Пришло время, когда следует не только рассматривать определенные терапевтические приемы как средства для лечения возрастных заболеваний, но и начинать проведение соответствующих клинических исследований.
Семинар под названием «Вмешательства, направленные на замедление старения человека: готовы ли мы?» состоялся 8-13 октября 2013 года в Эрице, Франция. Его целью была встреча ведущих специалистов по биологии и генетике старения для достижения консенсуса по поводу поиска и разработки безопасных вмешательств, направленных на замедление старения и увеличение продолжительности здоровой жизни человека. В результате был достигнут консенсус, согласно которому ученые располагают убедительными доказательствами того, что вмешательства в процесс старения позволят откладывать и предотвращать развитие многих хронических заболеваний взрослого и старческого возраста. Также были идентифицированы наиболее важные механизмы и сформулированы поведенческие, диетические и фармакологические подходы. Несмотря на то, что обсуждалось большое количество генов-мишеней и препаратов и что не было достигнуто полного консенсуса по всем вмешательствам, участники выделили ряд наиболее перспективных стратегий, влияние которых на продолжительность жизни можно было бы проверить в клинических исследованиях.
К ним относятся: (1) диетические вмешательства, имитирующие хроническое ограничение калорийности рациона (
Сделанный выбор был отчасти основан на убедительных доказательствах увеличивающих долголетие эффектов или способности этих вмешательств предотвращать или откладывать развитие множества возрастных болезней и улучшать продолжительность здоровой жизни простых модельных организмов и грызунов, а также их потенциальной безопасности и эффективности при применении для увеличения продолжительности здоровой жизни человека. Авторы данной статьи были приглашены на семинар в качестве докладчиков и участников дискуссии. В приведенном ниже конспекте семинара описаны основные рассмотренные вопросы и выводы, сформулированные в результате обсуждения.
Старение человека и возрастные болезни приобретают статус одной из самых значимых проблем и финансовых нагрузок, с которыми сталкиваются развитые и развивающиеся страны (Christensen et al., 2009). Несмотря на то, что за последние 100 лет произошло значительное увеличение средней продолжительности жизни, это не повлекло за собой эквивалентного увеличения продолжительности здоровой жизни (Hung et al., 2011). Исследования, посвященные изучению возможностей увеличения долголетия, традиционно рассматривались со скептицизмом и беспокойством о том, что результатом этого может быть увеличение популяции пожилых людей и частоты встречаемости возрастных болезней. Однако исследования на различных модельных организмах показали, что выраженное увеличение продолжительности жизни в большинстве случаев сопровождается снижением или отсрочкой заболеваемости (Fontana et al., 2010).
► Показать
Результаты экспериментов на грызунах стабильно свидетельствуют о том, что как хроническое ограничение калорийности рациона, так и мутации, влияющие на функционирование сигнальных механизмов роста, могут увеличивать продолжительность жизни на 30-50%. Такие вмешательства также могут снижать частоту возрастного угасания функций и множества заболеваний, в том числе опухолей, сердечно-сосудистых болезней и нейродегенерации (Fontana et al., 2010). Низкокалорийная диета защищает макак резус от сахарного диабета, рака, сердечно-сосудистых заболеваний, саркопении и нейродегенерации определенных регионов мозга, а также увеличивает их продолжительность жизни (Mattison et al., 2012; Colman et al., 2014). У человека продолжительное соблюдение низкокалорийной диеты вызывает ряд метаболических и молекулярных перестроек, защищающих организм от возрастных патологий, в том числе от сахарного диабета 2 типа, гипертонии, сердечно-сосудистых заболеваний, рака и слабоумия (Cava & Fontana, 2013). Более того, хроническое ограничение калорийности рациона ослабляет выраженность ожидаемых возрастных изменений эластичности и автономного функционирования миокарда, а также экспрессии генов в мышечной ткани (Mattison et al., 2012; Cava & Fontana, 2013; Colman et al., 2014).
Однако продолжительность и строгость режима низкокалорийной диеты, требуемые для получения максимально пользы, неприемлемы для большинства людей и с большой вероятностью ассоциированы с нежелательными побочными эффектами. Поэтому достигнутый в данном случае консенсус подразумевает применение менее радикальных диетических вмешательств и препаратов, воздействующих на чувствительные к питательным веществам сигнальные механизмы и оказывающих эффекты, аналогичные эффектам низкокалорийной диеты, одновременно являясь практичными, реалистичными и безопасными.
Экспертная группа достигла полного консенсуса по поводу следующих вопросов: (1) старение можно замедлить с помощью множества вмешательств; (2) замедление старения обычно откладывает или предотвращает развитие ряда хронических возрастных болезней; (3) диетические, нутрицевтические и фармакологические вмешательства, модулирующие соответствующие внутриклеточные сигнальные механизмы и потенциально применимые к человеку уже идентифицированы. По мере прогресса исследований будут появляться дополнительные потенциальные мишени и (4) на сегодняшнем этапе необходимо с осторожностью переходить к клиническим исследованиям данных вмешательств. На основании результатов голосования, проведенного в последний день семинара, был составлен список стратегий, наиболее перспективных по мнению экспертной группы. Он приведен ниже.
1. Фармакологическое ингибирование сигнального механизма, опосредуемого гормоном роста и инсулиноподобным фактором роста-1.
2. Ограничение употребления белков и диеты, воспроизводящие эффекты голодания.
3. Фармакологическое ингибирование сигнального механизма, опосредуемого белком-мишенью рапамицина млекопитающих и S6-киназой.
4. Фармакологическое регулирование активности определенных белков семейства сиртуинов, а также использование спермидина и других эпигенетических модуляторов.
5. Фармакологическое ингибирование воспаления.
6. Хроническое применение метформина.
Ниже перечислены основные факты по каждой из перспективных стратегий. Прочие идеи, обсуждавшиеся в рамках семинара, описаны в другой публикации (Gems, 2014).
