В поисках таблетки Понсе Де Леона: проблемы в поиске антивозрастных молекул
Apr 18, 2023
Абстрактный
Старениехарактеризуется прогрессирующим накоплением дегенеративных изменений, завершающихся нарушением функции и повышением вероятности летального исхода. Это основной фактор риска многих патологий человека, в том числе рака, диабета 2 типа, сердечно-сосудистых инейродегенеративные заболевания– и, следовательно, наносит огромный социальный и экономический ущерб.главная цель исследования старениязаключается в разработке мероприятий, которые могутотсрочить начало многих возрастных заболеванийипродлить здоровую жизнь(продолжительность жизни). Наблюдение, что увеличение продолжительности жизни и здоровья модельных организмов может быть достигнуто с помощьюдиетическое ограничениеили простойгенетические манипуляциипобуждает к поиску химических соединений, которые могутувеличить продолжительность жизни.Большинство путей, которые модулируют скорость старения у млекопитающих, имеют гомологи у дрожжей, мух и червей, что позволяет предположить, что первоначальный скрининг для выявления такихфармакологические вмешательстваможно использовать модели беспозвоночных. В последние годы было идентифицировано несколько соединений, которые могут увеличивать продолжительность жизни беспозвоночных и даже грызунов. Здесь мы суммируем использованные стратегии и достигнутый прогресс в выявлении соединений, способных увеличивать продолжительность жизни в организмах, начиная от беспозвоночных и заканчивая мышами, и обсуждаем огромные проблемы, связанные с переносом этой работы на терапию человека.
Ключевые словастарение, антивозрастная медицина,возрастные заболевания
Введение
Старение характеризуется молекулярными, клеточными и организменными изменениями, кульминацией которых является неспособность организма поддерживать физиологическую целостность.1. У людей старение связано со значительно повышенной предрасположенностью к широкому спектру заболеваний, включая рак, диабет 2 типа (СД2), нейродегенерацию и сердечно-сосудистые заболевания, что приводит к увеличению заболеваемости и смертности.1,2. Долгосрочная цель исследований старения состоит в том, чтобы разработать меры, которые могут отсрочить начало возрастных заболеваний и способствовать долголетию. С этой целью исследования в области биогеронтологии направлены на выяснение основных механизмов старения. Современные данные свидетельствуют о том, что многие из этих механизмов сохранились у эукариот, от дрожжей до млекопитающих.
В последние десятилетия работа с различными организмами выявила клеточные сигнальные пути, которые модулируют скорость старения.3,4 . Многие из этих путей обычно функционируют, чтобы ощущать питательный статус организма.Рисунок 1) и инициируют сигнальные каскады, которые модулируют специфические меж- и внутриклеточные пути и соответствующим образом изменяют физиологию клеток-мишеней.2. Эти чувствительные к питательным веществам пути, которые включают передачу сигналов инсулина и инсулиноподобного фактора роста (IGF) (IIS)5 , мишень передачи сигналов рапамицина (mTOR)6, передача сигналов активируемой аденозинмонофосфатом (AMP) протеинкиназы (AMPK)7, и сиртуины8, координировать процессы, связанные с клеточным ростом и метаболизмом, и интегрировать их с уровнями питательных веществ, энергии, факторов роста и стресса. Когда уровни питательных веществ и сигналы роста снижаются, передача сигналов по этим путям изменяется. Генетическая или, в некоторых случаях, фармакологическая манипуляция этими путями может привести к увеличению продолжительности жизни, тогда как их возрастная дисрегуляция может способствовать старению организма.
Диетическое ограничение (DR), диетический режим, включающий либо снижение общего потребления калорий без недоедания, либо уменьшение потребления определенных пищевых компонентов, таких как аминокислоты, является наиболее охарактеризованным вмешательством, которое замедляет старение и отсрочивает болезнь у широкого круга видов.9,10. Молекулярные эффекторы, участвующие в опосредовании замечательных эффектов DR, включают эти пути восприятия питательных веществ9. Первоначальные данные свидетельствуют о том, что некоторые из этих же путей могут влиять на старение и болезни у людей. Например, генетические варианты вFOXO3Aген, кодирующий фактор транскрипции ниже по течению от IIS, был связан с долголетием человека.11–16. Люди с карликовостью Ларона имеют значительно сниженный уровень IGF1 в сыворотке и надежную защиту от диабета 2 типа и рака.17. Фармакологические вмешательства, которые частично имитируют DR путем модулирования активности этих путей, чувствительных к питательным веществам, могут улучшить продолжительность здоровья и способствовать долголетию. Например, было предложено, чтобы рапамицин, специфический ингибитор mTOR, вызывал некоторые положительные эффекты DR при стандартных условиях кормления и питательных веществ.18. Точно так же было показано, что несколько других молекул, таких как метформин и ресвератрол, модулируют передачу сигналов о питательных веществах и способствуют продолжительности здоровья у нескольких модельных организмов, и они подробно обсуждаются далее.
