Замедление старения: готовы ли мы? (3)

Interventions to Slow Aging in Humans: Are We Ready? Longo et al., Aging Cell, 2015

перевод Евгении Рябцевой

(Продолжение, начало статьи – здесь.)

Ингибиторы сигнального механизма, опосредуемого TOR

Взаимосвязь между опосредуемым mTOR сигнальным механизмом и продолжительностью жизни, а также продолжительностью здоровой жизни была продемонстрирована в экспериментах на нескольких важных модельных организмах. Например, подавление активности опосредуемого mTOR сигнального механизма с помощью генетических или фармакологических вмешательств ведет к увеличению продолжительности жизни дрожжей, круглых червей, мух-дрозофил и мышей (Johnson et al., 2013). Эта взаимосвязь в настоящее время изучается в исследованиях на приматах и с участием людей. Таким образом, опосредуемый mTOR сигнальный механизм является основным кандидатом на использование в прицельных вмешательствах. Киназа mTOR существует в виде двух комплексов: mTORC1 и mTORC2 (Laplante & Sabatini, 2012). Результаты большинства исследований указывают на то, что подавление активности опосредуемого mTORC1 сигнального механизма оказывает положительное влияние на долголетие (Johnson et al., 2013). Однако подавление активности опосредуемых mTORC1 и mTORC2 сигнальных механизмов по-отдельности также увеличивает продолжительность жизни круглых червей (Vellai et al., 2003; Soukas et al., 2009). Помимо чувствительности к сигналам инсулина и инсулиноподобного фактора роста-1 mTORC1 активируется под действием аминокислот через RAG гуанозинтрифосфатазу (ГТФазу) и снижает свою активность в условиях стресса или недостатка энергии (Kim et al., 2013). Вкратце, активация mTORC1 запускает процесс трансляции белков и рост клеток, тогда как его ингибирование блокирует рост клеток и индуцирует механизмы стресс-реакции, в том числе аутофагию (Laplante & Sabatini, 2012).

Многие увеличивающие продолжительность жизни модельных организмов вмешательства подавляют активность сигнального механизма, опосредуемого mTORC1 (Johnson et al., 2013; Kennedy & Pennypacker, 2014). В эту группу входят низкокалорийная диета и уменьшение содержания белков в рационе, подавление активности сигнального механизма, опосредуемого инсулином/инсулиноподобным фактором роста, а также активация АМФ-зависимой киназы и, возможно, сиртуинов. Это поднимает вопрос: зависят ли положительные эффекты перечисленных вмешательств, по крайней мере частично, от их влияния на mTORC1. Еще один фундаментальный вопрос касается запускаемых mTORC1 механизмов, обеспечивающих положительное влияние на долголетие. Оба основных субстрата mTORC1 – S6-киназа и 4E-BP1 – вовлечены в механизмы долголетия. Утрата S6-киназы увеличивает продолжительность жизни дрожжей, мух-дрозофил, круглых червей и мышей (Johnson et al., 2013), а усиление активности репрессора трансляции мРНК 4E-BP1 обеспечивает долгожительство, по крайней мере, мух-дрозофил. Для увеличения продолжительности жизни не имеющих S6-киназы мутантов круглых червей C.elegans необходим фактор транскрипции DAF-16/FOXO (Seo et al., 2013), а также механизм аутофагии (Hansen et al., 2008). Интересен тот факт, что DAF-16/FOXO и аутофагия являются обязательными факторами увеличения продолжительности жизни круглых червей, достигаемого за счет подавления сигнального механизма, опосредуемого инсулином/инсулиноподобным фактором роста (Kenyon et al., 1993; Melendez et al., 2003), что очередной раз указывает на взаимосвязь между этими двумя перестройками.

Привлекательным аспектом рассмотрения mTOR как мишени для замедляющих старение вмешательств является доступность рапамицина – фармакологического агента, являющегося специфичным ингибитором mTOR и увеличивающего продолжительность жизни мышей, в большей степени у самок (на 30% при применении в больших дозах) (Harrison et al., 2009; Miller et al., 2014). Рапамицин не является активным ингибитором, он формирует трехмолекулярный комплекс с киназой mTOR и белком FKBP (Brown et al., 1994; Sabatini et al., 1994; Marz et al., 2013). Это приводит к разрушению комплекса mTORC1, что влечет за собой острое ингибирование, а также предотвращает вступление вновь синтезированных молекул mTOR в комплексы mTORC1 и mTORC2, что обеспечивает хроническое ингибирование обоих комплексов (Sarbassov et al., 2006).