Биомаркеры для оценки эффективности вмешательств
Для успешной разработки и внедрения вмешательств, направленных на увеличение продолжительности здоровой жизни, необходимы биомаркеры старения. Биомаркеры – это биологические характеристики, которые можно объективно измерять и оценивать как индикаторы нормальных и патологических процессов, ассоциированных с возрастом. На практике такие биомаркеры должны помогать в диагностике фенотипов старения человека, прогнозировании прогрессии этих фенотипов, подборе возможных вмешательств и оценке эффектов и результатов таких вмешательств. Например, при проведении клинических исследований биомаркеры могут использоваться для разделения пациентов на группы таким образом, чтобы конкретную терапию получали только пациенты, с наибольшей вероятностью отреагирующие на нее. Они также могут выступать в роли промежуточных результатов оценки эффективности и безопасности вмешательств, тестирование которых часто требует больших временных промежутков. Существует три категории таких биомаркеров.
Биомаркеры критичных способствующих старению механизмов
Такие биомаркеры необходимы для определения параметров, которые должны использоваться в качестве мишеней при проведении вмешательств. Заболевание можно описать, как нарушение или аномалию структуры или функции. Некоторые эксперты приводили доводы в пользу того, что старение не может быть аномальным, так как оно касается каждого человека. Этот затрудняющий признание старения заболеванием подход, а также продолжительный период времени, необходимый для оценки эффектов вмешательств, стоят на пути проведения клинических исследований. Именно поэтому возникла потребность в биомаркерах, прогнозирующих долгосрочные эффекты вмешательств.
Несмотря на значительный прогресс нашего понимания того, каким образом можно модулировать продолжительность жизни экспериментальных животных, старение человека гораздо менее понятно. Разработка маркеров для процессов, признанных критичными для здорового старения человека, требует проведения интегрированных исследований на животных и с участием человека. При их проведении следует уделять большое внимание системной биологии, что поможет разобраться в молекулярных основах критичных способствующих старению процессов, являющихся мишенями вмешательств, а также дать механистическое объяснение потенциальным вмешательствам. Также очень важен сбор данных об эпигенетических изменениях и перестройках на уровне других «-омик», потенциально значимых для критичных молекулярных механизмов, способствующих старению.
Сопутствующие биомаркеры
Для каждого из перспективных вмешательств необходимо разработать биомаркеры, позволяющие: (1) идентифицировать индивидуумов, способных получить пользу от терапии и (2) помочь в изучении и оценке молекулярной мишени(ей) тестируемого агента. Высокая частота неудач при клинических исследованиях новых терапевтических подходов свидетельствует об исключительной важности поиска биомаркеров, позволяющих прогнозировать эффективность.
Биомаркеры безопасности
Разработка 30% новых препаратов вынужденно прекращается на уровне клинических исследований из-за непредвиденной токсичности или других нежелательных побочных эффектов. Это исключительно важно в контексте вмешательств в процесс старения, так как они не могут быть без труда протестированы в клинических исследованиях и подразумевают длительный курс терапии. Поэтому особое внимание следует уделить разработке биомаркеров безопасности. Также в данном случае можно использовать некоторые традиционные биомаркеры, используемые, например, при оценке токсичности для печени и почек.
Сопутствующие биомаркеры и биомаркеры безопасности не являются специфичными для старения и возрастных болезней. Наиболее сложной задачей является разработка панели биомаркеров, пригодной для использования при проведении клинических исследований, то есть биомаркеров первой из перечисленных категорий. Ниже приведен обсуждавшийся в ходе семинара список потенциальных биомаркеров или методов оценки биологического возраста и риска развития возрастных болезней.
1. Стандартная оценка уровня дряхлости (в том числе скорость ходьбы в преклонном возрасте, сила сжатия кисти, показатель VO2max – способность организма поглощать и усваивать кислород из воздуха).
2. Уровень инсулина в крови, резистентность к инсулину, уровень глюкозы в крови натощак + глюкозотолерантный тест, уровень гемоглобина A1c (гликозилированного гемоглобина), уровень адипонектина, оценка жировых отложений в области живота с помощью двухфотонной рентгеновской абсорбциометрии.
3. Уровни липопротеинов низкой и высокой плотности в крови, артериальное давление, скорость распространения пульсовой волны, толщина комплекса интима-медиа, диастолическая функция левого желудочка.
4. Маркеры воспаления (в том числе С-реактивный белок (СРБ), интерлейкин-6 (ИЛ-6), фактор некроза опухолей-альфа (ФНО-альфа).
5. Уровень познавательных функций (тестирование познавательных функций, функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ).
6. Количество лимфоцитов в крови, количественное соотношение лимфоидных и миелоидных клеток.
7. Инсулиноподобный фактор роста-1, гормон щитовидной железы трийодтиронин (T3).
8. Эпигенетический профиль (в том числе метилирование ДНК).
9. Почечный клиренс (возраст 60-90 лет).
Диетические вмешательства, воспроизводящие эффекты низкокалорийной диеты
Перемежающееся и продолжительное голодание
Голодание является самой экстремальной формой низкокалорийной диеты. Наиболее хорошо описанной формой голодания, эффекты которой проанализированы как в экспериментах на грызунах, так и в исследованиях с участием людей, является перемежающееся или чередуемое голодание, при котором кормлением в течение продолжительных периодов времени происходит каждый второй день (Trepanowski et al., 2011). Продолжительное голодание, при котором в течение минимум двух последовательных дней употребляется только вода, также активно изучается в особенности на грызунах и низших эукариотах (Longo & Mattson, 2014). Механизмы действия голодания наиболее хорошо изучены на пекарских дрожжах Saccharomyces cerevisiae, у которых перенос из глюкозосодержащей среды в воду вызывает подавление активности сигнальных путей, опосредуемых комплексами Tor/S6K и Ras/аденилатциклаза/протеинкиназа А (PKA), и последующая активация обеспечивающих устойчивость к стрессу факторов транскрипции Msn2/4 и Gis1, регулирующих множество генов, выполняющих защитные и метаболические функции (Wei et al., 2008). Эти изменения, схожие с происходящим в организмах голодающих круглых червей и мышей, не только обеспечивают устойчивость к множеству токсинов, но и увеличивают продолжительность жизни. У мышей голодание снижает уровни циркулирующего инсулинподобного фактора роста-1 и вызывает подавляет активность сигнальных механизмов, опосредуемых комплексами фосфоинозитол-3-киназа (PI3K)/ протеинкиназа В (AKT), Tor/S6K и аденилатциклаза/протеинкиназа А. Это, также как и в случае дрожжей, активирует множество факторов транскрипции, в том числе членов семейства FOXO или forkhead (Cheng et al., 2014).
