Ponce De Leoni pillide leidmine: väljakutsed vananemisvastaste molekulide sõeluuringul
Apr 23, 2023
Abstraktne
Vananemist iseloomustab degeneratiivsete muutuste järkjärguline kuhjumine, mis kulmineeruvad funktsioonihäiretega ja suurenenud surma tõenäosusega. See on paljude inimeste patoloogiate, sealhulgas vähi, oluline riskitegur,2. tüüpi diabeetjasüdame-veresoonkonnajaneurodegeneratiivsed haigused– ja sellest tulenevalt avaldab see tohutut sotsiaalset ja majanduslikku lõivu. Vananemisuuringute peamine eesmärk on välja töötada sekkumised, mis suudaksidaeglustada mitmete vanusega seotud haiguste teketjapikendada tervislikku eluiga(terviseperiood). Tähelepanu, et mudelorganismide puhul on võimalik saavutada pikaealisuse ja tervise paranemisttoitumispiirangute või lihtsa geneetilise tõttu manipulatsioonidon ajendanud jahtima keemilisi ühendeid, mis võivad pikendada eluiga. Enamikul imetajate vananemiskiirust moduleerivatest radadest on homoloogid pärmis, kärbestes ja ussides, mis viitab sellele, et selliste farmakoloogiliste sekkumiste tuvastamiseks võib selgrootute mudelite abil olla võimalik esialgne sõelumine. Viimastel aastatel on tuvastatud mitmeid ühendeid, mis võivadpikendada selgrootute eluigaja isegi närilistel. Siin võtame kokku kasutatud strateegiad ja tehtud edusammud ühendite tuvastamisel, mis on võimelised pikendama eluiga erinevatest organismidest alates selgrootutest kuni hiirteni, ning arutame tohutuid väljakutseid selle töö ülekandmisel inimeste ravimeetoditeks.
Cistanche'i vananemisvastaste molekulide kohta lisateabe saamiseks klõpsake siin
Märksõnadvananemine,vananemisvastane ravim, vanusega seotud haigused
Sissejuhatus
Vananemineseda iseloomustavad molekulaarsed, rakulised ja organismi muutused, mis kulmineeruvad organismi võimetusega säilitada füsioloogilist terviklikkust1. Inimestel seostatakse vananemist oluliselt suurenenud eelsoodumusega mitmesuguste haiguste, sealhulgas vähi, 2. tüüpi diabeedi (T2D), neurodegeneratsiooni ja südame-veresoonkonna haiguste tekkeks, mis põhjustab haigestumuse ja suremuse suurenemist.1,2. Vananemisuuringute pikaajaline eesmärk on välja töötada sekkumised, mis võivad edasi lükata vanusega seotud haiguste teket ja soodustada pikaealisust. Selle eesmärgiga on biogerontoloogiaalased uuringud suunatud vananemise põhimehhanismide väljaselgitamisele. Praegused tõendid näitavad, et paljud neist mehhanismidest on eukarüootide seas säilinud, alates pärmist kuni imetajateni.
Viimastel aastakümnetel on erinevates organismides tehtud töö tuvastanud raku signaaliülekandeteed, mis moduleerivad vananemiskiirust3,4. Paljud neist radadest toimivad tavaliselt organismi toiteväärtuse tajumiseks (Joonis 1) ja käivitada signaalikaskaadid, mis moduleerivad spetsiifilisi rakuvahelisi ja -siseseid radu ning muudavad vastavalt sihtrakkude füsioloogiat.2. Need toitainete tundmise rajad, mis hõlmavad insuliini ja insuliinitaolise kasvufaktori (IGF) signaaliülekannet (IIS)5 , rapamütsiini (mTOR) signaalimise sihtmärk6, adenosiinmonofosfaadi (AMP) aktiveeritud proteiinkinaasi (AMPK) signaaliülekanne7ja sirtuiinid8, koordineerida rakkude kasvu ja ainevahetusega seotud protsesse ning integreerida need toitainete, energia, kasvufaktorite ja stressi tasemega. Kui toitainete tase ja kasvunäitajad vähenevad, muutub nende radade kaudu edastatav signaalimine. Nende radade geneetiline või mõnel juhul farmakoloogiline manipuleerimine võib viia eluea pikenemiseni, samas kui vanusega seotud düsregulatsioon võib aidata kaasa organismi vananemisele.
Toitumispiirang (DR), toitumisrežiim, mis hõlmab kas üldise kalorite tarbimise vähendamist ilma alatoitumiseta või spetsiifiliste toiduainete tarbimise vähenemist.toidukomponendidnagu näiteksehhinakosiid, on kõige paremini iseloomustatud sekkumine, misaeglustab paljude liikide vananemist ja haigusi9,10. Molekulaarsed efektorid, mis on seotud DR märkimisväärse mõju vahendamisega, hõlmavad neid toitainete tuvastamise radu9. Esialgsed tõendid näitavad, et mõned neist samadest radadest võivad mõjutada ka inimeste vananemist ja haigusi. Näiteks geneetilised variandidFOXO3Ageen, mis kodeerib IIS-ist allavoolu transkriptsioonifaktorit, on seotud inimese pikaealisusega11–16. Laroni kääbussusega inimestel on paljuvähenenud seerumi IGF1 tase ja sügav kaitse T2D ja vähi eest17. Farmakoloogilised sekkumised, mis osaliselt jäljendavad DR-i, moduleerides nende toitainete tundmise radade tegevusi, võivad parandada tervist ja edendada pikaealisust. Näiteks on pakutud, et rapamütsiin, spetsiifiline mTOR-i inhibiitor, kutsub esile mõningaid DR-i kasulikke toimeid standardsetes söötmis- ja toitainetingimustes.18. Samuti on näidatud, et käputäis teisi molekule, nagu metformiin ja resveratrool, moduleerivad toitainete signaaliülekannet ja soodustavad mitmete mudelorganismide tervist ning neid arutatakse üksikasjalikult hiljem.
