veica Bass et al. apgalvoja, ka ārstēšana ar resveratrolu (1–1000 μM) būtiski neietekmēja Drosophila dzīves ilgumu133. Tajā pašā pētījumā arī ziņots, ka apstrāde ar resveratrolu 100 μM izraisīja tikai nelielu un sporādisku C. elegans dzīves ilguma palielināšanos gan WT, gan ser{15}}.1 mutantu dzīvniekiem, kas liecina, ka šis nelielais C. elegans dzīves ilguma pieaugums, ko izraisīja resveratrols var būt Sir-2.1 neatkarīgs133. Resveratrols aizsargā tārpus no oksidatīvā stresa, starojuma izraisītiem bojājumiem un amiloīda toksicitātes134–136, kā arī izraisa radioaizsardzību mušām137. Ārstēšana ar resveratrolu palielina vidējo un maksimālo dzīves ilgumu medus bitēm138 un īslaicīgām zivīm Nothobranchius furzeri un Nothobranchius guentheri139–141.
Tika ziņots, ka resveratrols un citi sirtuīnu aktivizējošie savienojumi (STAC) aktivizē Sir2/SIRT1 allostēriski130. Tomēr citas grupas ir atklājušas, ka šie savienojumi nespēja uzlabot SIRT1 aktivitāti pret vietējiem peptīdiem in vitro142, 143. Šajā kontekstā tika ierosināts, ka palielināta SIRT1 aktivitāte, ko izraisa resveratrols, ir atkarīga no sveša fluorofora klātbūtnes, kas konjugēts ar peptīdu secību, kas sākotnēji tika izmantota SIRT1 aktivatoru skrīningam142, 143. Tomēr jaunākie ziņojumi ir parādījuši, ka resveratrols un citi STAC tieši saistās ar SIRT1 un allostēriski uzlabo tā deacetilāzes aktivitāti pret nemarķētiem peptīdu substrātiem144,145. Ir ziņots arī, ka resveratrols inhibē cilvēka tiroziltransfer-RNS (tRNS) sintetāzes (TyrRS) katalītisko aktivitāti, kā rezultātā notiek tā kodola translokācija un NAD plus atkarīgā poli (ADP-ribozes) polimerāzes 1 (PARP1)146 aktivācija. . PARP1 spēlē svarīgu lomu gan DNS remontā, gan transkripcijā147.
Pelēm resveratrols aizsargā pret dažiem augstu tauku/kaloriju saturošu diētu 148–151 kaitīgajiem efektiem, būtiski samazina vairāku veidu vēža 152–154 augšanu un attīstību un aizkavē vai novērš AD155, 156 rašanos. Turklāt grauzējiem un cilvēkiem resveratrols aizsargā gan pret 1. tipa diabētu, gan pret T2D157,158 un sirds un asinsvadu slimībām159, un tam piemīt pretiekaisuma160 un pretvīrusu iedarbība161. Ir ziņots, ka resveratrola piedevas (0,016–0,1 procents no uztura vai 25 mg/kg/dienā) palielina dzīves ilgumu aptaukošanās 148, AD162, HD163 un amiotrofiskās laterālās sklerozes peļu modeļos164,165. Ārstēšana ar resveratrolu (2–8 mg/kg/dienā) palielina ar LPS ārstēto peļu mūža ilgumu166 un mazina kateholamīnu izraisītu mirstību žurkām ar aptaukošanos (20 mg/kg/dienā)167. Turklāt resveratrols (10 mg/ml, intraperitoneāla injekcija) paildzina izdzīvošanu sepses izraisītas akūtas nieru traumas peles modelī un atjauno nieru mikrocirkulāciju168. Resveratrola ievadīšana (18 mg/kg/dienā uzturā) arī uzlabo izdzīvošanu žurku hipertensijas modelī169. Tomēr svarīgi ir tas, ka ārstēšana ar resveratrolu (100–1200 mg/kg pārtikas) nepalielina mūža ilgumu pelēm, kas barotas ar parastu ēdienu50 170 171. Resveratrola papildināšana izraisa gēnu ekspresijas izmaiņas vairākos audos, kas līdzinās tām, kas saistītas ar kaloriju ierobežošanu pelēm171 172
Cilvēkiem 30-dienas resveratrola papildināšana (150 mg dienā) vīriešiem ar aptaukošanos izraisīja vielmaiņas izmaiņas, tostarp vielmaiņas ātruma samazināšanos miegā un miera stāvoklī, intrahepatisko lipīdu saturu, cirkulējošās glikozes līmeni, iekaisuma marķierus un sistolisko asinsspiedienu173. Skeleta muskuļos no objektiem, kas apstrādāti ar resveratrolu, bija paaugstināta AMPK aktivitāte, paaugstināts SIRT1 un PGC{5}} proteīna līmenis un uzlabota taukskābju mitohondriju elpošana173. Turpretim 12 nedēļu papildināšana ar resveratrolu (75 mg/dienā) sievietēm bez aptaukošanās, pēcmenopauzes periodā ar normālu glikozes toleranci neizraisīja acīmredzamas izmaiņas ķermeņa sastāvā, jutībā pret insulīnu, vielmaiņas ātrumu miera stāvoklī, plazmas lipīdos vai iekaisuma marķieros174. Turklāt resveratrola papildināšana neietekmēja tā iespējamos molekulāros mērķus, tostarp AMPK, SIRT1, NAMPT un PPARGC1A, ne skeleta muskuļos, ne taukaudos174.