Помимо нарушения регуляции путей восприятия питательных веществ, другие консервативные механизмы, участвующие в пагубных проявлениях старения, включают:Рисунок 1) i)митохондриальная дисфункция, приводящая к нарушению дыхательного метаболизма, повышенному образованию активных форм кислорода (АФК), а также потенциально к другим последствиям,ii)повышенное накопление повреждений ДНК, вызванных экзогенными повреждениями и эндогенными опасностями, включая ошибки репликации ДНК и АФК,III)снижение протеостаза, связанное с повышенным неправильным сворачиванием и агрегацией белков,IV)клеточное старение, способствующее дисфункции тканей,v)усиление стерильного воспаления,ви)истощение стволовых клеток иvii)эпигенетические изменения1,19. Для более полного обсуждения консервативных механизмов старения читатель может обратиться к другим источникам.1. Фармакологические агенты, нацеленные на некоторые из этих изменений, представляют собой кандидаты на антивозрастные препараты. В этом обзоре мы представим обзор фармакологических вмешательств с известными или потенциальными способностями замедлять старение и укреплять здоровье в пожилом возрасте. Во-первых, мы суммируем основной вклад, который исследования на модельных системах беспозвоночных внесли в усилия по скринингу для выявления низкомолекулярных препаратов против старения. Затем мы подробно сосредоточимся на молекулах, которые в настоящее время изучаются на предмет их способности увеличивать продолжительность жизни и отсрочивать болезни. Наконец, будут обсуждаться проблемы скрининга новых антивозрастных препаратов и переноса результатов этой работы на людей.
Беспозвоночные как модельные системы для скрининга малых молекул, продлевающих жизнь
Благодаря целому ряду факторов, в том числе простоте генетических манипуляций и физиологии, сходной с человеческой, мышь стала выдающимся модельным организмом млекопитающих в биологии старения20. Однако в свете высокой стоимости содержания и относительно большой продолжительности жизни мышей крупномасштабный непредвзятый скрининг для выявления антивозрастных препаратов в этом организме невозможен. С осознанием того, что многие пути, связанные со старением, эволюционно законсервированы даже среди широко расходящихся видов, вместо этого для такого скрининга использовались модели короткоживущих беспозвоночных. Нематода Caenorhabditis elegans — с ее короткой продолжительностью жизни (около 3 недель), простотой культивирования и генетических манипуляций, а также хорошо изученной биологией старения — представляет собой очень привлекательную модельную систему для химического скрининга с целью выявления соединений, которые модулируют продолжительность жизни и связанные с возрастом фенотипы. Действительно, в нескольких исследованиях был идентифицирован ряд соединений-кандидатов против старения с использованием C. elegans в качестве модельного организма. На сегодняшний день наиболее полный скрининг продолжительности жизни малых молекул с использованием C. elegans был проведен Petrascheck et al., которые оценили 88, 000 химических веществ на предмет их способности увеличивать продолжительность жизни21. Они определили 115 соединений, которые значительно увеличили продолжительность жизни червей. Интересно, что один из них показал структурное сходство с человеческими антидепрессантами, которые влияют на передачу сигналов нейротрансмиттером серотонином. Впоследствии они обнаружили, что миансерин, антагонист серотониновых рецепторов, используемый в качестве антидепрессанта у людей, увеличивает продолжительность жизни C. elegans при введении в дозе 50 мкМ, вероятно, посредством механизмов, связанных с DR21. При оценке 19 соединений с известным влиянием на физиологию человека Evason et al. сообщили, что противосудорожные препараты этосуксимид (дозировка 2 и 4 мг/мл), триметадион (4 мг/мл) и 3,3-диэтил-2-пирролидинон (2 мг/мл) замедляли возрастные изменения и увеличение продолжительности жизни C. elegans22.
Используя подход биоинформатики для идентификации миметиков DR, Calvert et al. проанализировали препараты, вызывающие изменения экспрессии генов, сходные с теми, что связаны с ДР, и выявили 11 малых молекул с этим свойством23. Интересно, что из пяти испытанных препаратов четыре — рапамицин (введенный в дозе 10 мкМ), аллантоин (250 мкМ), трихостатин А (100 мкМ) и LY-294002 (100 мкМ) — вызывали увеличение продолжительности жизни и продолжительности здоровья в дикой природе. тип (WT) C. elegans. Наоборот, никаких эффектов долголетия не наблюдалось на фоне мутантов eat-2, генетической модели DR, что позволяет предположить, что продлевающие жизнь эффекты этих препаратов действительно могут происходить через механизмы, связанные с DR23.