Различные типы продолжительного или перемежающегося голодания увеличивают продолжительность жизни бактерий, круглых червей и грызунов (Longo & Mattson, 2014). В мышиных моделях перемежающееся голодание способствует предотвращению или отсрочке прогрессии инфаркта миокарда, сахарного диабета, инсульта, болезней Альцгеймера и Паркинсона (Longo & Mattson, 2014; Mattson, 2014). Также перемежающееся голодание защищает мышей от нежелательных побочных эффектов химиотерапии, токсичности, опосредованной ишемией/реперфузией, и прогрессии рака, а также стимулирует зависимую от стволовых клеток регенерацию и омоложение иммунной системы старых животных (Mauro et al., 2014, Safdie et al., 2009, Longo & Mattson 2014 Cheng et al., 2014; Levine et al., 2014).
Несмотря на то, что влияние хронических циклов перемежающегося голодания на продолжительность здоровой жизни неизвестна, данные исследования указывают на то, что нечастые периоды продолжительного голодания, применяемые в периодичностью один раз в месяц или реже, могут быть мощным индуктором защитных систем организма человека и потенциальной альтернативой хроническому соблюдению низкокалорийной диеты или перемежающемуся голоданию.
Несколько клинических исследований продолжительного и перемежающегося голодания уже принесли весьма многообещающие результаты, свидетельствующие в пользу безопасности и эффективности этих вмешательств, достаточных для проведения долгосрочных клинических исследований их влияния на продолжительность здоровой жизни (Longo & Mattson, 2014). Предварительные, но убедительные результаты одного из исследований указывают на то, что периоды продолжительного голодания, сменяемые вегетарианским питанием, подавляют воспаление и болевой синдром у пациентов с ревматоидным артритом (Michalsen et al., 2005). Предварительные результаты другого исследования свидетельствуют о способности продолжительного голодания уменьшать выраженность побочных эффектов химиотерапии у человека (Safdie et al., 2009). В настоящее время это наблюдение проверяется в нескольких более крупных рандомизированных клинических исследованиях. Отчасти эффекты голодания, направленные против старения и заболеваний, могут быть обусловлены снижением уровня инсулиноподобного фактора роста-1, глюкозы и инсулина (см. следующие разделы).
Влияние перемежающегося голодания на состояние здоровья человека изучалось более активно, чем влияние продолжительного голодания. Например, голодание каждый второй день в течение трех недель уменьшает массу тела, содержание жира в организме и концентрацию инсулина в плазме крови как у женщин, так и у мужчин (Heilbronn et al., 2005), тогда как уменьшение калорийности рациона до 500-600 калорий в сутки в течение двух из семи дней недели запускает процесс сжигания жировых отложений в области живота, улучшает чувствительность тканей к инсулину и снижает артериальное давление (Harvie et al., 2010).
Продолжительное и перемежающееся голодание вызывают несколько нежелательных побочных эффектов и могут представлять опасность для людей с очень низким индексом массы тела, дряхлых пожилых людей, а также пациентов с сахарным диабетом, получающих инсулин или инсулиноподобные препараты. Поэтом отсутствие медицинского наблюдения при проведении подобных вмешательств может приводить к тяжелым последствиям. Например, повышение чувствительности тканей к инсулину при продолжительном голодании может приводить к сильной гипогликемии и даже смерти у пациентов с сахарным диабетом, получающих инъекции инсулина. Несмотря на то, что основные побочные эффекты продолжительного и перемежающегося голодания очень редки и обычно обратимы, их вероятность указывает на необходимость разработки, а также проведения доклинических и клинических исследований диет, действие которых сопоставимо с результатами голодания или даже превосходит их с одновременной минимизацией вероятности нежелательных побочных эффектов.
Ограничение употребления белков или отдельных аминокислот
Положительные эффекты, приписываемые снижению употребления калорий, могут быть отчасти обусловлены одновременным уменьшением количества поступающих в организм белков или отдельных незаменимых аминокислот. Ограничение калорий за счет белков вносит вклад в положительное влияние низкокалорийной диеты на продолжительность жизни животных (Gallinetti et al., 2013; Mirzaei et al., 2014). Ограничение употребления отдельных незаменимых аминокислот, в том числе метионина и триптофана, также может увеличить продолжительность жизни (Spindler, 2009). Однако неизвестно, перекрываются ли механизмы, лежащие в основе этого эффекта, с механизмами действия других схем низкокалорийной диеты. Неизвестно также, специфичны ли эффекты ограничения употребления разных незаменимых аминокислот.
Уровни аминокислот определяются по крайней мере двумя сохранившимися в процессе эволюции механизмами, в один из которых вовлечена киназа общего контроля с постоянной репрессией-2 (GCN2), а в другой – mTOR. В организме млекопитающих mTOR активируется аминокислотами, в особенности лейцином, тогда как GCN2 активируется отсутствием многих отдельных аминокислот. Механизмы защиты, включающиеся после активации GCN2 и подавления активности mTOR в условиях дефицита белков/аминокислот, по большей части неясны. Однако известно, что активация GCN2 стабилизирует фактор транскрипции ATF4, который может быть ключевым медиатором различных моделей увеличенной продолжительности жизни, в том числе модели гипофизарной карликовости и ограничения количества метионина (Li et al., 2014).