Рапамицин изучается уже в течение нескольких десятилетий. Он протестирован в сотнях клинических исследований и одобрен для применения в терапии ряда заболеваний, в том числе рака почек (Lamming et al., 2013; Kennedy & Pennypacker, 2014). Однако этот препарат обладает серьезными побочными эффектами, ограничивающими его признание в качестве приемлемого средства для замедления старения. К побочным эффектам рапамицина относятся нарушения метаболизма (гипергликемия, гиперинсулинемия, резистентность к инсулину и др.), нарушения пролиферации кроветворных клеток и прочее (Soefje et al., 2011). Нежелательное влияние рапамицина на метаболизм приписывают ингибированию mTORC2 (Lamming et al., 2012), что указывает на потенциальную возможность сдвига соотношения эффективность/побочные эффекты в нужную сторону посредством избирательного ингибирования mTORC1. Клинические исследования безопасности рапамицина не проводились на здоровых добровольцах, поэтому неясно, насколько этот препарат опасен для здоровых взрослых людей. В настоящее время проводится несколько клинических исследований рапамицина с участием пожилых людей, что поможет оценить важность роли mTOR в старении человека и определить, можно ли рассматривать этот белок в качестве мишени для увеличивающих продолжительность жизни вмешательств.

Вкратце, проводимые в настоящее время исследования, посвященные изучению роли mTOR в старении и выяснению возможности его использования в качестве мишени для увеличивающих продолжительность жизни вмешательств, с большой степенью вероятности позволят разобраться в этих важных вопросах уже в ближайшее время.

Ингибиторы гликолиза

Еще одна активно изучаемая стратегия заключается в воспроизведении эффектов низкокалорийной диеты путем ингибирования ферментов гликолиза (Minor et al., 2009). Считается, что этот подход может быть более эффективным, чем воздействие на отдельные сигнальные механизмы, однако может вызывать и более широкий спектр побочных эффектов (Minor et al., 2009). Первым потенциальным препаратом в этой категории является 2-деокси-D-глюкоза, ингибирующая изомеразу фосфоглюкозы, обеспечивая в крысиной модели фенотип, аналогичный эффектам низкокалорийной диеты (Minor et al., 2009). Однако другие долгосрочные исследования показали, что концентрации, необходимые для запуска физиологических реакций, аналогичных реакциям на низкокалорийной диету, обладают кардиотоксичными эффектами (Ganapathy-Kanniappan & Geschwind, 2013).

Весьма обнадеживающие результаты принесли предварительные исследования нутрицевтического продукта, изготавливаемого из авокадо и содержащего ингибирующий фермент гексокиназу семиуглеродный углевод манногептулозу (Minor et al., 2009). Исследования показали, что экстракт авокадо улучшает чувствительность тканей мышей и собак к инсулину, а также увеличивает среднюю продолжительность жизни круглых червей и мышей. Помимо этого в настоящее время существует большой интерес к применению ингибиторов гликолиза в лечении рака, так как многие злокачественные клетки используют глюкозу в качестве основного источника энергии (Ingram & Roth, 2010).

Мыши, клетки которых в условиях культуры имеют дисфункциональные теломеры и вступают в фазу физиологического старения, демонстрируют повышенную потребность в энергии и дефекты митохондриального биогенеза (Passos et al., 2010). В данном контексте дополнительное введение в рацион глюкозы улучшает поддержание массы тела и тканей, а также увеличивает продолжительность жизни животных (Missios et al., 2014). Эти результаты могут показаться нелогичными, так как на их основании можно предположить, что увеличение употребления глюкозы может способствовать поддержанию энергетического и тканевого гомеостаза в преклонном возрасте. Следует отметить, что неполноценное питание характерно более чем для 30% гериартрических пациентов. Более того, повышенная потребность в глюкозе в пожилом возрасте аналогична описанной выше потребности в белках, что подчеркивает необходимость более тщательного подхода к подбору оптимального соответствующего возрасту рациона.

