Kalorite piiramise ja kalorite piiramise mimeetikute potentsiaal vananemise edasilükkamisel: keskenduge eksperimentaalsetele mudelitele

Palun võtke ühendustoscar.xiao@wecistanche.comrohkem informatsiooni

Abstraktne:Vananemine on bioloogiline protsess, mille määravad kindlaks mitmed rakulised mehhanismid, nagu genoomne ebastabiilsus, telomeeride hõõrdumine, epigeneetilised muutused, proteostaasi kadu, dereguleeritud toitainete tajumine, mitokondriaalne düsfunktsioon, rakkude vananemine, tüvirakkude kurnatus ja muutunud rakkudevaheline suhtlus, mis lõppkokkuvõttes langevad kokku inimese funktsionaalne langus. Tõendid selle kohta, et vana elanikkond kasvab pidevalt ja kolmekordistub järgmise 50 aasta jooksul, koos tõsiasjaga, et eakatel on suurem tõenäosus haigestuda sellistesse patoloogiatesse nagu vähk, diabeet ja degeneratiivsed häired, stimuleerivad olulisi jõupingutusi konkreetsete vastumeetmete leidmisel. On näidatud, et kalorite piiramine (CR) moduleerib toitainete tundmise mehhanisme, kutsudes esile parema metaboolse profiili, suurendades stressiresistentsust, vähendades oksüdatiivset stressi ja parandades põletikulist reaktsiooni. Seetõttu on CR ja CR-mimeetikume pakutud võimsate vahenditena vananemise aeglustamiseks ja terve eluea pikendamiseks eksperimentaalsetes mudelites ja inimestel. Võttes arvesse raskusi ja eetilisi küsimusi vananemisuuringute läbiviimisel ja vananemisvastaste sekkumiste katsetamisel inimestel, peavad teadlased esialgu töötama eksperimentaalsete mudelitega. Käesolevas ülevaates kirjeldatakse peamisi eksperimentaalseid mudeleid, mida kasutatakse CR-mimeetikumide uurimisel, tuues esile nende rakenduse laboratoorsetes rutiinis ja nende ülekandmist inimuuringutesse.

Märksõnad:vananemine;eluiga; tervise-span; kalorite piiramine; kaloripiirangu mimeetikum; resveratrool;katselised mudelid

1. Sissejuhatus

Maailma vananeva rahvastiku kiire kasv (https://population.un.org/wpp/;reporting the World people Prospect of 2019, juurdepääs 2021. aasta märtsis) on ajendanud tegema suuri jõupingutusi vananemise aluseks olevate mehhanismide uurimisel. võimalike vastumeetmete otsimisel.

Lisateabe saamiseks klõpsake siin

Vananemist iseloomustavad kaks omavahel seotud aspekti: mitmete põhiliste bioloogiliste protsesside talitlushäired ja paralleelne inimese funktsionaalne langus. Tegelikult võib põhiprotsesse reguleerivate molekulaarsete mehhanismide muutumine suurendada krooniliste haiguste (nt südame-veresoonkonna haigused, diabeet, vähk ja neurodegeneratsioon) tekkeriski, samas kui indiviidi funktsionaalne langus aitab kaasa negatiivsele terviseprobleemile. olukordi.

Viimasel ajal on väidetud, et vananemist määravad üheksa bioloogilist protsessi, milleks on: genoomne ebastabiilsus, telomeeride hõõrdumine, epigeneetilised muutused, proteostaasi kadu, dereguleeritud toitainete tajumine, mitokondriaalne düsfunktsioon, rakkude vananemine, tüvirakkude kurnatus ja muutunud rakkudevaheline suhtlus. [1]. Iga eristatav vananemise tunnus on kindlaks tehtud järgmiste kolme tunnuse põhjal: (1) see ilmneb normaalse vananemise ajal; (2) selle eksperimentaalne intensiivistamine kiirendab vananemist; ja (3) selle katseline vähendamine aeglustab vananemist [1].cistanche eluea pikendamineSelle kahjustuse tagajärgede kuhjumine aja jooksul põhjustab paratamatult rakusurma.

Mitmete vananemisele sügavat mõju avaldavate muutuste hulgas on toitainete tundlikud rakuteed viimasel ajal palju huvi pakkunud tänu nende potentsiaalile olla terapeutilised sihtmärgid vanusega seotud haiguste ennetamisel ja terve eluea pikendamisel. Toitainete tundlikkuse rajad on peamiselt rühmitatud ümber IGF-i (insuliini kasvufaktori) / insuliini, TOR-i (rapamütsiini sihtmärk) ja AMPK (AMP-aktiveeritud proteiinkinaasi) radadeks[2]. On laialdaselt tõestatud, et rakuliste toitainete olemasolu kutsub esile insuliini retseptori ja IGF-1R stimuleerimise, tekitades fosforüülimise kaskaadi, mis aktiveerib AKT (Ak transforming), mis indutseerib glükoosi metabolismi GSK-3 kaudu, pärsib. FOXO (Forkhead box) transkriptsioonifaktori kaudu laia valikut rakulisi vastuseid ja stimuleerib valgusünteesi, aktiveerides TORC1 (TOR Com-plex1), mis viib valgusünteesi ja rakkude kasvuni. Lisaks aktiveerib IGF-1R-sõltuv signaal Ras/MAPK signaaliraja, mille tulemuseks on rakkude proliferatsioon. Vastupidiselt sellele, kui rakk on ilma toitaineteta või madala energiaga tingimustes, suureneb AMPK tase ja pärsib TORCl kaudu valkude sünteesi, vähendades anaboolseid protsesse ja kutsudes esile mitokondriaalse hingamise [2].