Основным фактором, определяющим влияние ограничения употребления белков на продолжительность жизни у многих видов, является соотношение между количеством белка и другими источниками калорий (углеводы, жиры), влияние которого на процесс старения, скорее всего, отчасти обусловлено воздействием на сигнальный механизм, опосредуемый mTORC1 (Solon-Biet et al., 2014). Для увеличения продолжительности жизни дрожжей при ограничении метионина необходима GCN2 (Wu et al., 2013), однако определенные роли принадлежат и другим механизмам, в том числе аутофагии (Ruckenstuhl et al., 2014) и ретроградной активации сигнальных путей в митохондриях (Johnson & Johnson, 2014). Дефицит серина, треонина и валина увеличивает продолжительность жизни дрожжей посредством механизмов, подразумевающих подавление активности ортологов таких белков млекопитающих, как фосфатидилинозитол-зависимая киназа (PDK) и Tor/S6K (Mirisola, et al., 2014).
Уменьшение количества метионина в рационе также увеличивает продолжительность жизни мух-дрозофил, однако лежащий в основе этого феномена механизм в целом непонятен (Lee et al., 2014). Было показано, что у мышей количество поступающего с пищей метионина определяется с помощью сигнального механизма, опосредуемого гормоном роста (Brown-Borg et al. 2014). В случае грызунов ограничение количества белков/аминокислот также положительно сказывается на состоянии здоровья в моделях острого стресса и хронических заболеваний. Отсутствие в корме триптофана в течение недели увеличивает устойчивость печени и почек к острому стрессу, вызванному ишемией/реперфузией, и основная роль в этом принадлежит GCN2 (Peng et al., 2012). Однако в условиях общего белкового голодания GCN2 утрачивает главную роль в положительном эффекте. Ключевым механизмом устойчивости к стрессу в данном случае является подавление активности mTORC1. Этот эффект может быть отчасти опосредован отрицательным влиянием mTORC1 на чувствительность тканей к инсулину. Другими словами, подавление его активности обеспечивает возможность усиления способствующих выживанию сигналов после реперфузии (Harputlugil et al., 2014).
Положительные эффекты краткосрочного белкового голодания также включают предотвращение гиперплазии интимы (Mauro et al., 2014). Аналогичным образом, недельные циклы белкового голодания, чередующиеся с недельными циклами неограниченного доступа к полноценной диете, предотвращают фосфорилирование белка Tau в мышиной модели болезни Альцгеймера (Parrella et al., 2013). И наконец, белковое голодание оказывает положительное влияние на обмен веществ, активизируя реакцию, подобную реакции на голодание, вовлекающую одновременно GCN2 и рецептор, активируемый пролифератором пероксисом-альфа (PPAR-alpha), а также вызывающую повышение уровня гормона голодания – фактора роста фибробластов-21 (FGF21) (Laeger et al., 2014).
На сегодняшний день было проведено очень небольшое количество клинических исследований, посвященных изучению потенциально положительного влияния белкового и/или аминокислотного голодания на процессы старения и развития хронических возрастных болезней (Cavuoto & Fenech, 2012; Mirzaei et al., 2014). В соответствии с результатами исследований на мышах (Solon-Biet et al., 2014), наименьшее употребление белков было ассоциировано со сниженным риском развития рака и общей смертности, однако только в группе людей в возрасте 65 лет и младше (Levine et al., 2014). Из-за неэффективной утилизации белка, ассоциированной с различиями в качестве белков (содержание незаменимых аминокислот и перевариваемость), рекомендованное минимальное количество белка, составляющее 0,66 г/кг массы тела в день для мужчин и женщин старше 18 лет, с большой степенью вероятности выше для людей более старшего возраста, чем для молодых взрослых (Levine et al., 2014).
Фармакологические вмешательства, воспроизводящие эффекты низкокалорийной диеты
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.
Активаторы сигнального механизма, опосредуемого АМФ-зависимой киназой
АМФ-зависимая киназа (АМФК) является консервативной чувствительной к уровню энергии серин-треонин-киназой, активирующейся при снижении внутриклеточного уровня энергии, что приводит к увеличению концентрации АМФ (Ruderman & Prentki, 2004). Активация АМФК повышает чувствительность тканей к инсулину, что приводит к увеличению потребления глюкозы скелетной мускулатурой, а также снижению продукции глюкозы в печени и усилению окисления жирных кислот в некоторых тканях (Ruderman & Prentki, 2004; Ruderman et al., 2013). Ученые разработали несколько активаторов этого фермента, в том числе 5-аминоимидазол-4-карбоксамидрибозид (АИКАР). Помимо этого способностью активировать АМФК обладает ряд одобренных Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) препаратов, таких как бигуаниды, тиазолидинедионы, агонисты рецептора глюкагоноподобного пептида-1, салицилаты и ресвератрол (Coughlan et al., 2014).
Относящийся к классу бигуанидов препарат метформин, являющийся препаратом первой линии при сахарном диабете 2 типа, активирует АМФК в печени (Rena et al., 2013). Данные, полученные при проведении экспериментов на животных моделях и in vitro, свидетельствуют о том, что метформин изменяет метаболические и клеточные процессы (Cabreiro et al., 2013), ассоциированные с развитием возрастных болезней (Ruderman & Prentki, 2004). Очень важен тот факт, что терапия метформином увеличивает продолжительность жизни крыс (Anisimov, 2010), мышей (Martin-Montalvo et al., 2013) и нематод (Cabreiro et al., 2013). Физическая нагрузка также стимулирует АМФК и вызывает стимуляцию поглощения глюкозы и митохондриальный биогенез во время и после физических нагрузок. Применение 5-аминоимидазол-4-карбоксамидрибозида оказывает очень близкие эффекты (Hayashi et al., 1998; Song et al., 2002).