Joonis 1.Kokkuvõte mitmesugustest vananemist soodustavatest teguritest.Toitainete tundmise radade reguleerimise häired, mitokondriaalne düsfunktsioon, proteostaasi kadu, tüvirakkude hõõrdumine, kogunenud DNA kahjustus, autofagia vähenemine, vananevate rakkude kuhjumine ja suurenenud steriilne põletik on mõned olulised vananemist soodustavad teed1.
Lisaks toitainete tundmise radade düsregulatsioonile on vananemise kahjulike ilmingutega seotud muud konserveerunud mehhanismid:Joonis 1) i)mitokondriaalne düsfunktsioon, mis põhjustab hingamisteede ainevahetuse häireid, reaktiivsete hapnikuliikide (ROS) suurenenud teket ja potentsiaalselt muid tagajärgi,ii)suurenenud DNA kahjustuste kuhjumine, mis on põhjustatud eksogeensetest solvangutest ja endogeensetest ohtudest, sealhulgas DNA replikatsioonivead ja ROS,iii)vähenenud proteostaas, mis on seotud suurenenud valkude valesti voltimise ja agregatsiooniga,iv)rakkude vananemine, mis aitab kaasa kudede düsfunktsioonile,v)suurenenud steriilne põletik,vi)tüvirakkude hõõrdumine javii)epigeneetilised muutused1,19. Konserveeritud vananemismehhanismide täielikumaks aruteluks on lugeja viidatud mujale1. Farmakoloogilised ained, mis on suunatud mõnele neist muutustest, on vananemisvastaste ravimite kandidaat. Selles ülevaates anname ülevaate farmakoloogilistest sekkumistest, millel on teadaolevad või potentsiaalsed võimed aeglustada vananemist ja edendada hilise eluea tervist. Esiteks võtame kokku peamised panused, mida selgrootute mudelisüsteemide uuringud on andnud väikese molekuliga vananemisvastaste ravimite väljaselgitamiseks. Seejärel keskendume põhjalikult praegu uuritavatele molekulidele, et nende eluiga pikendada ja haigusi edasi lükata. Lõpuks arutatakse väljakutseid uute vananemisvastaste ravimite väljaselgitamisel ja selle töö inimestele ülekandmisel.
Selgrootud kui mudelsüsteemid pikaealisust soodustavate väikeste molekulide skriinimiseks
Tänu erinevatele teguritele – eelkõige geneetilise manipuleerimise lihtsuse ja inimestega sarnase füsioloogia tõttu – on hiirest saanud vananeva bioloogias silmapaistev imetajate mudelorganism.20. Arvestades hiirte kõrgeid pidamiskulusid ja suhteliselt pikka eluiga, ei ole selle organismi puhul siiski teostatav ulatuslik erapooletu sõeluuring vananemisvastaste ravimite tuvastamiseks. Arvestades, et paljud vananemisega seotud rajad on evolutsiooniliselt konserveerunud, isegi väga erinevate liikide puhul, on selliseks sõelumiseks kasutatud lühiealisi selgrootute mudeleid. NematoodCaenorhabditis elegans- oma lühikese ~ 3-nädalase eluea, kultiveerimise ja geneetilise manipuleerimise lihtsuse ning hästi iseloomustatud vananemisbioloogiaga - kujutab endast väga atraktiivset keemilise sõeluuringu mudelsüsteemi, et tuvastada ühendeid, mis moduleerivad eluiga ja vanusega seotud fenotüüpe. Tõepoolest, mitmed uuringud on tuvastanud mitmeid vananemisvastaseid kandidaataineidC. elegansmudelorganismina. Praeguseks on kõige põhjalikum väikese molekuli eluea ekraan, mis kasutabC. eleganiddirigeeris Petraschecket al., kes hindas 88,000 kemikaali nende võimet pikendada eluiga21. Nad tuvastasid 115 ühendit, mis pikendasid oluliselt usside eluiga. Huvitav on see, et ühel neist oli struktuurne sarnasus inimese antidepressantidega, mis mõjutavad neurotransmitteri serotoniini signaaliülekannet. Seejärel leidsid nad, et mianseriin, serotoniini retseptori antagonist, mida kasutatakse inimestel antidepressandina, laieneb.C. eleganideluiga, kui seda manustatakse 50 μM juures, tõenäoliselt DR-ga seotud mehhanismide kaudu21. Hinnates 19 ühendit, millel on teadaolevad mõjud inimese füsioloogiale, Evasonet al.teatas, et krambivastased ravimid etosuksimiid (annuses 2 ja 4 mg/ml), trimetadioon (4 mg/ml) ja 3,3-dietüül-2-pürrolidinoon (2 mg/ml) lükkasid edasi vanusega seotud muutusi ja suurenenudC. eleganideluaeg22
Kasutades bioinformaatika lähenemisviisi DR-i mimeetikumide tuvastamiseks, Calvertet al.analüüsis ravimeid, mis kutsuvad esile geeniekspressiooni muutused, mis on sarnased DR-ga seotud muutustega, ja tuvastas 11 selle omadusega väikest molekuli23. Huvitav on see, et viiest testitud ravimist neli – rapamütsiin (manustatuna 10 µM), allantoiin (250 µM), trikostatiin A (100 µM) ja LY-294002 (100 µM) – põhjustasid metsloomade eluea ja tervise pikenemise. tüüp (WT)C. eleganid. Vastupidi, selles ei täheldatud pikaealisuse mõjusidsööma-2mutantne taust, geneetiline DR-mudel, mis viitab sellele, et nende ravimite eluiga pikendav toime võib tõepoolest ilmneda DR-iga seotud mehhanismide kaudu23.