Исследование Alavez et al. сообщили, что соединения, связывающие амилоид, поддерживают белковый гомеостаз и увеличивают продолжительность жизни у C. elegans24. Воздействие на червей дикого типа амилоидсвязывающего красителя тиофлавина Т (ThT) в концентрации 50 или 100 мкМ на протяжении взрослой жизни увеличивало медианную продолжительность жизни на 60 процентов и максимальную продолжительность жизни на 43–78 процентов 24. Лечение ThT снижало А-агрегацию и сохраняло целостность мышц у C. elegans моделирует болезнь Альцгеймера (AD), что приводит к снижению доли парализованных червей. Введение ThT также подавляло токсичность, связанную с метастабильными белками у мутантных червей24. Опосредованное ThT подавление агрегации белков и увеличение продолжительности жизни зависело от молекулярных шаперонов, аутофагии, протеасомной функции, регулятора протеостаза фактора теплового шока 1 (HSF-1) и фактора транскрипции стрессоустойчивости и долголетия SKN-124 . Соединения со структурным сходством с ThT также увеличивали продолжительность жизни червей на 40 процентов, но в значительно более низких концентрациях, чем ThT. Более того, воздействие других соединений, связывающих белковые агрегаты, таких как куркумин (100 мкМ) и рифампицин (10–100 мкМ), увеличивало продолжительность жизни червей на 45 процентов 24 . Эти результаты подчеркивают важность протеостаза для сохранения здоровья и продолжительности жизни червей и обеспечивают дальнейшую импульс для разработки вмешательств, способных поддерживать протеостаз для подавления старения и возрастных заболеваний.
Национальный институт старения недавно спонсировал программу фармакологического вмешательства с использованием Caenorhabditis в качестве модельной системы, аналогичной продолжающимся усилиям на мышах. Программа интервенционных испытаний Caenorhabditis (CITP) представляет собой межведомственную работу, направленную на выявление соединений, способных увеличивать продолжительность жизни и улучшать здоровье, с использованием нескольких видов Caenorhabditis и нескольких штаммов C. elegans. Идентификация соединений, которые эффективны в генетически разнообразных популяциях червей, может ускорить открытие вмешательств, которые могут увеличить продолжительность жизни/продолжительность жизни у других видов, потенциально включая человека.
Плодовая мушка Drosophila melanogaster представляет собой еще одну модель, подходящую для скрининга соединений, препятствующих старению25. Доступен широкий спектр генетических штаммов D. melanogaster с разной средней продолжительностью жизни, что полезно для проверки эффективности соединений в различных генетических фонах. Подобно C. elegans, дрозофила имеет короткую продолжительность жизни, и многие генетические инструменты, доступные в этом организме, облегчают механистическое изучение соединений свинца25. Первое исследование, сообщающее об увеличении продолжительности жизни дрозофилы путем введения лекарственного средства, было проведено Кангом и др., которые показали, что кормление дрозофилы 4-фенилбутиратом в концентрации 5–10 мМ – лекарством с множественной активностью, включая ингибирование гистондеацетилазы – значительно увеличение как средней, так и максимальной продолжительности жизни без негативного воздействия на передвижение, стрессоустойчивость или репродуктивную функцию26. В более позднем исследовании описан скрининг ингибиторов протеинкиназы на влияние на продолжительность жизни дрозофилы27. Среди 80 ингибиторов, протестированных в этом исследовании, 17 значительно увеличили продолжительность жизни дрозофилы, не влияя на прием пищи или потребление пищи, что указывает на то, что влияние этих ингибиторов на продолжительность жизни дрозофилы не связано с DR27. В связи с этим недавнее исследование Slack et al. сообщили, что ослабление передачи сигналов RAS-Erk-ETS приводит к снижению IIS и провоцирует увеличение продолжительности жизни у Drosophila28. Траметиниб (1,56–15,6 мкМ), высокоспецифичный ингибитор MEK, который ослабляет передачу сигналов после RAS, может увеличивать медианную продолжительность жизни самок дрозофилы до 12 процентов (p=1,92 × 10-10), и в более высоких дозах (156 мкМ) улучшает выживаемость в пожилом возрасте28. Применение траметиниба было эффективным для увеличения продолжительности жизни мух даже при введении животным среднего возраста. Эти и подобные данные по другим препаратам – ср. увеличение продолжительности жизни мышей за счет лечения рапамицином, начатого в среднем возрасте, см. ниже, — повышает вероятность того, что лекарства против старения у людей могут быть эффективными даже при назначении пожилым людям, что позволяет избежать потенциальных побочных эффектов этих препаратов, связанных с развитием.