В настоящее время проводится множество исследований, посвященных выяснению возможности продемонстрировать влияние метфомина на старение на пациентах с сахарным диабетом 2 типа. Следует отметить, что при проведении Проспективного исследования сахарного диабета в Великобритании (UKPDS), по сравнению с другими антидиабетическими препаратами, применение метформина снижало риск развития сердечно-сосудистых заболеваний (Group, 1998), частоту развития рака и общую смертность (Wu et al., 2014), а также, возможно, угасание познавательных функций (Ng et al., 2014). Доказанная безопасность и зарегистрированное положительное влияние на долголетие указывают на необходимость оценки эффективности использования метформина для увеличения продолжительность жизни человека. Однако для проведения клинических исследований влияния метформина на старение исключительно важно проанализировать известные эффекты его долгосрочного применения не только сравнительно здоровыми людьми, но и людьми с различными заболеваниями, для которых применение метформина может быть губительно. Например, согласно недавно полученным данным, метформин стимулирует ингибирование митохондриальной глицерофосфатдегидрогеназы и глюконеогенез. Это указывает на недостаточность нашего понимания механизмов действия этого мощного препарата и на необходимость проведения дальнейших исследований, посвященных изучению его влияния на относительно здоровых людей (Madiraju et al., 2014). Глюконеогенез необходим в периоды голодания, однако ему также принадлежит важная роль в метаболизме людей, употребляющих преимущественно кетогенные продукты. Это делает метформин потенциально опасным для людей, соблюдающих достаточно популярные кетогенные диеты.
Ингибиторы механизмов воспаления
Хроническое слабовыраженное воспаление считается одним из характерных признаков старения. Этот феномен настолько распространен, что для акцентирования внимания на иммуногенно-патогенных компонентах многих основных возрастных патологий, в том числе рака, восприимчивости к инфекциям и слабоумия (Franceschi & Campisi, 2014), был придуман термин «инфламэйджинг» (от англ. inflammaging) (Franceschi et al., 2000; Franceschi & Campisi, 2014). Таким образом, воспаление ассоциировано с множеством возрастных состояний, генов и механизмов, регулирующих воспалительные процессы и являющихся потенциальными мишенями для борьбы с ними (Franceschi & Campisi, 2014). Судя по всему, инфламэйджинг имеет более сложный характер, чем считалось ранее, при этом множество различных органов и тканей вовлечено в продукцию воспалительных стимулов (Franceschi et al., 2007; Cevenini et al., 2012). Их список включает иммунную систему, жировую ткань, скелетную мускулатуру, печень и кишечник. Исключительно важная роль принадлежит кишечнику, являющемуся самым крупным иммунным органом организма, населенным миллиардами бактерий, способных высвобождать воспалительные сигналы как в просвет кишечника, так и системный кровоток (Biagi et al., 2010).
Несмотря на важность, механистические детали наиболее важных запускающих воспаление стимулов неясны и требуют дальнейшего тщательного изучения. Запускающие воспаление стимулы могут иметь эндогенный характер (например, хроническая цитомегаловирусная инфекция) (Sansoni et al., 2014), однако с большой степенью вероятности они имеют эндогенное происхождение, возможно имеющее отношение к продуктам распада, формирующимся в результате непрерывного обновления клеток и тканей (Franceschi & Campisi, 2014). Например, циркулирующая митохондриальная ДНК (мтДНК), распознаваемая иммунными сенсорами как чужеродная нуклеиновая кислота, является мощным воспалительным стимулом и ее уровень в крови возрастает по мере старения организма (Pinti et al., 2014). Концентрация в крови провоспалительных галактозилированных N-гликанов, тоже являющихся одним из наиболее мощных биомаркеров биологического возраста человека (Dall'Olio et al., 2012), и провоспалительных циркулирующих микроРНК («инфламмоМИР») (Olivieri et al., 2013) также возрастают с возрастом, что может способствовать развитию инфламэйджинга.
Наиболее важные пусковые механизмы возрастного воспаления, судя по всему, локализуются на клеточном и молекулярном уровнях. Физиологическое старение клеток ассоциировано с провоспалительным ассоциированным с физиологическим старением секреторным фенотипом (SASP, от англ. Senescence-Associated Secretory Phenotype), развитие которого запускается повреждающими агентами (радиоактивное излучение, вирусы) и, возможно, продолжительным воздействием продуктов клеточного распада (Coppe et al., 2010). Физиологическое старение клеток может распространяться и на окружающие клетки (Jurk et al., 2014). Во вторых, повреждения ДНК и теломер, вызванные активными формами кислорода и другими агентами, могут запускать воспалительную реакцию на повреждения ДНК (Vitale et al., 2013). В третьих, активация инфламмасом опосредуемого NF-kB сигнального пути может быть вызвана воздействием активных форм кислорода и продуктами клеточного распада (Youm et al., 2013). Эти механизмы предоставляют множество мишеней для терапии, направленной на подавление инфламэйджинга как локально, так и на системном уровне. К возможным стратегиям воздействия на эти мишени относятся устранение клеток, вступивших в фазу физиологического старения (например, посредством активации натуральных киллеров) (Tchkonia et al., 2013), деактивация инфламмасом (Youm et al., 2013), соблюдение диет, богатых омега-3 жирными кислотами («средиземноморская диета») (Berendsen et al., 2013), и другие диетологические стратегии, такие как обсуждаемая выше низкокалорийная диета.
В экспериментах на мышах противовоспалительные препараты продемонстрировали свой потенциал как средства для увеличения продолжительности жизни, однако при этом их эффекты сравнительно слабо выражены (Strong et al., 2008). Например, нордигидрогваяретовая кислота (НДГК) и аспирин повышали выживаемость, но не увеличивали максимальную продолжительности жизни. Другие противовоспалительные препараты не оказывали влияния на продолжительность жизни, что указывает на необходимость проведения дальнейших более крупных исследований.