Cistanche on vananemisvastane toime

Vastavalt sellele on erinevate eksperimentaalsete mudelite andmed suures osas näidanud, et eluea pikenemist esile kutsuvad mutatsioonid on seotud ülalloetletud signaaliradade muutunud aktiivsusega [3].

Huvitaval kombel on eluea pikenemist toitainete tundlikkuse signaaliradade pärssimisel seostatud ka kaloripiirangust (CR) põhjustatud füsioloogilise seisundiga. Tegelikult on CR, mis seisneb kalorite tarbimise vähendamises ilma alatoitumiseta, kui jõuline sekkumine näriliste eluea pikenemise ja tervisliku vananemise edendamiseks eelmise sajandi alguses [4] ning lisaks sellele on väidetud, et sellel on ka sarnane toime. mõju inimestele [5,6]. On näidatud, et CR-režiimid kutsuvad esile metaboolseid kohandusi, nagu vähenenud oksüdatiivne stress ja paranenud põletikuline reaktsioon [7, 8], mis lõppkokkuvõttes põhjustavad paremat elu- ja tervist. Eksperimentaalsete mudelitega tehtud uuringud võimaldasid seostada eluea pikendamise mõju IGF-1 [9,10], TOR[11] ja AMPK signaaliradade[12] modulatsiooniga, aga ka muude sihtmärkidega, nagu näiteks ülalmainitud FOXO, mis stimuleerib valgusünteesi, NfkappaB, mis osaleb põletikulises reaktsioonis, ja Nfr2, mis on seotud mitokondriaalse biogeneesiga [2,13-15]. Veelgi enam, hiljutine töö aitas tuvastada Sir2/SIRT1 NAD-sõltuva histooni deatsetülaasi, mis osaleb kromatiini vaigistamise rajas, kui CR-i indutseeritud eluea ja tervise pikendamise peamise regulaatori[16-18] .cistanche nzSirtuinide regulatiivsete omaduste kindlakstegemine koos tõenditega, et see rada on erinevate liikide seas säilinud[16], on andnud sellele molekulaarsele rajale farmakoloogiliselt reguleeritava sihtrolli terviseseisundi parandamiseks, eriti nendes liikides. isikud, kes ei saa endale lubada CR-i sekkumisi. Selle tulemusena on praegu olemas suur hulk teadusuuringuid, mis keskenduvad looduslike ja sünteetiliste ühendite (CR-mimeetikumide) uurimisele, mille eesmärk on parandada inimeste eluiga ja tervist[19-21]. Tuntuimate hulgas on looduslikku polüfenoolresveratrooli, tugevat SIRTl-i aktivaatorit, mida on laialdaselt uuritud nii eksperimentaalsetel mudelitel kui ka inimestel[22-25]

Vananemismehhanismide ja võimalike vastumeetmete uurimine inimestel nende vastandamiseks on vananemisprotsessi enda pika kestuse tõttu keeruline. Longituuduuringuid on raske teostada, kuna need nõuavad olulist pingutust, jälgitavust ja järjepidevust, mille pikaajaline säilitamine on triviaalselt väga problemaatiline. Teisest küljest võivad läbilõikeuuringuid mõjutada mitmed tegurid, eriti kui arvestada, et viimasel sajandil on mitmed elukvaliteeti iseloomustavad parameetrid, nagu sotsiaal-sanitaarsed tingimused, toitumisrežiimid ja psühhofüüsilised tegevused, dramaatiliselt muutunud. Lisaks võib populatsiooni omaduste heterogeensus analüüse veelgi keerulisemaks muuta.

Peamiselt nendel põhjustel, aga ka eetilistel probleemidel uuritakse vananemist eksperimentaalsetel mudelitel. Kahjuks ei puudu eksperimentaalsed mudelid lõkse, vigu ega takistusi. Katsete kavandamisel tuleb arvestada mitmete teguritega, et uurida CR ja CR mimeetikumide mõju vananemisprotsessile.cistanche peenise suurusKuigi teoreetilised eluea kõverad on mitmes katsemudelis üsna homogeense kujuga, võivad need olla tohutult erineva pikkusega [26] ega suuda anda teavet eksperimentaalse mudeli tegeliku tervisliku seisundi (tervisevahemiku) kohta [27]. Lisaks võib vananemine koe või elundi tasandil esile kutsuda mitmesuguseid modifikatsioone, olenevalt kasutatud katsemudelist [28, 29]. Mitte vähem oluline on see, et eluea pikendamise aluseks olevad CR-mehhanismid võivad liikide lõikes erineda [30, 31].

Käesoleva ülevaate eesmärk on anda ülevaade peamistest vananemisuuringutes kasutatavatest eksperimentaalsetest mudelitest, tuues välja omadused, mis võimaldavad neid kasutada CR-i ja CR-i mimeetikumide uurimisel ning nende tõlkimist inimuuringutesse igapäevase laboratoorse rutiini vaatenurgast.