Соединения, модулирующие старение и связанные с возрастом фенотипы у млекопитающих
Ингибитор mTOR рапамицин
mTOR представляет собой консервативную серин/треонинкиназу, которая определяет и реагирует на доступность питательных веществ, факторы роста и стресс окружающей среды и играет ключевую роль в запуске роста6,29. У многоклеточных эукариот mTOR существует в двух различных мультибелковых комплексах, mTORC1 и mTORC2, отличающихся своей ассоциацией с регуляторно-ассоциированным белком mTOR (RAPTOR) и нечувствительным к рапамицину компаньоном mTOR (RICTOR) соответственно30,31. Рапамицин образует комплекс с белком FKBP12, который связывается с mTORC1 и ингибирует его активность 32. Важно отметить, что длительное лечение рапамицином также ингибирует mTORC233. Активность mTORC1 регулируется питательными веществами (глюкозой и аминокислотами), цитокинами, гормонами (инсулином или IGF1), энергией (уровнями АТФ) и окислительным стрессом посредством передачи сигналов PI3K, AKT и AMPK6. Ключевыми нижестоящими медиаторами передачи сигналов mTORC1 являются пути, которые контролируют клеточный рост, пролиферацию, реакцию на стресс и аутофагию29,34. Таким образом, mTORC1 критически интегрирует клеточный рост и поддержание с доступностью питательных веществ, гормональными сигналами и другими стимулами окружающей среды.
Ряд исследований установил связь между сигнальными путями mTOR и продолжительностью жизни в организмах, начиная от дрожжей и заканчивая млекопитающими. Ингибирование передачи сигналов mTOR генетическими или фармакологическими средствами увеличивает продолжительность жизни дрожжей35–37, нематод38,39, плодовых мушек40 и мышей33,41–47. Аналогичным образом, генетическая делеция у мышей нижестоящего эффектора mTORC1, киназы 1 S6, увеличивает окислительный метаболизм, защищает от ожирения, вызванного возрастом и диетой, и увеличивает продолжительность жизни самок47,48. Соответственно, повышенная активность mTORC1-мишени 4E-BP1 в скелетных мышцах приводит к усилению окислительного метаболизма и защищает мышей от метаболической дисфункции, вызванной диетой и возрастом49. В знаменательном исследовании Interventions Testing Program (ITP) NIA было показано, что лечение генетически гетерогенных мышей ингибитором mTOR рапамицином (вводится в дозе 14 мг/кг корма; 2,24 мг/кг массы тела/день) начинали либо в возрасте 9 месяцев, либо 20-месячный возраст увеличивает продолжительность жизни у обоих полов43,50. Последующее исследование показало, что увеличение продолжительности жизни мышей, вызванное рапамицином, зависит от дозы и пола. При заданной концентрации рапамицина в пище у самок мышей наблюдалось большее увеличение продолжительности жизни, чем у самцов, что коррелировало с более высокими уровнями рапамицина в крови, достигаемыми у самок по сравнению с самцами51. Лечение рапамицином индуцировало совершенно разные изменения экспрессии генов у самцов и самок, что указывает на существование специфических для пола ответов на ингибирование mTOR51. Кроме того, характер экспрессии ферментов, метаболизирующих ксенобиотики, в печени мышей, получавших рапамицин (14 мг/кг пищи), разительно отличался от такового у животных, подвергшихся воздействию ДР в возрасте 12 месяцев51. Действительно, ДР менее эффективна в увеличении продолжительности жизни, если ее начинают в более позднем возрасте52–54, в то время как лечение рапамицином продлевает продолжительность жизни мышей, даже если оно начинается в среднем возрасте43,55. Важно отметить, что вызванное рапамицином увеличение продолжительности жизни у мышей также наблюдалось в различных генетических условиях41,42,44,56.
В знаменательном исследовании Interventions Testing Program (ITP) NIA было показано, что лечение генетически гетерогенных мышей ингибитором mTOR рапамицином (вводится в дозе 14 мг/кг корма; 2,24 мг/кг массы тела/день) начинали либо в возрасте 9 месяцев, либо 20-месячный возраст увеличивает продолжительность жизни у обоих полов43,50. Последующее исследование показало, что увеличение продолжительности жизни мышей, вызванное рапамицином, зависит от дозы и пола. При заданной концентрации рапамицина в пище у самок мышей наблюдалось большее увеличение продолжительности жизни, чем у самцов, что коррелировало с более высокими уровнями рапамицина в крови, достигаемыми у самок по сравнению с самцами51. Лечение рапамицином индуцировало совершенно разные изменения экспрессии генов у самцов и самок, что указывает на существование специфических для пола ответов на ингибирование mTOR51. Кроме того, характер экспрессии ферментов, метаболизирующих ксенобиотики, в печени мышей, получавших рапамицин (14 мг/кг пищи), разительно отличался от такового у животных, подвергшихся воздействию ДР в возрасте 12 месяцев51. Действительно, ДР менее эффективна в увеличении продолжительности жизни, если ее начинают в более позднем возрасте52–54, в то время как лечение рапамицином продлевает продолжительность жизни мышей, даже если оно начинается в среднем возрасте43,55. Важно отметить, что вызванное рапамицином увеличение продолжительности жизни у мышей также наблюдалось в различных генетических условиях41,42,44,56.