Alavezi uuringet al.teatas, et amüloidiga seonduvad ühendid säilitavad valgu homöostaasi ja pikendavad eluigaC. eleganid24. WT usside kokkupuude amüloidi siduva värvaine tioflaviin T (ThT) kontsentratsioonis 50 või 100 μM kogu täiskasvanueas pikendas keskmise eluea pikkust 60 protsenti ja maksimaalset eluiga 43–78 protsenti.24. ThT-ravi vähendas A - agregatsioon ja lihaste terviklikkuse säilimineC. eleganidAlzheimeri tõve (AD) mudelid, mille tulemuseks on halvatud usside osakaalu vähenemine. ThT manustamine pärssis ka mutantsete usside metastabiilsete valkudega seotud toksilisust24. ThT-vahendatud valkude agregatsiooni pärssimine ja eluea pikenemine sõltusid molekulaarsetest šaperoonidest, autofagiast, proteasoomi funktsioonist, proteostaasi regulaatorist kuumašokifaktorist 1 (HSF-1) ning stressiresistentsuse ja pikaealisuse transkriptsioonifaktorist SKN-124. ThT-ga struktuurselt sarnased ühendid pikendasid ka usside eluiga kuni 40 protsenti, kuid oluliselt madalamates kontsentratsioonides kui ThT. Lisaks pikendas kokkupuude teiste valguagregaate siduvate ühenditega, nagu kurkumiin (100 μM) ja rifampitsiin (10–100 μM) usside eluiga kuni 45 protsenti.24. Need tulemused rõhutavad proteostaasi tähtsust usside tervise ja eluea osas ning annavad täiendava tõuke selliste sekkumiste väljatöötamiseks, mis suudavad säilitada proteostaasi, et pärssida vananemist ja vanusega seotud haigusi.
Riiklik vananemisinstituut on hiljuti rahastanud farmakoloogilise sekkumise programmi, kasutadesCaenorhabdiitmudelsüsteemina, mis on analoogne samalaadsete käimasolevate jõupingutustega hiirega. TheCaenorhabdiitSekkumise testimisprogramm (CITP) on mitut institutsiooni hõlmav jõupingutus, mille eesmärk on tuvastada ühendeid, millel on võime pikendada eluiga ja parandada tervist, kasutades mitutCaenorhabdiitliigid ja mitmed tüvedC. elegans. Geneetiliselt mitmekesistes usside populatsioonides tõhusate ühendite tuvastamine võib kiirendada selliste sekkumiste avastamist, mis võivad pikendada teiste liikide, potentsiaalselt ka inimeste eluiga/terviseaega.
PuuviljakärbesDrosophila melanogasteresindab teist mudelit, mis sobib vananemisvastaste ühendite sõelumiseks25. Lai valik geneetilisi tüvesidD. melanogasteron saadaval erineva keskmise elueaga, mis on kasulikud ühendi efektiivsuse kinnitamiseks mitmel geneetilisel taustal. SarnaneC. eleganid, Drosophilaon lühikese elueaga ja paljud selles organismis saadaolevad geneetilised vahendid hõlbustavad pliiühendite mehaanilist uurimist25. Esimene uuring, mis teatas eluea pikendamisest aastalDrosophilaravimi manustamise teel teostas KangET AL.,kes seda toitmist näitasDrosophila4-fenüülbutüraat kontsentratsioonis 5–10 mM – ravim, millel on mitu toimet, sealhulgas histooni deatsetülaasi inhibeerimine – pikendas oluliselt nii keskmist kui ka maksimaalset eluiga, ilma et see mõjutaks negatiivselt liikumist, stressiresistentsust või paljunemist26. Hiljutises uuringus kirjeldati proteiinkinaasi inhibiitorite sõeluuringut nende mõju suhtesDrosophilaeluaeg27. Selles uuringus testitud 80 inhibiitori hulgas suurenes 17 märkimisväärseltDrosophilaeluiga, ilma et see mõjutaks toidu tarbimist, mis näitab, et nende inhibiitorite mõju onDrosophilaeluiga ei hõlma DR27. Sellega seoses Slacki hiljutine uuringet al.teatas, et RAS-Erk-ETS signaalimise nõrgenemise tulemuseks on IIS vähenemine ja eluea pikenemineDrosophila28. Trametiniib (1,56–15,6 μM), väga spetsiifiline MEK-i inhibiitor, mis nõrgendab signaaliülekannet RAS-ist allavoolu, võib pikendada naiste eluiga.Drosophilakuni 12 protsenti (p=1,92 × 10-10) ja suuremate annuste (156 μM) korral parandab hilise eluea ellujäämist28. Trametiniibi manustamine oli kärbeste pikaealisuse suurendamisel tõhus isegi siis, kui seda manustati keskealistele loomadele. Need ja sarnased leiud teiste ravimitega -vrd. hiire eluea pikendamine keskeas alustatud rapamütsiinraviga, vt allpool – tõstab esile võimaluse, et vananemisvastased ravimid inimestel võivad olla tõhusad ka vanematele inimestele manustamisel, vältides seega nende ravimite võimalikke arenguga seotud kõrvalmõjusid.