Svarīgs nesen veikts pētījums, ko veica Cai et al. parādīja nelineāru atbildes reakciju uz resveratrola aizsargājošo iedarbību uz cilvēkiem un pelēm175. Lietojot kopā ar diētu ar augstu tauku saturu (HFD), mazas resveratrola devas (~0.{{10}}7 mg/kg/dienā) izrādījās iedarbīgākas nekā lielas - deva (14 mg/kg/dienā), lai samazinātu adenomu skaitu un samazinātu kopējo audzēju slodzi Apcmin pelēm, kas ir zarnu kanceroģenēzes modelis. Interesanti, ka peļu mātītēm, kas lietoja mazāku resveratrola devu, bija ievērojami augstāka AMPK ekspresija un aktivācija zarnu gļotādā nekā tām, kas saņēma lielu devu175. Konsekventi cilvēka kolorektālajos audos, kas pakļauti zemai resveratrola uztura koncentrācijai (0, 01 līdz 0, 1 μM) ex vivo, tika novērota ātra AMPK aktivācija un palielināta autofagija zemās koncentrācijās un mazāk izteikta vai pat bez lielākas devas (1 līdz 10 μM)175. Šis neparastais efekts var palīdzēt racionalizēt pretrunīgos ziņojumus par resveratrola efektivitāti cilvēkiem, un turpmākie pētījumi ar cilvēkiem, izmantojot resveratrolu, ir jāizstrādā, rūpīgi pievēršot uzmanību devai un seruma līmenim, kā arī rūpīgam ietekmes uz resveratrola iespējamo molekulāro mērķu novērtējumam.
Ir sintezēti citi STAC, un tiek ziņots, ka tie uzlabo peļu veselību un pagarina dzīves ilgumu. Ir ziņots, ka STAC SRT1720 (100 mg/kg/dienā) pagarina vidējo mūža ilgumu pieaugušiem C57BL/6J peļu tēviņiem, kas baroti ar standarta diētu par 8,8 procentiem (p=0.096) un līdz pat 21,7 procentiem ( p=0.0193) uz HFD, nepalielinot maksimālo kalpošanas laiku nevienā kontekstā176,177. Ārstēšana ar SRT1720 uzlaboja fizioloģiskos parametrus dzīvniekiem, kas baroti ar HFD, samazinot aknu steatozi, palielinot jutību pret insulīnu, uzlabojot lokomotorisko aktivitāti un arī izraisot gēnu ekspresijas profilu, kas līdzīgs standarta diētai176. SRT1720 papildināšana inhibēja pro-iekaisuma gēnu ekspresiju aknās un muskuļos pelēm, kuras baroja ar standarta čau diētu, un aizkavēja ar vecumu saistītas vielmaiņas slimības rašanos177. Tāpat uztura bagātinātājs (100 mg/kg) ar SRT2104, citu sintētisko STAC, palielināja gan vidējo, gan maksimālo mūža ilgumu peļu tēviņiem C57BL/6J, kuri tika baroti ar čau diētu par 9,7 procentiem (p<0.05) and 4.9% (p<0.001), respectively, and increased insulin sensitivity and motor coordination while reducing inflammation178. Short-term treatment with SRT2104 preserves bone and muscle mass in an experimental atrophy model178. These findings indicate that resveratrol and other STACs can exert beneficial effects on health, particularly in the context of HFD, and that some STACs can modestly extend lifespan under normal feeding conditions; however, additional studies are warranted to better evaluate their effects on longevity in females and other strains of mice. In this regard, there is great current interest in evaluating the effects of NAD+ precursors as therapies for metabolic disease and candidate anti-aging drugs129.