2. Saccharomyces cerevisiae

Esimesed uuringud võrsuva pärmi Saccharomyces cerevisiae vananemise kohta pärinevad 60 aastat tagasi [32], sellest ajast alates on selle rakendamine vananemisuuringutes olnud pidevalt aktiivne. Hiljuti, 21. aasta alguses, sai pärmi kasutamine vananemisuuringutes olulise plahvatuse tänu Sirtuinsi, eluea reguleerimisega seotud histooni deatsetülaaside klassi avastamisele.

Saccharomyces cerevisiae on üherakuline eukarüootne organism, millel on 600 täielikult järjestatud geeni [33, 34] ja lühike elutsükkel. Pärmirakud vohavad nii haploidses kui ka diploidses olekus sõltuvalt toitainete rohkusest. Piisava toitainevaruga rakud prolifereeruvad diploidses olekus rakutsükliga 2 tundi, samas kui toitainete eemaldamisel sisenevad nad meioosi ja eoste moodustumisse. Eosed võivad ellu jääda tundidest kuudeni ning soodsates tingimustes võivad haploidsed a- ja alfaeosed vohada ja paarituda, moodustades diploidseid rakke.cistanche pulberLihtne nõutav laborivarustus, lühike genereerimisaeg ja hästi iseloomustatud genoom, millel on palju sarnasusi imetajate rakkudega ja mida on geneetiliste lähenemisviiside abil kergesti muudetav, on Saccharomyces cerevisiae optimaalne vahend vananemisega seotud mitmete radade molekulaarsete mehhanismide lahkamiseks.

Loomutava pärmi elutsükkel ja vananemine on määratletud kahe erineva katseprotokolli abil, mis mõõdavad kahte erinevat bioloogilist omadust. Need on vastavalt replikatiivne eluiga ja kronoloogiline eluiga [32, 36]. Esimene katseprotokoll põhineb tõenditel, et üksiku emaraku tärkamisvõime väheneb aja jooksul. Teine katseprotokoll põhineb populatsiooni kasvu kuni platookontsentratsiooni analüüsil vedelas keskkonnas ja elujõuliste või metaboolselt aktiivsete rakkude protsendi hindamisel[34].

Tõendid, mis näitavad, et glükoosi kättesaadavuse vähenemine kasvusöötmes 2 protsendilt 0,01 protsendile kutsus esile Saccharomyces cerevisiae eluea pikenemise, on muutnud selle organismi suurepäraseks mudeliks eluea pikendamise põhimehhanismide uurimiseks. pärast CR[17,37]. Huvitaval kombel võimaldasid 2000. aastal eri rühmade uuringud identifitseerida Sir-2 NAD-sõltuvat histooni deatsetülaasi rada [17,18,38] kui eluea pikendamise peamist regulaatorit. Alles hiljem on näidatud, et Sir2 rada on liikide seas säilinud [16].

Praegu reguleerivad signaalimisteed replikatiivset ja kronoloogilist elu. vahemik on paremini iseloomustatud. Tegelikult on näidatud, et RAS-PKA ja Tor-Sch9 signaalirajad on nii replikatiivse kui ka kronoloogilise eluea osas järjepidevad, samas kui Sir2 raja moduleerimise mõju kronoloogilisele elueale on vastupidine replikatiivsele elueale. -span [17,39]. Need tõendid annavad täiendava elemendi, mis aitab teadlasel valida sobivaima katseprotokolli.

Huvitav on see, et ülalmainitud omadused muudavad tärkava pärmi väga sobivaks suure läbilaskevõimega metoodikate jaoks, eriti vananemisvastaste ühendite sõelumisel [40-42]. Sellega seoses teatas Howitzi ja kaastöötajate[20] töö väikeste molekulide, nagu resveratrooli, avastamisest, mis on võimelised aktiveerima Sirtuine ja kutsuma esile eluea pikenemise, jälgides uute CR-i mimeetiliste ühendite kavandamise ja sõelumise tempot. . Kuigi pärm võimaldab täpselt iseloomustada mõningaid vananemisega seotud molekulaarseid radu, on selle kasutamine CR-i ja CR-mimeetikumide uurimisel piiratud, mitte ainult seetõttu, et see ei suuda anda teavet kudede ja elundite tasandil, vaid ka seetõttu, et CR-mehhanismid võivad erineda. liikide hulgas [31]. Tõepoolest, imetajad sisaldavad seitset pärmi Sir2 homoloogi, millel on erinev rakuline lokalisatsioon, erinev valkude interaktsioon ja erinev bioloogiline funktsioon [30].

3. Caenorhabditis elegans

Alates 1970. aastatest on väike nematood Caenorhabditis elegans üks enim kasutatud organisme vananemisuuringutes ja vananemisgeneetika uurimisel [4]. Huvitaval kombel võimaldas see tuvastada insuliini/IGF-1 signaaliraja ja seejärel FOXO eluea pikendamise võtmeregulaatoritena [[9,10,45]. Alles hiljem leiti insuliini/IGF-1 rada ja seda iseloomustati paremini teistel mudelloomadel ja inimestel [46-48]