Механизмы увеличения продолжительности жизни с помощью рапамицина остаются горячо обсуждаемой темой в биологии старения 56,57. Рапамицин обладает противоопухолевыми свойствами58–60, а рак является основной причиной смерти у большинства линий мышей, у которых рапамицин-опосредованное увеличение продолжительности жизни43,61. В этом контексте одним из правдоподобных объяснений увеличения продолжительности жизни мышей с помощью рапамицина является то, что этот препарат подавляет возникновение и/или агрессивность летального рака. Тем не менее, некоторые исследователи сообщают, что рапамицин также ингибирует возрастные фенотипы помимо неоплазии62,63, что убедительно свидетельствует о том, что этот препарат обладает более широким омолаживающим действием. Напротив, недавнее исчерпывающее исследование Neff et al. утверждали, что эффекты рапамицина на фенотипы старения per se весьма ограничены56. В связи с этим были сделаны противоречивые наблюдения относительно эффектов лечения рапамицином на мышиных моделях AD64. Длительное лечение рапамицином приводило к поведенческим улучшениям у мышиных моделей AD и индуцировало опосредованное аутофагией снижение уровней А и гиперфосфорилированного тау65,66. И наоборот, было показано, что рапамицин способствует продукции A67,68 и приводит к увеличению A-индуцированной гибели клеток69.
Рапамицин имеет серьезные побочные эффекты – в частности, метаболическую дисфункцию, катаракту и атрофию яичек – что может ограничивать его долгосрочную полезность в качестве средства против старения у людей70,71. Что наиболее важно, из-за иммуномодулирующего действия ингибиторов mTOR лечение пациентов-людей рапамициноподобным препаратом эверолимус/RAD001 связано с более высокой частотой инфицирования у лиц с такими заболеваниями, как рак72,73 и комплекс туберозного склероза (ТС)74. . И наоборот, недавнее исследование показало, что краткосрочное введение эверолимуса/RAD001 здоровым пожилым людям усиливает иммунологический ответ на вакцинацию против гриппа с умеренными побочными эффектами 75. Снижение ответа на вакцину против гриппа является серьезной клинической проблемой у пожилых людей76. Эти результаты свидетельствуют о том, что прерывистое или кратковременное введение рапамицина или других ингибиторов mTOR может подавлять определенные функционально важные эффекты старения, такие как плохой ответ на иммунизацию, избегая при этом негативных последствий, связанных с хроническим использованием этих агентов. Недавнее исследование на мышах согласуется с этой точкой зрения, идентифицируя прерывистый режим введения рапамицина мышам, который минимизирует метаболическую дисфункцию, сохраняя при этом хроническую супрессию mTORC1 в жировой ткани, но не в других тканях77. Представляет большой интерес оценить влияние таких прерывистых режимов дозирования на широкий спектр возрастных фенотипов и на продолжительность жизни.
Метформин и другие бигуаниды
Метформин, бигуанидный антигликемический препарат для перорального применения, является наиболее широко используемым препаратом для лечения метаболического синдрома и СД2. Механизм действия метформина до конца не изучен и, вероятно, является многофакторным. Сообщалось, что он снижает уровень глюкозы в сыворотке путем ингибирования комплекса I дыхательной цепи в гепатоцитах78, что приводит к снижению продукции АТФ, что приводит к активации киназ LKB1 и AMPK, подавляя глюконеогенез в печени79,80. Сообщалось, что метформин активирует AMPK во многих других тканях, включая жировую ткань, скелетные мышцы, сердце, клетки поджелудочной железы и гипоталамус с потенциальными положительными физиологическими эффектами у пациентов с T2D81,82. Однако метформин также оказывает важные эффекты независимо от AMPK и LKB183, например, противодействуя действию глюкагона84. Недавно для метформина был обнаружен еще один AMPK-независимый механизм. Исследование Madiraju et al. показали, что метформин неконкурентно ингибирует окислительно-восстановительный фермент митохондриальную глицерофосфатдегидрогеназу, увеличивая цитозольное окислительно-восстановительное состояние и снижая митохондриальное окислительно-восстановительное состояние 85. Это подавляет печеночный глюконеогенез за счет снижения превращения лактата и глицерина в глюкозу 85. лечения СД2, большая литература свидетельствует об эффективности метформина противдругие состояния, особенно сердечно-сосудистые заболеванияи рак78. В связи с этим недавнее исследование показало, что метформин снижает онкогенез путем ингибирования митохондриального комплекса I в раковых клетках86.