Ингибиторы оси «гормон роста/инсулиноподобный фактор роста-1»

Несмотря на то, что полное подавление активности инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1) летально, исследования на животных моделях показали, что снижение уровня или активности IGF-1 может увеличивать продолжительность жизни. Помимо этого полиморфизмы гена, кодирующего человеческий рецептор к IGF-1, ассоциированы с исключительным долголетием (Suh et al., 2008), а совсем недавно Barzilai и его коллеги продемонстрировали, что низкие концентрации IGF-1 в плазме крови являются прогностическим фактором выживания для долгоживущих людей (Milman et al., 2014), в особенности для женщин, имеющих в анамнезе историю рака. У животных для карликовых долгоживующих мышей, не имеющих рецептора к гормону роста (GHR-/-), характерны сниженные уровни IGF-1 и, несмотря на ожирение, высокая чувствительность тканей к инсулину, а также низкий риск развития рака и сахарного диабета (Zhou et al., 1997; Shevah & Laron, 2007; Ikeno et al., 2009). Важен тот факт, что аналогичные закономерности характерны для не имеющих рецептора к гормону роста пациентов с синдромом Ларона. Клинических исследований с участием таких пациентов не проводилось, однако известно, что они не болеют сахарным диабетом и фатальными опухолями (Guevara-Aguirre et al., 2011; Steuerman et al., 2011). Таким образом, фармацевтические вмешательства, непосредственным образом снижающие уровень IGF-1 во взрослом организме, могут улучшать состояние здоровья и увеличивать продолжительность жизни.

К фармакологическим мишеням подавления активности IGF-1 относятся молекулы, непосредственно или опосредованно влияющие на клетки/ткани, продуцирующие гормон роста и/или IGF-1 или чувствительные к этим факторам. Человеческие или гуманизированные моноклональные антитела и препараты, направленные против рецептора к IGF-1, тестировались в клинических исследованиях с участием пациентов с тяжелыми формами рака (Warshamana-Greene et al., 2005; Carboni et al., 2009), однако ни одно из этих средств не было одобрено для клинического применения. Авторам ничего не известно о разработке антител против гормона роста или инсулиноподобного фактора роста-1, однако несколько классов соединений, ингибирующих ось гормон роста/инсулиноподобный фактор роста-1 были одобрены для лечения пациентов с акромегалией. Недавно было разработано согласованное экспертное заключение по поводу применения данных препаратов (Giustina et al., 2014). Препараты одного из таких классов – аналоги соматостатина – снижают уровень гормона роста в сыворотке крови посредством подавления его секреции соматотрофными клетками гипофиза, что в конечном итоге приводит к снижению содержания в сыворотке IGF-1. К несчастью, эти препараты подавляют секрецию и других эндокринных гормонов, в том числе инсулина. Более того, только 20-50% пациентов с акромегалией реагируют на эти препараты, тогда как их прием ассоциирован с серьезными побочными эффектами, в том числе формированием камней в желчном пузыре, диареей и анорексией. Поэтому применение аналогов соматостатина для увеличения продолжительности жизни или продолжительности здоровой жизни на сегодняшний день неоправданно.

Вторым препаратом, одобренным для лечения акромегалии, является антагонист рецептора к гормону роста пегвисомант (pegvisomant) (Trainer et al., 2000; van der Lely et al., 2001; Kopchick et al., 2002; van der Lely & Kopchick, 2006). Уникальность этого препарата заключается в том, что он ингибирует не секрецию гормона роста, а его активность посредством связывания с соответствующим рецептором и его блокирования (Kopchick et al., 2002). Следует отметить, что количество получающих этот препарат пациентов, у которых наблюдается дозозависимое снижение уровня инсулиноподобного фактора роста-1, может достигать 90% (Trainer et al., 2000; van der Lely et al., 2001; Kopchick et al., 2002; van der Lely & Kopchick, 2006). Кроме этого пегвисомант является усилителем чувствительности рецепторов к инсулину, блокирующим диабетогенное действие гормона роста и таким образом оказывающим положительное влияние на метаболизм глюкозы. Исходя из этого, пегвисомант может способствовать долголетию и здоровому старению посредством снижения содержания инсулиноподобного фактора роста-1 в сыворотке крови и повышения чувствительности тканей к инсулину. При этом на сегодняшний день было зарегистрировано очень мало серьезных побочных эффектов продолжительного применения пегвисоманта, однако специалисты рекомендуют проводить мониторинг функционирования печени и размера опухоли (van der Lely et al., 2012). Таким образом, пегвисомант является одобренным препаратом, влияние которого на долголетие и здоровое старение необходимо оценить в клинических исследованиях. К другим классам препаратов, ингибирующим ось гормон роста/инсулиноподобный фактор роста-1, относятся моноклональные антитела против гормона роста или инсулиноподобного фактора роста-1, а также малые ингибиторные РНК (миРНК) и новые ингибиторы тирозинкиназы, специфичные к рецепторам гормона роста или инсулиноподобного фактора роста-1.