Ühendid, mis moduleerivad vananemist ja vanusega seotud fenotüüpe imetajatel
mTOR inhibiitor rapamütsiin
mTOR on konserveeritud seriini/treoniini kinaas, mis tajub toitainete kättesaadavust, kasvufaktoreid ja keskkonnastressi ning reageerib neile ning mängib kasvu käivitamisel võtmerolli.6,29. Mitmerakulistes eukarüootides eksisteerib mTOR kahes erinevas mitmest valgust koosnevas kompleksis, mTORC1 ja mTORC2, mis eristuvad nende seose poolest vastavalt mTOR-i regulatsiooniga seotud valguga (RAPTOR) ja mTOR-i rapamütsiini suhtes mittetundliku kaaslasega (RICTOR).30,31. Rapamütsiin moodustab kompleksi FKBP12 valguga, mis seondub mTORC1-ga ja inhibeerib selle aktiivsust 32. Oluline on see, et krooniline ravi rapamütsiiniga pärsib ka mTORC233. mTORC1 aktiivsust reguleerivad toitained (glükoos jaehhinakosiid), tsütokiinid, hormoonid (insuliin või IGF1), energia (ATP tase) ja oksüdatiivne stress PI3K, AKT ja AMPK signaaliülekande kaudu6. MTORC1 signaaliülekande peamised allavoolu vahendajad on teed, mis kontrollivad rakkude kasvu, proliferatsiooni, stressireaktsiooni ja autofagiat29,34. Seetõttu integreerib mTORC1 kriitiliselt rakkude kasvu ja hooldust toitainete kättesaadavuse, hormonaalsete näpunäidete ja muude keskkonnastiimulitega.
Mitmed uuringud on tuvastanud seose mTOR-i signaaliradade ja pikaealisuse vahel organismides alates pärmist kuni imetajateni. MTOR signaali pärssimine geneetiliste või farmakoloogiliste vahenditega pikendab pärmi eluiga35–37, nematoodid38,39, puuviljakärbsed40ja hiired33,41–47. Samamoodi suurendab allavoolu mTORC1 efektori S6 kinaasi 1 geneetiline deletsioon hiirtel oksüdatiivset metabolismi, kaitseb vanusest ja dieedist põhjustatud rasvumise eest ning pikendab naiste eluiga.47,48. Järjekindlalt põhjustab mTORC1 sihtmärgi 4E-BP1 suurenenud aktiivsus skeletilihastes suurenenud oksüdatiivset metabolismi ja kaitseb hiiri dieedi ja vanusest põhjustatud metaboolse düsfunktsiooni eest49.
Märgilises uuringus näitas NIA sekkumiste testimise programm (ITP), et geneetiliselt heterogeense hiirekarja ravi mTOR-i inhibiitoriga rapamütsiiniga (manustatuna 14 mg/kg toidu kohta; 2,24 mg/kg kehakaalu kohta päevas) algas kas 9-kuulise või 20 kuu vanus pikendas mõlema soo eluiga43,50. Järeluuring näitas, et rapamütsiini indutseeritud hiire eluea pikenemine sõltub annusest ja soost. Teatud rapamütsiini kontsentratsiooni juures pikenes emaste hiirte eluiga rohkem kui isastel, mis korreleerus emasloomade kõrgema rapamütsiini tasemega veres kui isastel.51. Ravi rapamütsiiniga kutsus meestel ja naistel esile täiesti erinevad geeniekspressiooni muutused, mis viitab soospetsiifiliste reaktsioonide olemasolule mTOR inhibeerimisele51. Lisaks erinesid ksenobiootilisi metaboliseerivate ensüümide ekspressioonimustrid rapamütsiiniga (14 mg/kg toidu) saanud hiirte maksas 12 kuu vanuste DR-ga kokkupuutunud loomade omadest.51. Tõepoolest, DR on eluea pikendamisel vähem efektiivne, kui seda alustatakse hilisemas elus52–54, samas kui rapamütsiinravi pikendab hiirte eluiga, isegi kui seda alustati keskeas43,55. Ülioluline on see, et rapamütsiini poolt indutseeritud eluea pikenemist hiirtel on täheldatud ka erineva geneetilise taustaga41,42,44,56.
Rapamütsiini pikaealisuse pikendamise mehhanismid on vananemisbioloogias endiselt kuumalt arutatud teema 56, 57. Rapamütsiinil on kasvajavastased omadused58–60ja vähk on peamine surmapõhjus enamikus hiiretüvedes, mis näitavad rapamütsiini poolt vahendatud eluea pikenemist43,61. Selles kontekstis on üks usutav seletus hiire eluea pikendamiseks rapamütsiini poolt see, et see ravim pärsib surmavate vähivormide teket ja/või agressiivsust. Kuid mõned uurijad on teatanud, et rapamütsiin pärsib lisaks neoplaasiale ka vanusega seotud fenotüüpe62,63, mis viitab kindlalt sellele, et sellel ravimil on laiem vananemisvastane toime. Seevastu Neffi hiljutine põhjalik uuringet al.väitis, et rapamütsiini mõju vananemisfenotüüpideleiseenesestolid üsna piiratud56. Sellega seoses on tehtud vastuolulisi tähelepanekuid rapamütsiinravi mõju kohta AD hiiremudelites64. Pikaajaline ravi rapamütsiiniga viis hiire AD mudelite käitumise paranemiseni ja indutseeris autofagia poolt vahendatud A vähenemise ja hüperfosforüülitud tau tasemed65,66. Seevastu on näidatud, et rapamütsiin soodustab A tootmine67,68ja tõi kaasa A suurenemise -indutseeritud rakusurm69.