Активация AMPK способствует долголетию мух и червей 87,88. Ряд исследований предполагает, что лечение метформином может воспроизвести некоторые эффекты ДР. В этом контексте несколько исследований изучали влияние метформина и других бигуанидов на продолжительность жизни и сообщали о различных исходах. Метформин и другие бигуаниды увеличивают продолжительность жизни C. elegan дозозависимым образом89–91. Увеличение продолжительности жизни C. elegans под действием метформина опосредовано ингибированием бактериального метаболизма фолиевой кислоты и метионина, что, в свою очередь, изменяет метаболизм метионина у червей, что приводит к снижению уровня S-аденозилметионина и повышению уровня S-аденозилгомоцистеина89. Однако метформин, по-видимому, не продлевает жизнь D. melanogaster92,93. Действительно, несмотря на сильную активацию AMPK, высокие дозы метформина фактически уменьшают продолжительность жизни как самцов, так и самок мух93, возможно, из-за нарушения гомеостаза кишечной жидкости93. Тем не менее, лечение метформином подавляло возрастные фенотипы в стволовых клетках средней кишки94, а также оказывало положительное влияние на модель ожирения мух95. Недавнее исследование показало, что лечение метформином вызывает значительное увеличение средней и максимальной продолжительности жизни у обоих полов сверчка Acheta domesticus96. Было проведено несколько исследований на грызунах, чтобы проверить влияние метформина и других бигуанидов на продолжительность жизни; исходы различались в зависимости от генотипа, пола, дозы и продолжительности лечения97. Длительное лечение метформином (100 мг/кг в питьевой воде) увеличивало среднюю продолжительность жизни склонных к раку трансгенных HER-2/neu трансгенных, аутбредных SHR и инбредных 129/Sv самок мышей на 8 процентов (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.
У крыс лечение буформином (5 мг/крысу в 1 мл питьевой воды) приводило к незначительному увеличению средней продолжительности жизни самок животных ЛИО на 7,3 %, в то время как фенформин (5 мг/крысу в 1 мл питьевой воды) не имел никакого эффекта. эффект105. Однако введение как буформина, так и фенформина увеличивало максимальную продолжительность жизни самок крыс LIO на 5,5% и 9,8% соответственно105. Лечение метформином (300 мг/кг/день) не увеличивало ни среднюю, ни максимальную продолжительность жизни самцов крыс F344107. Однако в том же отчете параллельная группа самцов крыс F344, подвергшихся воздействию DR, также не показала увеличения продолжительности жизни107, поэтому результаты метформина в этом исследовании несколько неубедительны. Было предложено, чтобы механистически лечение метформином имитировало некоторые эффекты ДР, в частности, за счет повышения активности AMPK, а также активации антиоксидантных реакций, что приводило к уменьшению как накопления окислительного повреждения, так и хронического воспаления104.
Хотя ни в одном исследовании формально не анализировалось влияние длительного лечения метформином на продолжительность жизни здоровых людей, рандомизированные клинические испытания метформина показали положительное влияние на здоровье и выживаемость у пациентов с избыточным весом/ожирением с СД2, о чем свидетельствует снижение частоты сердечно-сосудистых заболеваний и рака. и снижение общей смертности108–110. Однако в сочетании с сульфонилмочевиной метформин повышал риск смерти, связанной с диабетом, и смертности от всех причин в смешанной группе лиц без избыточной массы тела и лиц с избыточной массой тела/ожирением с T2D78,108. В соответствии с этими наблюдениями недавнее исследование Bannister et al. сообщили, что у пациентов с СД2, получавших метформин, выживаемость была выше по сравнению с контрольной группой, не страдающей диабетом, тогда как у пациентов, получавших препараты сульфонилмочевины, выживаемость снижалась111.
Учитывая относительно многообещающие данные о грызунах, намеки на то, что метформин может подавлять рак и другие возрастные заболевания у людей, а также относительно благоприятный профиль безопасности метформина, в настоящее время существует большой интерес к официальному тестированию способности этого препарата отсрочивать возрастное заболевание. у человека 112. Действительно, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) недавно одобрило исследование под названием «Нацеливание на старение с помощью метформина» (TAME) для оценки метформина как препарата против старения. В проекте TAME примут участие около 3000 участников в возрасте от 70 до 80 лет, которые либо уже страдают одним, двумя или всеми тремя заболеваниями: раком, болезнью сердца или когнитивными нарушениями, либо находятся в группе риска их развития. Испытание будет проходить примерно в 15 центрах США в течение 5–7 лет и обойдется примерно в 50 миллионов долларов113. Цель исследования — определить, может ли метформин предотвратить возникновение возрастных заболеваний. Это знаменательное испытание будет представлять собой первое испытание потенциального антивозрастного соединения на людях.