Normaalsetes tingimustes (20 kraadi) areneb C.elegans munast ja läbib neli vastsefaasi (L1-L4), et saada kolme päevaga paljunemisvõimeline täiskasvanud hermafrodiit-uss. C.elegansi keskmine eluiga on umbes 15 päeva ja maksimaalne eluiga umbes 27 päeva. Ebasoodsates tingimustes (st temperatuuri või toitainete piiramise korral) võivad ussid pärast vastsete staadiumi L2 siseneda alternatiivsesse arenguseisundisse, mida nimetatakse dauer vastseteks, mis on stressi- ja vananemiskindel [49, 50]. Kui tingimused muutuvad soodsamaks, võivad vastsed muutuda sigimiseks täiskasvanuks. Täiskasvanud uss on lihtne organism, mis koosneb umbes 1000 rakust, mis moodustavad inimese elunditega funktsionaalselt sarnased erinevad kuded ja elundid [51,52]. Vanuse kasvades vähendavad C.elegansi ussid oma aktiivsust, muutuvad vähem koordineerituks ja võivad lõpuks vanusest sõltuval viisil liikumise lõpetada [53]. Lisaks on normaalsel ja transgeensel C.elegansil ilmnenud mõned vananemistunnused nagu sarkopeenia [54] ja neurodegeneratsioon [55,56].

Laboratoorse rutiini seisukohalt on C. elegans huvitav eksperimentaalne mudel, kuna seda on suhteliselt lihtne hooldada ja kasvukeskkonda on lihtne häälestada [53]C.elegansi genoom on dešifreeritav, kergesti muudetav ja hästi seostatav inimese geenidega. 57,58]. RNAi raamatukogu olemasolu, mis katab umbes 80 protsenti geenidest, võimaldab ulatuslikke sõeluuringuid, et tuvastada geene, mis on seotud eluea moduleerimisega [59,60]. Populatsiooni eluiga ei ole üldiselt kõikumine või on väike, võimaldab tuvastada statistiliselt olulisi tegureid, mis pikendavad või vähendavad eluiga 10-15 protsenti [60]

C.elegansi on vananemisuuringutes kasutatud silmapaistva mudelina juba mitu aastat, kuna on leitud, et daueri staadiumi reguleerivate geenide mutatsioonid on korrelatsioonis elueaga. Näiteks vanus-1 ja daf-2 mutantide, mille eluiga oli pikem, analüüsid viisid insuliini/IGF-1 signaaliraja tuvastamiseni [9,10] Seejärel võimaldasid daf-16 mutandid tuvastada FOXO raja ja näitasid selle raja tähtsust oksüdatiivse stressi vastupanuvõime parandamisel. Nende oluliste avastuste tulemusena ning tänu mutantidega töötamise ja selle genoomiga manipuleerimise lihtsusele kasutati C. elegansi, et näidata, et CR-indutseeritud eluea modulatsioon on ranges korrelatsioonis mitokondriaalse terviklikkusega [31,62]. paljastades mitokondrite keskset rolli metaboolse plastilisuse määramisel.

Huvitav on see, et paljude eksperimentaalsete tööriistade kättesaadavus koos võimalusega kontrollida bakteriaalset toitu ja spetsiifiliste toitainete olemasolu võimaldas CR-st sõltuva eluea pikendamisega seotud molekulaarsete mehhanismide dissekteerimist, näidates, et erinevad toitumisrežiimid võivad eluiga moduleerida sõltumatute või kattuvate mehhanismide abil[63].cistanche salsa ekstraktSelle tulemusena on nüüdseks laialdaselt aktsepteeritud, et CR mõju on põhjustatud pigem geneetiliste radade võrgu häiretest kui ühest lineaarsest rajast.

C. elegansi kasutati ka esimestes uuringutes resveratrooli mõjutatud molekulaarsete radade lahkamise kohta [21], kinnitades AMPK-d kui energiaandurit, mis vastutab eluea pikendamise eest, ning juhatades uute CR-mimeetikumide otsimist ja skriinimist [64]. . Kuigi C.elegansi kasutamine pikaealisuse uurimisel tõi kaasa olulisi avastusi, ei ole see organism nõrkade külgedeta. Kuna keha struktuur on väga lihtne ja kuna CR kasuliku toimega seotud mehhanismid võivad erinevates organismides erineda [31], tuleb selle seost inimestega hinnata ettevaatlikult.

4. Drosophila melanogaster

Drosophila melanogasterit kasutati esimest korda vananemiskatsetes 1916. aastal, näidates, et selle eluiga oli toidust ja temperatuurist sõltuv [65], ja seda peetakse siiani sobivaks mudeliks vananemisuuringutes. Tänu võimalusele teostada demograafiliste analüüside jaoks suuremahulisi sõeluuringuid, on äädikakärbsel teistes mudelorganismides avastatud leidude valideerimisel sillaroll [45,66]. Selle tulemusena kasutatakse D. melanogasterit suurel määral CR-mehhanismide uurimisel ja CR-i mimeetikumide otsimisel [21,67].

25 kraadi juures on D. melanogasteri eluiga ligikaudu 60 päeva, mida saab temperatuuri tõstmisega lühendada ja kasvutemperatuuri alandamisega vastupidi pikendada. D. melanogaster, nagu ka teised putukad, võib pärast valgustsüklit ja temperatuuri modulatsiooni siseneda paljunemispausi. Nagu on kirjeldatud C. elegansi puhul, on diapaus seotud parema stressikindluse ja pikema elueaga.