Rapamütsiinil on märkimisväärsed kõrvaltoimed – eelkõige metaboolne düsfunktsioon, katarakt ja munandite atroofia –, mis võivad piirata selle pikaajalist kasutamist vananemisvastase ravina inimestel.70,71. Kõige tähtsam on see, et mTOR inhibiitorite immunomoduleeriva toime tõttu on inimpatsientide ravi rapamütsiinilaadse ravimi everolimus/RAD001-ga seotud suurema nakatumissagedusega inimestel, kellel on selliseid haigusi nagu vähk.72,73ja tuberoosskleroosi kompleks (TSC)74. Seevastu hiljutine uuring näitas, et everoliimuse/RAD001 lühiajaline manustamine tervetele vanematele isikutele suurendas immunoloogilist vastust gripi vastu vaktsineerimisele, põhjustades tagasihoidlikke kõrvalmõjusid 75. Gripivaktsiini vastuse vähenemine on vanemate populatsioonide peamine kliiniline probleem.76. Need leiud viitavad sellele, et rapamütsiini või teiste mTOR-i inhibiitorite vahelduv või lühiajaline manustamine võib pärssida teatud funktsionaalselt olulisi vananemise mõjusid, nagu kehv immuniseerimisvastus, vältides samal ajal nende ainete kroonilise kasutamisega seotud negatiivseid tagajärgi. Hiljutine hiirtega läbiviidud uuring on selle seisukohaga kooskõlas, määrates kindlaks rapamütsiini vahelduva manustamise režiimi hiirtel, mis minimeerib metaboolset düsfunktsiooni, säilitades samal ajal kroonilise mTORC1 supressiooni rasvkoes, kuigi mitte teistes kudedes 77. Väga huvitav on hinnata sellised vahelduvad annustamisrežiimid paljudele vanusega seotud fenotüüpidele ja elueale.
Metformiin ja teised biguaniididMetformiin, suukaudne biguaniidne glükeemiline aine, on metaboolse sündroomi ja T2D ravis kõige laialdasemalt kasutatav ravim. Metformiini toimemehhanism ei ole täielikult teada ja sellel on tõenäoliselt palju tegureid. Teatati, et see vähendab seerumi glükoosisisaldust, inhibeerides hepatotsüütides hingamisahela kompleksi I78, mille tulemuseks on ATP tootmise vähenemine ja LKB1 ja AMPK kinaaside aktiveerimine, pärssides maksa glükoneogeneesi79,80. On teatatud, et metformiin aktiveerib AMPK paljudes teistes kudedes, sealhulgas rasvkoes, skeletilihastes, südames ja kõhunäärmes -rakud ja hüpotalamus, millel on potentsiaalselt kasulikud füsioloogilised toimed T2D-ga patsientidel81,82. Siiski avaldab metformiin ka AMPK-st ja LKB1-st sõltumatuid olulisi toimeid83, e.g.antagoniseerides glükagooni toimet84. Hiljuti avastati metformiini jaoks veel üks AMPK-st sõltumatu mehhanism. Madiraju uurimuset al.näitas, et metformiin inhibeerib mittekonkureerivalt redokssüstiku ensüümi mitokondriaalset glütserofosfaatdehüdrogenaasi, suurendades tsütosoolset redoksolekut ja vähendades mitokondriaalset redoksolekut85. See pärsib maksa glükoneogeneesi, vähendades laktaadi ja glütserooli muundumist glükoosiks 85. Kuigi metformiin on praegu T2D raviks heaks kiidetud, viitab suur kirjandus metformiini efektiivsusele muude haigusseisundite, eriti südame-veresoonkonna haiguste ja vähi vastu.78. Sellega seoses näitas hiljutine uuring, et metformiin vähendab kasvaja teket, inhibeerides vähirakkudes mitokondriaalset kompleksi I.86.
AMPK aktiveerimine provotseerib kärbeste ja usside pikaealisust 87,88. Mitmed uuringud näitavad, et metformiinravi võib DR-i mõningaid mõjusid hiljem taastada. Sellega seoses on mitmed uuringud uurinud metformiini ja teiste biguaniidide mõju elueale ning teatanud erinevatest tulemustest. Metformiin ja teised biguaniidid ulatuvadC. elegan'seluiga annusest sõltuval viisil89–91. Suurenemine sisseC. eleganidmetformiini eluiga on vahendatud bakteriaalse folaadi ja metioniini metabolismi pärssimise kaudu, mis omakorda muudab metioniini metabolismi ussis, mille tulemuseks on S-adenosüülmetioniini vähenemine ja S-adenosüülhomotsüsteiini taseme tõus.89. Kuid metformiin ilmselt ei pikenda eluigaD. melanogaster92,93. Tõepoolest, vaatamata AMPK tugevale aktiveerimisele, vähendavad metformiini suured annused nii isaste kui ka emaste kärbeste eluiga.93, võib-olla soolevedeliku homöostaasi häirete tõttu93. Metformiinravi pärssis aga soolestiku kesksoole tüvirakkudes vanusega seotud fenotüüpe94ja avaldas kasulikku mõju ka kärbse rasvumise mudelile95. Hiljutine uuring näitas, et metformiinravi pikendab kriketi mõlema soo keskmise ja maksimaalse eluea märkimisväärselt.Acheta domesticus96. Närilistega on läbi viidud mitmeid uuringuid, et testida metformiini ja teiste biguaniidide mõju elueale; tulemused on varieerunud olenevalt genotüübist, soost ning annusest ja ravi kestusest97. Krooniline ravi metformiiniga (100 mg/kg joogivees) pikendas vähile kalduvate transgeensete HER-2/neu transgeensete, väljaarendatud SHR-i ja sisearetusega 129/Sv emaste hiirte keskmist eluiga 8 protsenti (p<0.05), 37.8% (p<0.01), and 4.4% (p<0.05), respectively98–100. Metformiinravi pikendas ka HER-2/neu transgeensete ja outbred SHR emaste hiirte maksimaalset eluiga vastavalt 9% ja 10,3% võrra, samas kui 129/Sv emaste sisehiirte maksimaalset eluiga ei täheldatud.98–100. Seevastu inbred 129/Sv isaste hiirte ravi sarnase metformiini annusegavähendatudkeskmine eluiga 13,4 protsenti100. Metformiinravi (2 mg/ml joogivees) aga pikendas Huntingtoni tõve (HD) transgeense hiiremudeli isasloomade keskmist eluiga 20,1 protsenti (p=0.017), kuid ei mõjutanud emaste ellujäämist.101. On teatatud, et emaste välisaretatud SHR-hiirte ravi metformiiniga (100 mg/kg joogivees), mida alustati 3 kuu vanuselt, põhjustas keskmise eluea pikenemise tendentsi.102. Metformiinravi lükkas ka noores või keskeas alustades tuvastatavate kasvajate teket edasi, kuid mitte vanemas eas102. Vastsündinu ravi metformiiniga 129/Sv hiirtel (100 mg/kg subkutaanse süstiga) viis 20 protsendini (p<0.001) increase in male mean lifespan and also slightly increased maximum lifespan by 3.5%103. Naistel vähenes keskmine ja maksimaalne eluiga metformiiniga ravitud rühmades aga vastavalt 9,1 protsenti ja 3,8 protsenti.103. Martin Montalvo hiljutises uuringuset al., isastel C57BL/6 hiirtel, kellele manustati toidus metformiini 0,1 protsenti, suurenes keskmine eluiga 5,8 protsenti (p=0,02, Gehan-Breslow ellujäämise test), samas kui toidulisand 1 protsenti metformiin oli toksiline ja vähendas keskmist eluiga 14,4 protsenti104. Kuid B6C3F1 isastele hiirtele lisamine metformiiniga 0,1 protsenti pikendas eluiga vaid 4,2 protsenti (p=0.064, Gehan–Breslow)104. Ravi teise biguaniidi, fenformiiniga (2 mg hiire kohta 0,2 ml joogivees) vähendas oluliselt emaste C3H/Sn hiirte spontaansete kasvajate teket ja pikendas keskmist eluiga 21 protsenti või rohkem (p.<0.05)105,106ja maksimaalne eluiga 26 protsenti105. ITP konsortsium hindab metformiini eluea mõju hiirtel ja tulemused peaksid olema peagi kättesaadavad.