Ресвератрол и другие соединения, активирующие сиртуины
Сиртуины представляют собой семейство NAD+-зависимых деацетилаз/АДФ-рибозилтрансфераз/деацетилаз, участвующих в регуляции реакции на питательные вещества и многих других аспектах клеточной биологии8. Сверхэкспрессия Sir2, члена-основателя семейства сиртуинов, удлиняет репликативную продолжительность жизни у почкующихся дрожжей Saccharomyces cerevisiae путем подавления накопления внехромосомных плазмид рДНК, способствуя сегрегации неповрежденного протеома в дочернюю клетку, усиливая субтеломерное замалчивание и, возможно, другие механизмы114, 115. Некоторые, хотя и не все, исследователи обнаружили, что избыточная экспрессия сиртуинов у червей и мух умеренно увеличивает продолжительность жизни этих организмов116–123. Интересно, что гомолог Sir2 Sir-2.1 может увеличивать продолжительность жизни C. elegan независимо от его деацетилазной активности116. Действительно, никотинамид (NAM), продукт активности сиртуина, и его метаболит, 1-метилникотинамид (MNA), способны увеличивать продолжительность жизни червей, потенциально индуцируя временную передачу сигналов АФК116. У млекопитающих SIRT1 является ближайшим гомологом Sir2; сверхэкспрессия этого белка в головном мозге (но не во всем организме) увеличивает продолжительность жизни124, вероятно, за счет усиления функции гипоталамуса при старении125. Глобальная избыточная экспрессия другого сиртуина, SIRT6, увеличивает продолжительность жизни мышей, в частности, у самцов, по крайней мере, частично за счет подавления рака легких, основной причины смерти самцов использовавшихся мышей126,127. Сверхэкспрессия SIRT2 стабилизирует уровни белка митотической контрольной точки BubR1 у мышей-прогероидов BubR1H/H и увеличивает как медианную, так и максимальную продолжительность жизни самцов мышей этой линии128. Отсутствует информация о потенциальных эффектах хронической сверхэкспрессии SIRT2 у животных дикого типа. Накопленные данные свидетельствуют о том, что уровни NAD plus могут снижаться во время старения, нарушая активность сиртуина, и что способность сверхэкспрессии сиртуина увеличивать продолжительность жизни частично противодействует этому эффекту, поддерживая функцию сиртуина в условиях уменьшенного пула NAD plus в старых организмах129.
Ресвератрол и некоторые другие полифенолы первоначально были идентифицированы как активаторы Sir2/SIRT1, увеличивающие среднюю и максимальную продолжительность жизни дрожжей130. Важно отметить, что ресвератрол является весьма неразборчивым препаратом и оказывает функционально важное воздействие на многие клеточные мишени131. Также сообщалось, что обработка червей и мух ресвератролом (в дозе 100 мкМ для червей и 10–100 мкМ для мух) увеличивает продолжительность жизни в зависимости от наличия функциональных Sir-2.1 и dSir2 соответственно132. Однако исследование Bass et al. утверждали, что лечение ресвератролом (1–1000 мкМ) не оказало существенного влияния на продолжительность жизни дрозофилы133. В том же исследовании также сообщалось, что лечение ресвератролом в дозе 100 мкМ вызывало лишь незначительное и спорадическое увеличение продолжительности жизни C. elegans как у дикого типа, так и у животных с мутацией sir-2.1, предполагая, что это небольшое увеличение продолжительности жизни C. elegans, вызванное ресвератрол может быть независимым от сэра-2.1133. Ресвератрол защищает червей от окислительного стресса, радиационного повреждения и амилоидной токсичности134–136, а также индуцирует радиозащиту у мух137. Лечение ресвератролом увеличивает среднюю и максимальную продолжительность жизни медоносной пчелы138 и короткоживущих рыб Nothobranchius furzeri и Nothobranchius guentheri139–141.
Сообщалось, что ресвератрол и другие соединения, активирующие сиртуины (STAC), аллостерически активируют Sir2/SIRT1130. Однако другие группы обнаружили, что эти соединения не способны повышать активность SIRT1 в отношении нативных пептидов in vitro142,143. В этом контексте было высказано предположение, что повышенная активность SIRT1, индуцированная ресвератролом, зависит от присутствия ненативного флуорофора, конъюгированного с пептидной последовательностью, первоначально использовавшейся при скрининге активаторов SIRT1142,143. Недавние сообщения, однако, показали, что ресвератрол и другие STAC напрямую связываются с SIRT1 и аллостерически усиливают его деацетилазную активность в отношении немеченых пептидных субстратов144,145. Сообщалось также, что ресвератрол ингибирует каталитическую активность синтетазы тирозил-трансферной РНК (тРНК) человека (TyrRS), что приводит к ее ядерной транслокации и стимуляции NAD+-зависимой активации поли(АДФ-рибозо)полимеразы 1 (PARP1)146. . PARP1 играет важную роль как в репарации ДНК, так и в транскрипции147.