On kirjeldatud, et D. melanogaster läbib funktsionaalse vananemise koe ja elundi tasandil [68]. Huvitav on see, et sarnaselt inimestel täheldatuga näitavad kärbsed vananemise ajal valitud biomarkerite muutumist täiustatud glükatsiooni lõpp-produktide ehk karbonüülitud valkudena [69]. Elundi tasandil kutsub vanuse progresseerumine esile tasakaalustamata soolestiku homöostaasi, muutunud südame- ja skeletilihaste funktsioonid ning neuroloogilised ja neurosekretoorsed modifikatsioonid [70,71]. Veelgi olulisem on see, et kuigi pole vaja rõhutada, et D. melanogaster ei peegelda kaugeltki inimorganismi, on see suurepärane mudel vananemisprotsessi geneetilise keerukuse uurimiseks.

Labori seisukohalt D. Melanogaster vajab lihtsat ja kulutõhusat hooldust ning teadlased saavad väga head teadmised teguritest, mida tuleks äädikakärbsega töötamisel arvesse võtta[68]. Selle genoomi lihtsus, mis koosneb 13,000 geenid, mis kuuluvad ligikaudu samasse imetaja geeniperekonda [45], koos sama genotüübiga tüvede kättesaadavusega hõlbustavad demograafilist analüüsi ja suuremahuliste sõeluuringute teostamist[45,66]. Tegelikult on D. melanogaster suurepärane mudel geneetiliste analüüside tegemiseks tänu mutantsete ja transgeensete tüvede olemasolule ning muteerunud valkude tenporaalsele, hormoonindutseeritavale ja koespetsiifilisele ekspressioonile [72]. Mitte viimane, RNAi liinide kogu võimaldab sihtida enamikku transkripte, et teha knockdown-ekraane [73].

Ülalnimetatud omadused muudavad äädikakärbse eksperimentaalseks mudeliks, mida kasutatakse sageli CR-i geneetikasse ning CR-i mimeetikumide otsimiseks ja iseloomustamiseks[67]. On näidatud, et D. melanogasteri eluea pikenemine CR-i korral neid vahendavad viis mehhanismi: Indy poolt kodeeritud kaastransporter [74], insuliini/GF-sarnane signaalirada [75], Rpd3 deatsetülaas [76], dSir2 deatsetülaas[77] ja TOR signaalirada [78]. Laialdased teadmised D. melanogaster'i CR-i piiramise mehhanismidest koos selle organismiga töötamise suhtelise lihtsusega võimaldasid kinnitada resveratrooli CR-i mimeetikumina ja sõeluda sekkumisi, millel on potentsiaalsed mõjud eluea pikenemisele[79,80]. .

Kuigi D. melanogaster on inimorganismidest veel kaugel, on sellel eksperimentaalsel mudelil võrreldes pärmi ja C. elegansiga täiendavaid eeliseid, mis õigustavad selle kasutamist CR-i uurimisel. See on kohustuslik aeroob ja see on kahekojaline – kaks tegurit, mis võivad oluliselt mõjutada vananemist[81] ja reageerimist vananemisvastastele meetmetele, muutes D. melanogasteri mudelorganismiks, mis sobib nii geneetilise manipuleerimise kui ka füsioloogiliseks muutmiseks. analüüsid. 5. Kalad

Kalade hulka kuuluvad looduses kõige lühema ja pikema elueaga selgroogsed [82-84]. Pikaealisuse heterogeensus annab ainulaadse võimaluse uurida molekulaarseid mehhanisme, mis määravad vananemiskiiruse erinevused, kasutades võrdlevaid uuringuid [85, 86]. Laboratoorse rakenduse seisukohast peetakse väikseid troopilisi kalaliike vananemisuuringutes parimaks potentsiaaliks, kuna neil on lühike eluiga, järkjärguline vananemine ning degeneratiivsete protsesside ja koekahjustuste areng vanusest sõltuvas olukorras. viis [87,88]. Kuigi sebrakala (Danio rerio) on uurimislaborites enim kasutatud mudelsüsteem, on guppy ja killifish oma lühikese eluea tõttu potentsiaali vananemisuuringutes [87,89].

Arenguuuringutes laialdaselt kasutatav sebrakala kasutatakse vananemisuuringutes üha enam, kuna tema eluiga on suhteliselt lühike (2-3 aastat) ja tõendite põhjal, et sellel on järkjärgulise vananemise tunnused, nagu selgroo kõverus, lihaste degeneratsioon ja vähenenud füüsiline võimekus [90-92]. Huvitaval kombel näitavad hiljutised uuringud, et sebrakala saab kasutada neurodegeneratiivsete patoloogiate nagu Alzheimeri tõve, Parkinsoni tõve [93], aga ka osteoporoosi, sarkopeenia [94] ja vanusest sõltuva treenitavuse [95] uurimiseks.

Sebrakalal on rutiinsete uuringute jaoks mitmeid eeliseid, kuna pidamiskoht on üsna lihtne, tal on hea paljunemisvõime ja see suudab anda proovide võtmiseks piisavas koguses kudesid. Sebrakaladel on konserveerunud genoom, mida on lihtne muuta [96]. Veelgi enam, sebrakaladega tehtavat uurimistööd toetavad suuresti väljakujunenud metoodiliste ja bioloogiliste vahendite kättesaadavus, mis hõlmavad geneetilist manipuleerimist [96], reaalajas pildistamist [97] ja kohanemist suure läbilaskevõimega sõeluuringutega [98-100]. Lisaks, nagu arutati D. melanogasteri puhul, saab sebrakala kasutada demograafiliste uuringute jaoks.