Rottidel põhjustas ravi buformiiniga (5 mg roti kohta 1 ml joogivees) emaste LIO loomade keskmise eluea mitteolulist 7,3% pikenemist, samas kui fenformiiniga (5 mg roti kohta 1 ml joogivees) ei mingit mõju105. Kuid nii buformiini kui ka fenformiini manustamine pikendas emaste LIO rottide maksimaalset eluiga vastavalt 5,5 protsenti ja 9,8 protsenti.105. Ravi metformiiniga (300 mg/kg/päevas) ei suurendanud isaste F344 rottide keskmist ega maksimaalset eluiga107. Samas aruandes ei õnnestunud DR-ga kokku puutunud isaste F344 rottide paralleelrühmal eluea pikenemist siiski näidata.107jättes selle uuringu metformiini tulemused mõnevõrra ebaselgeks. Mehaaniliselt on pakutud, et ravi metformiiniga jäljendab mõningaid DR-i mõjusid, eelkõige AMPK aktiivsuse suurendamise ja ka antioksüdantide reaktsioonide aktiveerimise kaudu, mis viib nii oksüdatiivsete kahjustuste kuhjumise kui ka kroonilise põletiku vähenemiseni.104.
Kuigi üheski uuringus ei ole ametlikult analüüsitud pikaajalise metformiinravi mõju tervete inimeste elueale, on randomiseeritud.metformiini kliinilised uuringud näitasid soodsat mõju T2D-ga ülekaaluliste/rasvunud patsientide tervisele ja ellujäämisele, mida näitas südame-veresoonkonna haiguste ja vähi esinemissageduse ja üldise suremuse vähenemine108–110. Kombineerituna sulfonüüluureaga, metformiinigasuurenenuddiabeediga seotud surma ja igasuguse suremuse risk mitte-ülekaaluliste ja ülekaaluliste/rasvunud T2D-ga inimeste segarühmas78,108. Kooskõlas nende tähelepanekutega on Bannisteri hiljutine uuringet al.teatasid, et metformiiniga ravitud T2D-ga patsientidel oli parem elulemus võrreldes sobivate mittediabeetiliste kontrollidega, samas kui sulfonüüluureatega ravitud patsientidel oli elulemus vähenenud111.
Arvestades suhteliselt paljutõotavaid andmeid näriliste kohta, vihjeid selle kohta, et metformiin võib inimestel vähki ja muid vanusega seotud haigusi maha suruda, ning metformiini suhteliselt healoomulist ohutusprofiili, on suur praegune huvi selle ravimi võime ametlikku testimise vastu, et see ravim vanusega seotud haigust edasi lükata. inimestel112. Tõepoolest, USA Toidu- ja Ravimiamet (FDA) kiitis hiljuti heaks uuringu nimega Targeting Aging With Metformin (TAME) metformiini kui vananemisvastase ravimi hindamiseks. TAME projektis osaleb ligikaudu 3000 osalejat vanuses 70–80 aastat, kellel on juba üks, kaks või kõik kolm haigusseisundit: vähk, südamehaigused või kognitiivsed häired või kellel on oht nende tekkeks. Kohtuprotsess toimub ligikaudu 15 keskuses üle USA 5–7 aasta jooksul ja see läheb maksma ligikaudu 50 miljonit dollarit.113. Uuringu eesmärk on välja selgitada, kas metformiin võib ära hoida vanusega seotud haiguste teket. See oluline katse on esimene vananemisvastase kandidaataine katsetamine inimestel.