Модуляторы эпигенетических механизмов
Термин «эпигенетика» описывает наследуемые фенотипические изменения, вызванные пострепликативными модификациями хроматина, а не классическими генетическими изменениями, в основе которых лежат мутации. Такие ковалентные и нековалентные модификации ДНК и белков (например, гистонов) изменяют состояние конформации хроматина и влекут за собой соответствующие изменения транскрипционной активности (Jaenisch & Bird, 2003; Goldberg et al., 2007; Baker et al., 2008). Эпигенетические эффекты могут быть опосредованы тремя принципиально отличными механизмами: (i) метилирование, (ii) посттрансляционные модификации гистонов и (iii) интерференция некодирующей РНК (Goldberg et al., 2007; Baker et al., 2008). Результаты исследований с участием близнецов указывают на то, что генетический профиль при рождении определяет продолжительность жизни только на 25%, на основании чего высказано предположение, что эпигенетические факторы также вносят свой вклад в старение. На такие эпигенетические факторы с большой вероятностью могут оказывать влияние образ жизни, диета, и внешние стрессовые воздействия. Это указывает на потенциальную возможность разработки стратегий облегчения ассоциированных с возрастом нарушений клеточных функций (Imai et al., 2000; Longo, 2009).
Несмотря на то, что манипуляции над ферментами (сиртуинами, гистоновыми ацетилтрансферазами, гистоновыми деацетилазами), регулирующими статус (де)ацетилирования хроматина (и других мишеней), могут увеличить продолжительность жизни дрожжей, мух-дрозофил и круглых червей, роль модификаций гистонов в регулировании продолжительности жизни изучена очень плохо. Недавно была разработана модельная линия мух-дрозофил, позволяющая оценивать влияние подобных модификаций гистонов на старение (Pengelly et al., 2013).
Содержащийся в организме полиамин спермидин непосредственно ингибирует гистоновые ацетилтрансферазы, таким образом поддерживая гистон Н3 в гипоацетилированном состоянии (Eisenberg et al., 2009). Функционально это приводит к повышению устойчивости к температуре и окислительному стрессу, а также заметному снижению количества погибающих в результате некроза клеток человека и дрожжей. Удивительным образом этот механизм увеличивает хронологическую продолжительность жизни представителей разных видов, в том числе мух-дрозофил, круглых червей и человеческих клеток. Эти данные согласуются с существующей базой знаний о роли ацетилирования гистонов в поддержании продолжительности жизни, в том числе наблюдения, согласно которому делеция кодирующего гистоновую ацетилтрансферазу гена sas2 продлевает репликативную продолжительность жизни дрожжей (Dang et al., 2009). Sas2 является антагонистом Sir2 (сиртуин-2) – важной гистоновой деацетилазы, вовлеченной в процесс старения, – и его делеция стабилизирует уровни Sir2 в стареющих клетках, обеспечивая таким образом низкий базальный уровень ацетилирования специфичных остатков гистонов, ассоциированных с регулированием долголетия (Raisner & Madhani, 2008). И, наконец, простым способом изменения ассоциированного с возрастом ацетилирования гистонов являются диетологические стратегии, истощающие запасы ацетилкоэнзима-А – единственного донора ацильных остатков для реакций ацетилирования. И действительно, недавно было продемонстрировано, что устранения ацетилкоэнзима-А достаточно для индукции аутофагии и увеличения продолжительности жизни. Однако неизвестно, зависят ли эти эффекты от эпигенетических изменений (Eisenberg et al., 2014; Marino et al., 2014).
Для проведения клинических исследований можно рассматривать только нетоксичные природные соединения, такие как спермидин и ресвератрол, обеспечивающие деацетилирование хроматина (Morselli et al., 2011). Однако следует учитывать, что механистическое понимание данной стратегии является весьма сложным вопросом, так как лекарственные препараты могут иметь множество непреднамеренных побочных эффектов и, даже на эпигенетическом уровне, интегрированная реакция множества регионов гистонов может быть необходима для проявления антивозрастных эффектов. Однако данные, полученные в экспериментах на мышах и с участием людей, свидетельствуют о том, что спермидин потенциально безопасен для тестирования его эффектов на продолжительность жизни человека, как зависящих, так и независящих от эпигенетики. В одном из клинических исследований богатый полиамином традиционный продукт японской кухни (ферментированные соевые бобы) продемонстрировал значительное увеличение концентрации полиамина в крови участников, что не сопровождалось регистрируемыми нежелательными побочными эффектами (Soda et al., 2009).
Другие перспективные потенциальные препараты и их мишени
Сигнальный механизм, опосредуемый бета-2-адренергическим рецептором (бета-2-адренорецептора)
Хроническое применение агонистов бета-2-адренорецептора повышает смертность и заболеваемость (Ho et al., 2010). И, наоборот, антагонисты бета-2-адренорецепторов или бета-блокаторы снижают смертность после инфаркта миокарда и улучшают состояние здоровья пациентов с сердечной недостаточностью (Bristow, 2000; Ellison & Gandhi, 2005). Начатое в 12-месячном возрасте пероральное применение бета-блокаторов метопролола и небиволола увеличило показатели медианы и средней продолжительности жизни содержащихся на изокалорийной диете самцов мышей линии C3B6F1 на 6,4% и 10% соответственно (Spindler et al., 2013). Ни один из препаратов не оказывал влияния на массу тела и количество употребляемой пищи, исключая низкокалорийную диету и изменение расхода энергии как возможные объяснения описанных эффектов. Препараты также увеличивали продолжительность жизни мух-дрозофил, не оказывая влияния на количество употребляемой ими пищи. Потенциальное влияние продолжительного применения бета-блокаторов на продолжительность здоровой жизни человека нуждается в дальнейшем изучении на мышах и в клинических исследованиях. Только после этого оно может рассматриваться как антивозрастное вмешательство, пригодное для воздействия на здоровых людей.