Ülalnimetatud põhjustel on sebrakalal huvitav potentsiaal CR ja CR-mimeetikumide uurimise mudelina. Huvitav on see, et sebrakala toitumistingimusi saab vajaduse korral hõlpsasti muuta, pakkudes võimalust kontrollida dieeti, et vähendada kalorite tarbimist [101, 102] või kutsuda esile rasvumist [103], põhjustades imetajatel täheldatuga sarnaseid geneetilisi modulatsioone. Samuti kasutatakse sebrakala laialdaselt CR-mimeetikumide testimiseks ja resveratrooli CR-mimeetiliste omaduste uurimiseks [104, 105].

Ülalmainitud omadused koos asjaoluga, et tegemist on keerukama organismiga, millel on määratletud elundid ja aparaadid, annavad sebrakalale vananemisvastaste molekulide otsimisel sillarolli lihtsamate organismide ja imetajate vahel.

6. Närilised

Närilised on kõige levinumad uuringutes kasutatavad imetajad ja nende hulka kuuluvad erineva elueaga liigid, nagu hiired, rotid, paljad rotid, mutid ja teised. Praeguseks on hiire- ja rotimudelid enim kasutatud vananemisuuringutes kasutatud imetajate mudelid ning need on võimaldanud olulisi edusamme CR-i ja CR-mimeetikumide valdkonnas. Tegelikult demonstreerisid McCay ja kaastöötajad esimest korda albiinorottidel CR võimet indutseerida eluea pikenemist [4] ning resveratrooli potentsiaali CR-i mimeetikumina demonstreeriti C57BL/6 hiirtel. Hoolimata paljudest erinevustest inimeste vananemisega [28, 29] on enim kasutatud loommudelid hiired ja siin püüame lühidalt kirjeldada hiiremudelite kasutamise peamisi eeliseid ja puudusi katsete planeerimise vaatenurgast. süveneda CR ja CR-mimeetikumide potentsiaali vananemise leevendamisel.

Hiirte eluiga on umbes 3 aastat, olenevalt tüvest ilmnevad väikesed muutused, kusjuures sisearetatud tüved on vananemisele kalduvamad[106,107]. Hiired on oma füsioloogia, rakuliste funktsioonide ja vähemal määral ka anatoomia poolest inimestega üsna sarnased. On näidatud, et hiirte vananemine põhjustab muutusi paljudes organsüsteemides, keha koostises ja tunnetuses ning kutsub esile füüsilise funktsiooni languse [106,107]. 2,5 Gbp ja 40 kromosoomiga hiire genoom kodeerib peaaegu sama palju inimese genoomi geene, kusjuures 99 protsendil hiire geenidest on inimese ortoloog. Hiired on saadaval inbredtüvedena, seetõttu on neil genoomne homogeensus [45]. Praeguseks on olemas suur hulk mutantseid tüvesid ja ggeeni modifitseerivaid tööriistu, mis võimaldavad süveneda mitmetesse rakumehhanismidesse. Veelgi enam, geenide redigeerimise tehnikate kiire areng on muutnud mutantsete tüvede väljatöötamise varasemaga võrreldes vähem keeruliseks ja kiiremaks.

Vananemis- ja CR-uuringute kontekstis on mudelitel nagu Amesi ja Snelli kääbushiirtel näidatud pikem eluiga, mis on tingitud Propl geeni [108] ja Poulfl [109] looduslikult esinevatest punktmutatsioonidest, mis sarnaselt pärmseentes nähtuga, C.elegans ja D.melanogaster, näevad insuliini/IGF-1 tee--muutust [110,111]. Teisest küljest pakub rasvumist [112] või kiirendatud vananemist [113-115] iseloomustavate tüvede kättesaadavus täiendavat vahendit CR-režiimide ja CR-mimeetikumide mõju uurimiseks piiratud aja jooksul. .

Täiendav eelis hiirte kasutuselevõtmisel CR-i uurimisel eksperimentaalse mudelina on söötmistingimuste häälestatavus, mis võimaldab simuleerida rasvumist või diabeeti, aga ka erinevaid toitumisest sõltuvaid kontekste[112,116]. Selles kontekstis toideti C57BL/6 hiiri. kõrge rasvasisaldusega raviskeem näitas resveratrooli CR-i jäljendavaid omadusi imetajatel, näidates, et see väike polüfenool on võimeline jäljendama CR-režiimide mõningaid molekulaarseid aspekte ja parandama hiirte tervislikku seisundit, vähendades IGF{7}} taset. , suurendades insuliinitundlikkust, AMPK ja PGC-1alfa aktiivsust ning mitokondriaalset aktiivsust [24,17]. Füsioloogilisel tasemel on näidatud, et resveratrool indutseerib kaitset II tüüpi diabeedi [23,24], südame-veresoonkonna haiguste[118,119] eest ja parandab skeletilihaste funktsioone[25,120-122]. Täiendavaid andmeid resveratrooli kohta on saadud erinevate hiiremudelite, nagu loomulikult vananevad C57BL/6 hiired, diabeetilised hiired[123], vananemisega kiirendatud hiired [124] ja transgeensed tüved [125], kasutamisega.