У мышей ресвератрол защищает от некоторых повреждающих эффектов высокожировой/высококалорийной диеты148–151, существенно снижает рост и развитие нескольких типов рака152–154 и задерживает или предотвращает начало AD155,156. Кроме того, у грызунов и людей ресвератрол защищает как от диабета 1 типа, так и от диабета 2 типа157,158 и сердечно-сосудистых заболеваний159, а также обладает противовоспалительным160 и противовирусным действием161. Сообщалось, что добавление ресвератрола (либо в 0.016–0,1% рациона, либо в дозе 25 мг/кг/день) увеличивает продолжительность жизни на моделях ожирения у мышей148, AD162, HD163 и бокового амиотрофического склероза164,165. Лечение ресвератролом (2–8 мг/кг/день) увеличивает продолжительность жизни мышей, получавших ЛПС,166 и снижает смертность, вызванную катехоламинами, у крыс с ожирением (20 мг/кг/день)167. Кроме того, ресвератрол (10 мг/мл, внутрибрюшинная инъекция) продлевает выживаемость в мышиной модели острого повреждения почек, вызванного сепсисом, и восстанавливает почечную микроциркуляцию168. Введение ресвератрола (18 мг/кг/день с пищей) также улучшает выживаемость в модели гипертонии у крыс169. Однако важно отметить, что лечение ресвератролом (100–1200 мг/кг пищи) не увеличивает продолжительность жизни у обычных мышей, получающих пищу50,170,171. Прием ресвератрола вызывает изменения экспрессии генов в некоторых тканях, которые напоминают изменения, связанные с ограничением калорий у мышей171,172.
У людей 30-дневной прием ресвератрола (150 мг/день) у мужчин с ожирением вызывал метаболические изменения, в том числе снижение скорости метаболизма во время сна и покоя, содержания внутрипеченочных липидов, уровня циркулирующей глюкозы, маркеров воспаления и систолического артериального давления173. В скелетных мышцах объектов, получавших ресвератрол, наблюдалась повышенная активность AMPK, повышенные уровни белков SIRT1 и PGC-1 и улучшенное митохондриальное дыхание жирных кислот173. Напротив, 12-недельный прием ресвератрола (75 мг/день) у не страдающих ожирением женщин в постменопаузе с нормальной толерантностью к глюкозе не вызывал явных изменений состава тела, чувствительности к инсулину, скорости метаболизма в покое, липидов плазмы или маркеров воспаления174. Более того, добавление ресвератрола не влияло на его предполагаемые молекулярные мишени, включая AMPK, SIRT1, NAMPT и PPARGC1A, ни в скелетных мышцах, ни в жировой ткани174.
Важное недавнее исследование Cai et al. продемонстрировали нелинейную дозозависимую реакцию на защитные эффекты ресвератрола у людей и мышей175. При совместном применении с диетой с высоким содержанием жиров (HFD) низкие дозы ресвератрола (~0.{{1{0}}} 7 мг/кг/день) оказались более эффективными, чем высокие. -доза (14 мг/кг/день) для уменьшения числа аденом и уменьшения общей опухолевой массы у мышей Apcmin, модели кишечного канцерогенеза. Интересно, что у самок мышей, получавших более низкие дозы ресвератрола, наблюдалась значительно более высокая экспрессия и активация AMPK в слизистой оболочке кишечника, чем у мышей, получавших высокие дозы175. Соответственно, колоректальные ткани человека, подвергнутые воздействию низких пищевых концентраций (0,01–0,1 мкМ) ресвератрола ex vivo, демонстрировали быструю активацию AMPK и усиление аутофагии при низких концентрациях и менее выраженный эффект или даже отсутствие эффекта при более высоких дозах (1–10 мкМ)175. Этот необычный эффект может помочь рационализировать противоречивые сообщения об эффективности ресвератрола у людей, и будущие исследования на людях с использованием ресвератрола должны быть разработаны с особым вниманием к дозировке и уровням в сыворотке, а также к тщательной оценке воздействия на предполагаемые молекулярные мишени ресвератрола.
Были синтезированы и другие STAC, которые, как сообщается, улучшают здоровье и продлевают жизнь мышей. Сообщалось, что STAC SRT1720 (100 мг/кг/день) увеличивает среднюю продолжительность жизни взрослых самцов мышей C57BL/6J, получавших стандартную диету, на 8,8% (p=0.096) и до 21,7% (p{6}},096). p=0.0193) на HFD без увеличения максимального срока службы в любом контексте176,177. Лечение SRT1720 улучшало физиологические параметры у животных, которых кормили HFD, уменьшая стеатоз печени, повышая чувствительность к инсулину, улучшая двигательную активность, а также индуцируя профиль экспрессии генов, аналогичный тому, который связан со стандартной диетой176. Добавка SRT1720 ингибировала экспрессию провоспалительных генов в печени и мышцах мышей, получавших стандартную диету, и откладывала начало возрастных метаболических заболеваний177. Точно так же пищевые добавки (100 мг/кг) с SRT2104, другим синтетическим STAC, увеличивали как среднюю, так и максимальную продолжительность жизни самцов мышей C57BL/6J, получавших обычный корм, на 9,7% (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.