Мезо-нордигидрогваяретовая кислота
Нордигидрогваяретовая кислота представляет собой лигнин, содержащийся в высоких концентрациях в растениях каучука (V.E.Tyler, 1994). Пероральное применение нордигидрогваяретовой кислоты увеличивает продолжительность жизни мух-дрозофил и мышей (Spindler et al., 2014). Исследования in vitro продемонстрировали способность нордигидрогваяретовой кислоты подавлять внутриклеточные воспалительные сигналы, пролиферацию опухолевых клеток, активацию рецепторов к инсулиноподобному фактору роста-1 и к инсулиноподобному фактору роста-2, а также окислительное фосфолирирование (Pardini et al., 1970; Lu et al., 2010). Нордигидрогваяретовая кислота дозозависимо уменьшает массу тела, не изменяя количество употребляемой пищи, что указывает на ее способность уменьшать абсорбцию питательных веществ или повышать степень утилизации калорий (Spindler et al., 2014). Нордигидрогваяретовая кислота не оказывала на мышей явного токсичного действия, однако ее применение было ассоциировано с увеличением частоты развития опухолей печени, легких и тимуса, а также с кровотечениями в брюшную полость (Spindler et al., 2014). При проведении доклинических исследований нордигидрогваяретовой кислоты как антивозрастного препарата следует использовать менее токсичные производные этого соединения (Meyers et al., 2009; Castro-Gamero et al., 2013), хотя ассоциации с проявлениями токсичности делают ее маловероятным кандидатом в препараты для увеличения продолжительности здоровой жизни человека.
Статины и ингибиторы ангиотензинконвертирующего фермента
Статины (ингибиторы 3-гидрокси-3-метилглутарил коэнзим А редуктазы) снижают частоту возрастных нарушений ритма (Ludman et al., 2009; Spindler et al., 2012) и смертность от многих типов рака (Zeichner et al., 2012; Nielsen et al., 2013). Положительное влияние статинов на состояние здоровья обусловлено снижением уровня изопренилации белков (Spindler et al., 2012) и подавлением биосинтеза холестерина (Ludman et al., 2009). Статины увеличивают продолжительность жизни и продолжительность здоровой жизни мух-дрозофил путем снижения изопренилации белков (Spindler et al., 2012).
Ингибиторы ангиотензинконвертирующего фермента являются антигипертензивными средствами (Crowley et al., 2012), подавляющими активность ангиотензинового рецептора-1, снижая таким образом вторичную смертность и заболеваемость при инфаркте миокарда (Corvol et al., 2004; Gradman, 2009; Hoogwerf, 2010; Crowley et al., 2012), а также смягчая выраженность нежелательных проявлений у пациентов с застойной сердечной недостаточностью (Corvol et al., 2004; Gradman, 2009; Hoogwerf, 2010; Crowley et al., 2012). Комбинированное пероральное применение статинов и ингибиторов ангиотензинконвертирующего фермента увеличивает продолжительность жизни мышей примерно на 19%, не изменяя уровень холестерина в сыворотке крови и количество употребляемой пищи. Однако монотерапия каждым из препаратов не является эффективной. Статины и ингибиторы ангитензинконвертирующего фермента в целом хорошо переносятся и при совместном применении могут увеличивать продолжительность жизни людей с нормальными показателями артериального давления и холестерина крови. Однако до их признания антивозрастными препаратами необходимо провести дополнительные исследования, посвященные изучению механизмов действия этих препаратов и их потенциального влияния на процесс старения. Учитывая широкое применение статинов во многих странах, вполне можно начать изучение их влияния на продолжительность здоровой жизни в более широком контексте на популяциях относительно здоровых людей, получающих терапию по поводу умеренного повышения уровня холестерина в крови.
Гексозаминовый каскад и гликобиология
Результатом активности гексозаминового каскада является продукция метаболита уридиндифосфата-N-ацетилглюкозамина (UDP-GlcNAC), являющегося предшественником N-связанного гликозилирования в эндоплазматическом ретикулуме и О-связанного гликозилирования в цитозоле и других компартментах внутриклеточного пространства. Активация этого каскада посредством ведущих к появлению новой функции мутаций в гене фермента глутамин-фруктоза-6-фосфат-аминотрансфераза-1 (GFAT-1) приводит к появлению избытка UDP-GlcNAC и увеличению продолжительности жизни круглых червей C.elegans (Denzel et al., 2014). Активация гексозаминового каскада или повышение активности GlcNAC усиливает некоторые аспекты контроля качества белков, повышая активность протеасом, аутофагию и ассоциированные с эндоплазматическим ретикулумом механизмы деградации, что в комплексе ведет к снижению выраженности характерных фенотипов в моделях протеотоксичной болезни. У мышей ишемия/реперфузия сердца запускает стресс-реакцию в эндоплазматическом ретикулуме, одним из последствий чего является повышение активности GFAT. Есть данные, согласно которым повышение активности GFAT или терапия GlcNAC защищают от губительного действия ишемии (Wang et al., 2014b). Помимо этого было показано, что ассоциированный с этими механизмами метаболит глюкозамин увеличивает продолжительность жизни грызунов (Weimer et al., 2014). Результаты данных исследований указывают на потенциальную значимость гексозаминового каскада в регулировании контроля качества белков и долголетия. Более ранние работы в этой области также свидетельствуют о том, что чрезмерная активация гексозаминового каскада может приводить к появлению симптомов, подобных симптомам сахарного диабета (Hawkins et al., 1996). Таким образом, для получения положительных эффектов необходима оптимизация активности данного каскада и вызываемых им тканевых реакций. Интересен тот факт, что в организме долгоживущего грызуна, известного как голый землекоп, содержится большое количество гликоконъюгатов гиалуроновой кислоты (состоящих из GlcNAC и субъединиц глюкуроновой кислоты), предположительно обладающими защитными свойствами против рака и, возможно, других возрастных болезней (Tian et al., 2013). Также существует предположение, что гликоконъюгаты выступают в роли предиктивных биомаркеров старения человека (Dall'Olio et al., 2013). Совершенно очевидно, что гексозаминовый каскад может предоставить новые мишени для лечения возрастных болезней и дальнейшая работа в данном направлении заслуживает пристального внимания.