Seda arvestades võib hiirte kasutamine CR ja CR-mimeetikumide uurimisel kogu organismis tunduda täiuslik. Siiski erinevad närilised ja inimesed nii põhiliste bioloogiliste protsesside (st telomeeride pikkuse reguleerimine, DNA parandamise mehhanismid ja immuunvastus) kui ka elutingimuste (st dieedi koostis, füüsiline aktiivsus ja elu piiratud olekus) poolest. millel on omakorda erinev mõju vananemisele ning CR ja CR-mimeetikumide mõjule [126].

7. Ahvilised

Kuigi ülalkirjeldatud eksperimentaalsete mudelitega töötamisel on kindlasti mitmeid eeliseid, takistavad erinevused inimese vananemisega leidude otsest ülekandmist mudelorganismilt inimesele. Selle lünga saab ületada ahviliste kasutamisega, mida peetakse heaks translatsioonimudeliks, kuna neil on inimestel sarnased geneetilised, füsioloogilised ja käitumuslikud omadused. Ahvilistel on ligikaudu 92 protsenti geneetilisest homoloogiast inimestega, neil on vanusega seotud düsfunktsioonid ja haigused ning nad on sarnaselt inimestele suure indiviididevahelise varieeruvusega [127,128]. Ahviliste kasutamine on andnud olulise panuse vaktsiinide uurimisel, siirdamistehnoloogias, nakkushaiguste ja vananemise uurimisel [129,130] ning seda on kasutatud CR mõju uurimiseks pikisuunalistes protokollides[131,132]. ].

Ahvilised on rühmitatud kahte põhikategooriasse: Vana Maailma ja Uue Maailma ahvid[130]. Aasiast ja Aafrikast pärit Vana Maailma ahvid on keskmise kuni suure kasvu ja varieeruva elueaga ning nende hulka kuuluvad reesusahvid kui makaagid, mida vananemisuuringutes enim kasutatakse [129,130]. Lõuna-Ameerikast pärit Uue Maailma ahvid on väiksema kasvu ja lühema elueaga. Teadusuuringutes enim kasutatud Uue Maailma ahvid on marmosetid, kes elavad mitme põlvkonna perekonnas, võimaldades lihtsat hooldust. Mida väiksem on suurus (20-450 g), seda lühem on nende eluiga ning tähelepanek, et neil ahvidel on enamik inimestel täheldatud vananemisomadusi, tähendab, et ahvilised võivad olla hea võimalus kulude ja aja vähendamiseks. , pakkudes sellele mudelile tohutut potentsiaali vananemisuuringutes [130,131].

Viiskümmend aastat pärast esimest tööd näriliste CR-ga [4], 1980. aastate lõpus, rakendasid erinevad uurimisrühmad CR-katseid reesusahvidel, eesmärgiga teha longituuduuringuid [133,134]. Sellest ajast alates on ahviliste CR-l näidatud vananemisvastased omadused [135, 136], see vähendab kehakaalu, parandab glükoosiregulatsiooni [137], vähendab põletikku ja südame-veresoonkonna haiguste riski[135] ning üldiselt parandab tervist. [136]. Seoses vajadusega kasutada CR-i mimeetikume patsientidel, kes ei saa endale lubada piiratud kalorsusega raviskeemi, on viimasel ajal resveratrooli uurimisel laialdaselt kasutatud ahvilisi. On tõestatud, et resveratrool parandab mitmeid füsioloogilisi parameetreid ahvilistel, keda toidetakse tavalise või modifitseeritud dieediga[138-141], pakkudes häid võimalusi inimestele ülekandumiseks.

Kuigi ahvilised esindavad inimestele kõige lähemat mudelit, vajab nende kasutamine CR translatiivses uuringus hoolikat hindamist. Kui ühelt poolt on üha rohkem teadmisi pikaealisuse määravate molekulaarsete radade kohta, siis tänapäeval on ka teadlikkus sellest, et eluiga ja tervise kestust moduleerivad üksteist täiendavad muutujad, sealhulgas makrotoitained toitumises, kehalises aktiivsuses, soos ja geneetiline taust [126], mis võib muuta vastust CR-režiimidele.

8. Inimuuringud

Inimeste vananemisuuringuid raskendavad pikk eluiga, üksikisikute suur varieeruvus ja mitmed tegurid, nagu sotsiaalmajanduslikud ja kultuurilised tingimused, mis võivad mõjutada vananemisprotsessi.

Inimese vananemist käsitlevad uuringud võivad kasutada ristlõike või pikisuunalist ülesehitust, kuid kumbki neist pole vigadeta ja võib põhjustada erinevaid tõlgendusi [142]. Läbilõikekujundusi, mis analüüsivad erinevaid vanuserühmi samal ajahetkel, mõjutavad viimase 100 aasta jooksul toimunud dramaatilised muutused sotsiaalsetes, toitumis- ja töötingimustes. Pikisuunalised uuringud, mis jälgivad samu indiviide aja jooksul, näitavad suurt individuaalset varieeruvust, mis tõenäoliselt sõltub sotsiaalsetest, toitumis- ja töötingimuste muutustest, aga ka elu jooksul kogetud füsiopatoloogilise seisundi muutumisest. indiviidi ulatus.