Еще одним подходом к снижению общей активности инсулиноподобного фактора роста-1 является ингибирование его доступности. Например, устранение PAPP-A – протеазы, расщепляющей и инактивирующей IGFBP-4 – белок, связывающий инсулиноподобный фактор роста-1, – подавляет сигнальную активность этого фактора, не оказывая влияния на его содержание в сыворотке крови. Это не только увеличивает продолжительность жизни мышей, но и оказывает другие положительные эффекты на их здоровье, в том числе в старческом возрасте (Conover, 2012).

В целом снижение активности соматотропной оси гормон роста/инсулиноподобный фактор роста-1, возможно, является наиболее изученным и воспроизводимым вмешательством, увеличивающим как продолжительность жизни, так и продолжительность здоровой жизни мышей. Помимо этого дефицит гормона роста и инсулиноподобного фактора роста-1 является одним из немногих хорошо описанных фенотипов человека (синдром Ларона), оказывающих лишь незначительные побочные эффекты на взрослый организм. 

Активаторы сигнальных механизмов, опосредуемых сиртуинами

Ферменты семейства деацетилаз, известные как сиртуины (SIRT1-7), обеспечивают долголетие представителям различных видов и могут опосредовать многие положительные эффекты низкокалорийной диеты (Satoh et al., 2013). Это делает их весьма привлекательной терапевтической мишенью. К первым из идентифицированных мощных активирующих сиртуины соединений относятся несколько классов растительных метаболитов, таких как флавоны, хальконы, стильбены и антоцианидины. Эти фитохимические соединения непосредственно активируют SIRT1 in vitro посредством запуска аллостерического механизма, снижающего уровень субстрата Km (Howitz et al., 2003). Ресвератрол (3,5,4′-тригидроксистильбен) является наиболее мощным из известных на сегодняшний день природных активаторов, обнаружение которых запустило работу над созданием синтетических аналогов, значительно более мощных, растворимых и биодоступных (Hubbard & Sinclair, 2014). Во многих исследованиях была показана способность ресвератрола и синтетических активаторов сиртуинов индуцировать физиологические изменения, а также изменения экспрессии генов, аналогичные эффектам низкокалорийной диеты, проявляющиеся улучшением состояния здоровья и увеличением продолжительности жизни различных организмов, в том числе дрожжей (S.cerevisiae), круглых червей (C.elegans), мух-дрозофил (D.melanogaster), зубастых карпиков (N.furzeri) и медоносных пчел (A.mellifera) (Hubbard & Sinclair, 2014).

Альтернативный подход к активации сиртуинов, повышающий активность всего семейства ферментов, использует их универсальную потребность в НАД+ (восстановленной форме никотинамидадениндинуклеотида). Уровень этого соединения можно повысить путем увеличения уровней предшественников НАД (никотинамидмононуклеотида или никотинамидрибозида), активации ферментов, биосинтеза НАД (Wang et al., 2014a), или ингибирования НАД-гидролазы CD38 (Yoshino et al., 2011; Canto et al., 2012; Escande et al., 2012; Gomes et al., 2014).

Ресвератрол увеличивает продолжительность жизни мышей, содержащихся на высококалорийной диете (Pearson et al., 2008), а также в комбинации со стандартным кормом при кормлении через день (Baur et al., 2006; Pearson et al., 2008), но не на фоне ежедневного кормления стандартным кормом (Pearson et al., 2008; Strong et al., 2013). Синтетические активаторы SRT1720 и SRT2104 также увеличивают продолжительность жизни мышей, содержащихся как на высококалорийной, так и на низкокалорийной диетах, и защищают их от возрастных изменений во многих тканях, в том числе от атрофии мышечной ткани (Minor et al., 2011). В доклинических моделях активирующие сиртуины соединения также продемонстрировали свою перспективность в качестве средств для лечения заболеваний и осложнений, ассоциированных со старением, в том числе рака, сахарного диабета 2 типа, воспаления, сердечно-сосудистых заболеваний, инсульта и жировой дегенерации печени (Hubbard & Sinclair, 2014).