Resveratrool ja teised sirtuiini aktiveerivad ühendid
Sirtuiinid on NAD-i perekondpluss-sõltuvad deatsetülaasid / ADP ribosüültransferaasid / deatsetülaasid, mis on seotud toitainete reaktsioonide reguleerimisega ja paljude muude rakubioloogia aspektidega8. Sirtuiinide perekonna asutajaliikme Sir2 üleekspressioon pikendab lootustandva pärmi replikatsiooni eluigaSaccharomyces cerevisiaerepresseerides ekstrakromosomaalsete rDNA plasmiidide akumulatsiooni, soodustades kahjustamata proteoomi eraldamist tütarrakku, tugevdades subtelomeerset vaigistamist ja võib-olla ka muid mehhanisme114,115. Mitmed, kuigi mitte kõik, uurijad on leidnud, et sirtuiinide üleekspressioon ussides ja kärbestes pikendab nende organismide eluiga mõõdukalt.116–123. Huvitaval kombel võib Sir2 homoloog Sir-2.1 laienedaC. elegan'seluiga viisil, mis ei sõltu selle deatsetülaasi aktiivsusest116. Tõepoolest, sirtuiini aktiivsuse saadus nikotiinamiid (NAM) ja selle metaboliit 1-metüülnikotiinamiid (MNA) on võimelised pikendama usside eluiga, potentsiaalselt indutseerides mööduvat ROS-signaali.116. Imetajatel on SIRT1 lähim Sir2 homoloog; selle valgu üleekspressioon ajus (kuid mitte kogu organismis) pikendab eluiga124Tõenäoliselt parandades hüpotalamuse funktsiooni vananemise ajal125. Teise sirtuiini, SIRT6, globaalne üleekspressioon pikendab konkreetselt isaste hiirte eluiga, vähemalt osaliselt kopsuvähi pärssimise kaudu, mis on kasutatud hiirte isaste peamine surmapõhjus.126,127. SIRT2 üleekspressioon stabiliseerib mitootilise kontrollpunkti valgu BubR1 taset progeroidisBubR1H/H hiirtel ja pikendab selle tüve isaste hiirte keskmist ja maksimaalset eluiga128. Puudub teave kroonilise SIRT2 üleekspressiooni võimalike mõjude kohta WT loomadel. Koguvad tõendid viitavad sellele, et NADplusstase võib vananemise ajal langeda, kahjustades sirtuiini aktiivsust ja et sirtuiini üleekspressiooni võime pikendada eluiga tasakaalustab osaliselt seda mõju, säilitades sirtuiini funktsiooni vähenenud NAD korral.plussbassein vanemates organismides129.
Resveratrool ja teatud teised polüfenoolid tuvastati algselt kui Sir2/SIRT1 aktivaatorid, mis pikendasid pärmi keskmist ja maksimaalset eluiga.130. Oluline on märkida, et resveratrool on väga valimatu ravim ja sellel on funktsionaalselt oluline mõju paljudele rakulistele sihtmärkidele.131. Samuti on teatatud, et usside ja kärbeste töötlemine res veratrooliga (usside puhul 100 μM ja kärbestel 10–100 μM) pikendab eluiga, olenevalt funktsionaalse Sir-2.1 ja dSir2 olemasolust.132. Bassi uurimus agaet al.väitis, et ravi resveratrooliga (1–1000 μM) ei avaldanud olulist mõjuDrosophilaeluaeg133. Samas uuringus teatati ka, et ravi resveratrooliga 100 μM põhjustas ainult vähese ja juhusliku tõusu.C. eleganideluiga nii WT kui kahärra-2.1mutantsed loomad, mis viitab sellele, et need väikesed suurenevadC. eleganidresveratrooli põhjustatud eluiga võib ollaHärra-2.1sõltumatu133. Resveratrool kaitseb usse oksüdatiivse stressi, kiirgusest põhjustatud kahjustuste ja amüloiditoksilisuse eest134–136ja tekitab kärbestel ka radiokaitse137. Resveratrooli ravi pikendab mesilase keskmist ja maksimaalset eluiga138ja lühiealised kaladNothobranchius furzerijaNothobranchius guentheri139–141.
Teatati, et resveratrool ja teised sirtuiini aktiveerivad ühendid (STAC) aktiveerivad Sir2/SIRT1 allosteeriliselt130. Teised rühmad on aga leidnud, et need ühendid ei suutnud suurendada SIRT1 aktiivsust looduslike peptiidide suhtesin vitro142,143. Selles kontekstis on tehtud ettepanek, et resveratrooli poolt indutseeritud suurenenud SIRT1 aktiivsus sõltub mittenatiivse fluorofoori olemasolust, mis on konjugeeritud peptiidjärjestusega, mida algselt kasutati SIRT1 aktivaatorite skriinimisel.142,143. Hiljutised aruanded on aga näidanud, et resveratrool ja teised STAC-id seonduvad otseselt SIRT1-ga ja suurendavad allosteeriliselt selle deatsetülaasi aktiivsust märgistamata peptiidsubstraatide suhtes.144,145. Samuti on teatatud, et resveratrool inhibeerib inimese türosüüli ülekande-RNA (tRNA) süntetaasi (TyrRS) katalüütilist aktiivsust, mille tulemuseks on selle tuuma translokatsioon ja NAD stimuleerimine.plusspolü (ADP-riboos) polümeraasi 1 (PARP1) sõltuv aktiveerimine146. PARP1 mängib olulist rolli nii DNA parandamisel kui ka transkriptsioonil147.
Hiirtel kaitseb resveratrool kõrge rasvasisaldusega/kõrge kalorsusega dieedi mõningate kahjulike mõjude eest148–151, vähendab oluliselt mitut tüüpi vähivormide kasvu ja arengut152–154ja lükkab edasi või takistab AD tekkimist155,156. Lisaks kaitseb resveratrool närilistel ja inimestel nii I tüüpi diabeedi kui ka T2D eest157,158 ja südame-veresoonkonna haigused159ja sellel on põletikuvastane toime160 ja viirusevastased tegevused161. On teatatud, et resveratrooli lisamine (kas {{0},016–0,1 protsenti dieedist või 25 mg/kg päevas) pikendab rasvumise hiiremudelite eluiga.148, AD162, HD163ja amüotroofiline lateraalskleroos164,165. Resveratrooli ravi (2–8 mg/kg/päevas) pikendab LPS-ga ravitud hiirte eluiga166 ja vähendab katehhoolamiinide põhjustatud suremust rasvunud rottidel (20 mg/kg/päevas)167. Lisaks pikendab resveratrool (10 mg/ml, intraperitoneaalne süstimine) elulemust sepsisest põhjustatud ägeda neerukahjustuse hiiremudelis ja taastab neerude mikrotsirkulatsiooni168. Resveratrooli manustamine (18 mg/kg/päevas dieedis) parandab ka ellujäämist roti hüpertensiooni mudelis169. Oluline on aga see, et ravi resveratrooliga (100–1200 mg/kg toidu kohta) ei pikenda normaalse toiduga toidetud hiirte eluiga.50,170,171. Resveratrooli lisamine kutsub esile geeniekspressiooni muutused mitmetes kudedes, mis sarnanevad hiirte kaloripiiranguga seotud muutustega171,172.