Сигнальные механизмы, запускаемые при повреждениях ДНК
Исследования на мышах предоставили подтверждение принципа, согласно которому удаление «верхних» элементов каскада реакций, развивающегося в ответ на повреждения ДНК (Exo1-зависимое удаление концевого участка), и «нижних» контрольных точек повреждений ДНК (p21-зависимого ареста клеточного цикла, Puma-зависимого апоптоза) может продлить период поддержания жизнеспособности тканей увеличить продолжительность жизни стареющих мышей, не имеющих теломеразы (Choudhury et al., 2007; Schaetzlein et al., 2007; Sperka et al., 2011; Wang et al., 2012). Этот механизм является потенциальной мишенью для антивозрастного вмешательства, так как нарушения функционирования теломер и повреждения ДНК накапливаются в стареющих стволовых клетках и тканях (Jiang et al., 2008). Еще одной из обсуждаемых на встрече точкой соприкосновения между сигнальными механизмами, запускаемыми при повреждениях ДНК, теломерами и старением, была парадоксальная активация механизмов повреждения ДНК под действием митохондриальных активных форм кислорода (Schroeder et al., 2013), увеличивающая хронологическую продолжительность жизни дрожжей путем эпигенетического подавления транскрпции субтеломерной ДНК. Это указывает на возможность воздействия на митохондриальные адаптивные сигнальные механизмы, опосредуемые активными формами кислорода, для увеличения продолжительности здоровой жизни.
Стволовые клетки
В процессе старения стволовые клетки тканей взрослого организма демонстрируют нарушения функциональности и экспоненциальный рост количества предраковых мутаций, появление которых обусловлено внутренними дефектами клеток и изменениями ниши стволовых клеток, а также среды, формируемой циркулирующей кровью (Ju et al., 2007; Behrens et al., 2014). Последние данные свидетельствуют о том, что обращение вспять возрастных нарушений стабильности и функций стволовых клеток может способствовать улучшению поддержания жизнедеятельности ткани и предотвращению возрастного онкогенеза, обусловленного стволовыми клетками (Patel & Demontis, 2014).
Как вмешательства, основанные на применении стволовых клеток, так и другие диетические и фармакологические подходы, индуцирующие обеспечиваемые стволовыми клетками регенерацию и омоложение, в будущем с большой вероятностью приобретут большую важность для обеспечения продолжительности здоровой жизни, однако в настоящее время их тестирование в качестве модуляторов продолжительности жизни модельных организмов только начинается.
Ретротранспозоны или мобильные генетические элементы
Результаты исследований на множестве модельных систем, в том числе дрожжах, мухах-дрозофилах, и более поздних экспериментов на мышах и культурах человеческих клеток демонстрируют, что ретротранспозоны активизируются при вступлении клеток в фазу физиологического старения, а также в процессе старения организма (De Cecco et al., 2013a,b; Sedivy et al., 2013). Активная ретротранспозиция мутагенна и оказывает сильное дестабилизирующее действие на геномы. Учитывая важность целостности генома в отношении старения и риска развития рака, это указывает на не изученную интересную возможность вовлеченности ретротранспозиции в развитие определенных возрастных патологий. Ряд используемых в настоящее время в терапии ВИЧ нуклеозидных ингибиторов обратной транскриптазы, таких как ламивудин и адефовир, блокируют ретротранспозицию нескольких эндогенных элементов, в том числе элементов семейства LINE1, являющегося единственным известным активным семейством ретротранспозонов в геноме человека (Dai et al., 2011). Современные ингибиторы обратной транскриптазы имеют побочные эффекты, что препятствует их долгосрочному применению в качестве антивозрастных средств. Однако, если исследования на мышах продемонстрируют их положительное влияние, для прицельного воздействия на элементы семейства LINE1 в геноме человека можно будет разработать новые препараты.
Заключение
Накапливающиеся научные данные, получаемые в исследованиях на различных организмах и видах, указывают на то, что воздействие на старение не только отложит развитие хронических заболеваний, но и предотвратит множество возрастных изменений метаболизма, одновременно с этим увеличив продолжительность здоровой жизни. Ученые идентифицировали ряд вовлеченных в метаболизм, рост, воспаление и эпигенетические модификации механизмов, изменяющих скорость старения и вероятность развития возрастных болезней. Вмешательства, потенциально способные безопасно воздействовать на эти механизмы и запускать защитные омолаживающие реакции, увеличивающие продолжительности жизни, становятся ближе к реальности. К ним относятся периодическое или пролонгированное голодание, соблюдение умеренной низкокалорийной диеты, комбинированной с диетой с низким гликемическим индексом и ограничением употребления белков, ингибирование сигнальной оси гормон роста/инсулиноподобный фактор роста-1, ингибирование сигнального механизма, опосредуемоемого TOR–S6K и активация сиртуинов или АМФК. Также следует оценить эффективность дополнительных фармакологических вмешательств, таких так терапия метформином, акарбозой, спермидинм, статинами и бета-блокаторами. Еще не готовые к проведению клинических исследований новые стратегии, в том числе применение препаратов, оказывающих влияние на эпигенетические модификации или ингибирующих ретротранспозицию, заслуживают пристального внимания и проведения дополнительных исследований. Учитывая материально-технические аспекты проведения клинических исследований, преимущественно нацеленных на увеличение продолжительности жизни или продолжительности здоровой жизни, участники семинара пришли к заключению, что первичные исследования необходимо планировать таким образом, чтобы они позволяли оценивать терапевтическое влияние на возрастные заболевания и состояния (не на старение как таковое). При этом сначала их необходимо проводить на небольших когортах в течение относительно непродолжительных периодов времени. Их основной задачей должна быть оценка безопасности и переносимости. Этот подход с большой степенью вероятности позволит получать ранние данные по наиболее перспективным кандидатам, которые впоследствии пройдут более продолжительные и тщательные исследования, посвященные изучению их влияния на старение.
В соответствии с названием семинара «Вмешательства, направленные на замедление старения человека: готовы ли мы?» его участники считают, что пришло время, когда следует не только рассматривать определенные терапевтические приемы как средства для лечения ассоциированных с возрастом сочетанных заболеваний, но и начинать проведение клинических исследований, конечной целью которых является увеличение продолжительности здоровой жизни (и, возможно, долголетия) человеческой популяции, с соблюдением руководящего принципа медицины «не навреди».
Ссылки на цитируемые источники см. в оригинале статьи.