Значительный прогресс был достигнут при применении активирующих сиртуины соединений в терапии воспалительных и аутоиммунных заболеваний (Hubbard & Sinclair, 2014). Например, SRT1720 оказывал положительное влияние на мышиные модели хронической обструктивной болезни легких и бронхиальной астмы. У макак резус, содержащихся на богатом жирами и углеводами корме, ресвератрол оказывал противовоспалительное действие в висцеральных отложениях белой жировой ткани (Jimenez-Gomez et al., 2013). Активирующие сиртуины соединения также могут полезными при нейродегенерации (Zhao et al., 2013), что продемонстрировано на мышиных моделях болезней Альцгеймера и Паркинсона, а также рассеянного склероза (Graff et al., 2013; Hubbard & Sinclair, 2014). Активирующие сиртуины соединения предотвращают эффекты ожирения и возрастного угасания метаболизма и устраняют их проявления. Ресвератрол и активирующие сиртуины соединения защищал от развития ожирения, улучшал чувствительность тканей к инсулину и митохондриальную функцию, а также предотвращал развитие жировой дегенерации печени у мышей, содержащихся на высококалорийной диете (Baur & Sinclair, 2006; Baur et al., 2006). Эти эффекты также проявлялись у приматов, содержащихся на диете, богатой жирами и углеводами (Fiori et al., 2013; Jimenez-Gomez et al., 2013). Результаты исследований, проведенных на мышиных моделях ожирения и старения, продемонстрировали, что повышение уровня НАД+ защищает мышей от угасания метаболизма и старения (Yoshino et al., 2011; Canto et al., 2012; Escande et al., 2012), а также устраняет нарушения митохондриальной функции, воспаление и атрофию мышечной ткани (Gomes et al., 2014).

У исследователей накопилось значительное количество данных о применении активирующих сиртуины соединений в лечении людей (Hubbard & Sinclair, 2014). Ресвератрол оказывал смешанные эффекты, так его влияние на чувствительность тканей к инсулину (Ghanim et al., 2011; Smoliga et al., 2011) и формирование фенотипов, схожих с фенотипами, ассоциированными с низкокалорийной диетой, наблюдались у пожилых и страдающих ожирением пациентов (Timmers et al., 2011), но не у людей с нормальной массой тела и толерантностью к глюкозе (Yoshino et al., 2012). Это указывается на способность активирующих сиртуины соединений восстанавливать гомеостаз преимущественно у людей с нарушениями метаболизма. Мета-анализ шести уникальных баз данных, всего включающих 196 пациентов с сахарным диабетом 2 типа (104 в группе ресвератрола, 92 в группе контроля, принимавшей плацебо), выявил статистически значимое (P < 0,05) положительное влияние содержащих ресвератрол добавок на систолическое давление крови, а также уровни гемоглобина A1c и креатинина по сравнению с плацебо. В то же время не было выявлено влияния на уровень глюкозы в крови натощак, результаты оценки резистентности к инсулину с помощью гомеостатической модели, диастолическое давление крови, а также содержание в крови инсулина, триглицеридов, липопротеинов низкой и высокой плотности (Hausenblas et al., 2014). Синтетические активирующие сиртуины соединения уже прошли клинические исследования и в настоящее время находятся на стадии клинической разработки (Venkatasubramanian et al., 2013; Hubbard & Sinclair, 2014). Проведение клинических исследований НАД+ запланировано на ближайшие несколько лет.

В целом роль сиртуинов и их активаторов в увеличении продолжительности жизни, а также в предотвращении и лечении широкого спектра заболеваний на мышиных моделях является доказанным фактом. Однако из-за давнишних противоречий в данной области (Ledford, 2010; Couzin-Frankel, 2011) участники семинара не достигли полного консенсуса по поводу способности активаторов сиртуинов замедлять старение.

Окончание: фармакологические и некоторые другие методы, направленные на замедление процесса старения.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

09.09.2015