Inimestel kutsus 30-päevane resveratrooli lisamine (150 mg/päevas) rasvunud meestel esile metaboolsed muutused, sealhulgas une ja puhkeoleku ainevahetuse, intrahepaatiliste lipiidide sisalduse, tsirkuleeriva glükoositaseme, põletikumarkerite ja süstoolse vererõhu vähenemise.173. Resveratrooliga töödeldud objektide skeletilihastes ilmnes suurenenud AMPK aktiivsus, suurenenud SIRT1 ja PGC -1 valgu taset ja rasvhapete mitokondriaalset hingamist173. Seevastu 12-nädalane resveratrooli lisamine (75 mg/päevas) normaalse glükoositaluvusega mitterasvunud, postmenopausis naistel ei põhjustanud ilmseid muutusi keha koostises, insuliinitundlikkuses, puhkeolekus ainevahetuse kiiruses, plasma lipiidides ega põletikumarkerites.174. Lisaks ei mõjutanud resveratrooli lisamine selle oletatavaid molekulaarseid sihtmärke, sealhulgas AMPK-d,SIRT1, NAMPTjaPPARGC1A, kas skeletilihastes või rasvkoes174.
Cai hiljutine oluline uuringet al.näitas resveratrooli kaitsva toime mittelineaarset annust inimestel ja hiirtel175. Kui seda manustati koos kõrge rasvasisaldusega dieediga (HFD), näis väikeses annuses resveratrooli (~0,07 mg/kg/päevas) olevat tõhusam kui suures annuses (14 mg/kg/päevas) vähendada adenoomide arvu ja vähendada üldist kasvajakoormustApcMinhiired, soolestiku kantserogeneesi mudel. Huvitav on see, et emastel hiirtel, kes said resveratrooli väiksemat annust, ilmnes soole limaskestas oluliselt kõrgem AMPK ekspressioon ja aktivatsioon kui suure annuse rühmas.175. Inimese kolorektaalsed kuded puutuvad pidevalt kokku resveratrooli madala kontsentratsiooniga ({{0}},01 kuni 0,1 μM).ex vivonäitas kiiret AMPK aktiveerumist ja suurenenud autofagiat madalatel kontsentratsioonidel ning vähem väljendunud või isegi puuduvat toimet suuremate annuste korral (1 kuni 10 μM)175. See ebatavaline toime võib aidata ratsionaliseerida vastuolulisi aruandeid resveratrooli efektiivsuse kohta inimestel ning tulevased resveratrooli kasutavad inimuuringud tuleb kavandada, pöörates hoolikalt tähelepanu annusele ja seerumitasemetele ning resveratrooli oletatavatele molekulaarsetele sihtmärkidele avalduva mõju põhjalikule hindamisele.
Sünteesitud on ka teisi STAC-e, mis väidetavalt parandavad hiirte tervist ja pikendavad nende eluiga. On teatatud, et STAC SRT1720 (100 mg/kg/päevas) pikendas täiskasvanud isaste C57BL/6J hiirte keskmist eluiga, keda toideti standardse dieediga 8,8 protsenti (p{6}}.096) ja kuni 21,7 protsenti ( p=0.0193) HFD-l, pikendamata kummaski kontekstis maksimaalset eluiga176,177. Ravi SRT1720 parandas HFD-ga toidetud loomade füsioloogilisi parameetreid, vähendades maksa steatoosi, suurendades insuliinitundlikkust, suurendades lokomotoorset aktiivsust ja indutseerides ka geeniekspressiooniprofiili, mis on sarnane standardse dieediga seotud profiilile.176. SRT1720 lisamine pärssis põletikku soodustava geeniekspressiooni hiirte maksas ja lihastes, kellele toideti standardset chow dieeti, ning lükkas edasi vanusega seotud ainevahetushaiguse teket.177. Samamoodi suurendas toidulisand (100 mg/kg) koos teise sünteetilise STAC-iga SRT2104 isaste C57BL/6J hiirte keskmist ja maksimaalset eluiga 9,7 protsenti (p<0.05) and 4.9% (p<0.001), respectively, and increased insulin sensitivity and motor coordination while reducing inflammation178. Lühiajaline ravi SRT2104-ga säilitab luu- ja lihasmassi eksperimentaalses atroofiamudelis178. Need leiud näitavad, et resveratrool ja teised STAC-id võivad avaldada kasulikku mõju tervisele, eriti HFD kontekstis, ning et mõned STAC-id võivad normaalsetes söötmistingimustes eluiga mõõdukalt pikendada; Siiski on vaja täiendavaid uuringuid, et paremini hinnata nende mõju emaste ja muude hiirte tüvede pikaealisusele. Sellega seoses on praegu suur huvi NAD-i mõjude hindamise vastuplussprekursorid kui metaboolsete haiguste ravimeetodid ja vananemisvastased ravimid129.
Küsi lisa:
E-post:wallence.suen@wecistanche.com whatsapp: pluss 86 15292862950