Tänapäeval on varajases täiskasvanueas alustatud ja kogu elu kestnud pikaajaliste elustiili sekkumiste mõjude otsimine palju tähelepanu pälvinud, kuna on tõendeid, et mõnedes kudedes ja elundites, näiteks skeletilihastes [28], on funktsionaalne. langus võib alata täiskasvanueas. See huvi on ajendanud mitmeid vaatlusuuringuid, et mõista toitumise ja tervisliku seisundi vahelist seost ning CR-režiimide ja CR-i mimeetikumide potentsiaali vananevate inimeste terviseseisundi parandamisel. Näite on toonud okinawanlased, kes on maailma pikima elueaga elanikkond. Selle populatsiooni eluea pikenemine on tingitud peamiselt CR-st ja CR-i mimeetikumide olemasolust toidus [5, 6].

Praeguseks on olemas ka suur hulk uuringuid, mille eesmärk on otseselt testida CR-režiime ja CR-mimeetikume, kuid nende tõhususe osas on endiselt mõningaid varjundeid [14], kuna sekkumise aeg ja intervall, indiviidide varieeruvus, ja muud tegurid võivad nende tõhusust kahjustada [145].

Huvitav on see, et ka inimeste uurimine võib kasutada kiirendatud vananemise eksperimentaalset mudelit. See on vooditoe mudel, mis sai pärast kosmoselende väga populaarseks mikrogravitatsiooni mõjude uurimise vahendina. Voodirežiimi mudel põhineb tõenditel, et mikrogravitatsioon ja pikad immobilisatsiooniperioodid põhjustavad mehhaanilise-skeleti ja vestibulo-neuromuskulaarsete stiimulite muutusi, millel on kahjulik mõju mitmete organite ja seadmete, nagu skeletilihaste, luude, südame-veresoonkonna normaalsele füsioloogiale. süsteemi ja mitmete biomarkerite tasakaalust välja viimiseks [146]. Kuigi voodirežiimi katsed on oma olemuse tõttu piiratud, on need viimastel aastatel võimaldanud koguda tohutul hulgal andmeid, mis on aidanud laiendada teadmisi füsioloogilistest muutustest gravitatsiooni kadumise ajal ja vananemismehhanismide kohta. Huvitav on see, et vähem kaloreid tarbivate astronautide toitumisseisundi simuleerimiseks nägid voodirežiimi protokollid ette CR-režiimide rakendamist, mis on näidanud, et need moduleerivad mitmeid füsioloogilisi parameetreid [147, 148]. Huvitav on see, et kuigi CR suurendab valkude katabolismi 2-nädalastel mitteaktiivsetel isikutel [149], hoiab see ära passiivsusest põhjustatud põletikulise seisundi [150].

9. Järeldused

Maailma vananeva rahvastiku suurenemine (https:/population.un.org/wpp/;reporting the World people Prospect of 2019, juurdepääs 2021. aasta märtsis) on ajendanud tegema suuri jõupingutusi vananemise aluseks olevate mehhanismide uurimisel ja võimalike vastumeetmete otsimine. Inimeste terviseseisundi parandamise strateegiate otsimine seisavad silmitsi inimeste uurimise olemusliku keerukusega, nagu eetiliste probleemide olemasolu ja raskused nii piki- kui ka läbilõikeuuringute läbiviimisel. Peamiselt nendel põhjustel otsustavad teadlased eksperimentaalsete mudelite kasutamise kasuks. Seega peab uurija tegelema tõenditega, et ühelt poolt on säilinud mehhanismid, mis reguleerivad eluiga, teisest küljest on vananemise aluseks olevates peenmehhanismides olulisi erinevusi erinevates organismides, sugulasliikide ja isegi erinevate organismide vahel. erinevad isikud, mis annab vananemisele mitmefaktorilise iseloomu [151].

Järelikult põhineb ühe eksperimentaalse mudeli ettevaatlik valik võrreldes teisega (tabel 1) küsimustel, millele uurija soovib vastata. CR-i ja CR-mimeetikumide uurimisel on kasutatud mitmeid eksperimentaalseid mudeleid, alustades tavaliselt lihtsast organismist ja seejärel ülekantud keerukamateks organismideks. Seda lähenemisviisi on kasutatud nii mitmete signaaliradade uurimiseks[14,16] kui ka vananemisvastaste ainete otsimisel [20,22]. Erilist tähelepanu tuleb pöörata sihtkoele või -organile, kuna vananemine võib kudesid ja elundeid mõjutada olenevalt vaadeldavast katsemudelist. Oluline on mainida, et katsemudeli valimisel on oluline ülesehitus, spetsiaalsete rajatiste olemasolu ja labori oskusteave.

Tasub mainida, et tänapäeval saab teadlane lubada endale uusi analüüsimeetodeid ja uusi teadmisi vananemismehhanismide ja vananemisvastaste sekkumiste käsitlemiseks. Nende hulka kuuluvad ränianalüüs ja simulatsioonid[152] ning süsteemibioloogia uuringud[153], mis võivad olla suureks abiks vananemise uurimisprojekti kavandamisel ning eluiga ja terviseseisundit pikendavate sekkumiste otsimisel [151,{{ 5}}].

See artikkel on välja võetud ajakirjast Nutrients 2021, 13, 2346. https://doi.org/10.3390/nu13072346 https://www.mdpi.com/journal/nutrients