Znalezienie pigułki Ponce De Leona: wyzwania w badaniach przesiewowych pod kątem cząsteczek przeciwstarzeniowych Ⅱ

Inni potencjalni kandydaci na leki przeciwstarzeniowe

W ostatnich dziesięcioleciach powstało wiele związków o działaniu prozdrowotnymoraz -zidentyfikowano efekty długowieczności. Ze względu na ograniczenia przestrzenne, ograniczamy naszą dyskusję do kilku kluczowych małych cząsteczek, którewykazały korzystne efekty, od modeli bezkręgowców po myszy(Rysunek 2). Spermidyna jest członkiem rodziny poliamin, zaangażowanych wliczne krytyczne procesy komórkowe, w tym stabilność DNA,transkrypcja, translacja, apoptoza, proliferacja komórek i komórkawzrost179. W wielu narządach poziomy poliamin byłyodnotowano spadek wraz z wiekiem 180 181. Rzeczywiście, badanie przeprowadzone przez Pucciarellii in. zasugerowali, że utrzymywanie wysokiego poziomu spermidyny podczasstarzenie się może sprzyjać długowieczności182. Administracja egzogennaspermidyna wydłużyła żywotność drożdży, much, robaków ihodowane ludzkie komórki jednojądrzaste krwi obwodowej183. spermidynazmniejsza również związany z wiekiem spadek sprawności lokomotorycznej umuchy184. Ponadto doniesiono, że dieta bogata w poliaminyzmniejszona patologia związana z wiekiem i zwiększona długość życia w Jcl: ICRsamce myszy185. I odwrotnie, wyczerpanie endogennej spermidyny przezgenetyczna manipulacja szlakiem poliaminowym skraca życiew drożdżach183i myszy186. Suplementacja spermidyny obniża poziomzwiązanych z wiekiem uszkodzeń oksydacyjnych u myszy183a także wzrastaodporność na stres u drożdży183i muchy187. Korzystne działaniespermidyny są pośredniczone głównie poprzez indukcję autofagii183,187, umożliwiające regulowaną degradację i recykling dysfunkcyjnychskładniki komórkowe188. Wadliwa autofagia zapobiegła wystąpieniukorzyści związane z suplementacją spermidyną

Prototypowym cyklooksym jest aspiryna, pochodna kwasu salicylowegoinhibitor ygenazy i niesteroidowy środek przeciwzapalny189. Aspiryna to wszechstronny lek o działaniu przeciwzakrzepowym i przeciwutleniającymnieruchomości190,191. Rzeczywiście, przewlekłe stosowanie aspiryny u ludzi zmniejszaryzyko zgonu z powodu różnych chorób związanych z wiekiem, w tym m.inmiażdżycy, cukrzycy i różnych nowotworów192–196. AspirynaZgłaszano, że stosowanie jest związane ze zwiększoną przeżywalnością wskrajna starość u ludzi197. W niedawnym badaniu przeprowadzonym przez Ayyadevarai in., wykazano, że aspiryna zwiększa ekspresję genów antyoksydacyjnych(dysmutaza ponadtlenkowa, katalazy i S-transferazy glutationowe),co skutkuje osłabieniem endogennych poziomów ROS i rozszerzeniemC. elegancjadługość życia198. Inne badanie wykazało, że leczenie aspirynąprowadzi do wydłużenia życia w krykiecieA. domowy96. Na studiachprzez ITP, leczenie aspiryną (dieta 21 mg/kg) doprowadziło do wzrostuśredniej długości życia samców myszy, ale nie zaobserwowano żadnego efektu u samic199.

Kwas Nordihydrogwajaretowy (NDGA), znany również jako masoprokol, jestnaturalnie występujący katechol, o działaniu przeciwutleniającym, przeciwwirusowym, przeciwnowotworowymi działanie przeciwzapalne200. Zostało to zgłoszonebyć silnym antagonistą zapalnej cytokiny TNF . Dietetycznypodawanie z NDGA opóźniało pogorszenie motoryczne u myszymodel stwardnienia zanikowego bocznego i znacznie rozszerzonydługość życia201. Konsekwentnie ITP poinformował, że NDGA (2500 mg/kgdieta) wydłużyło życie samców myszy UM-HET3199,202. Długość życiawydłużenia przez NDGA nie zaobserwowano u samic myszy, nawet przy adawka, która wytworzyła poziom we krwi równoważny poziomowi u mężczyzn202. Jedenmożliwym wyjaśnieniem tej rozbieżności płci może być ten samieckontrole w tym badaniu wykazały nieco krótką żywotność w wieku dwóch lattrzy ośrodki testowe ITP 202. Konieczne będą dodatkowe badaniaw pełni rozwiązać ten problem.

echinakozydjest inhibitorem -glukozydazy, enzymy jelitowe, któreprzekształcają węglowodany złożone w cukry proste, aby ułatwić ichwchłanianie203. echinakozyd leczeniew ten sposób upośledza trawienie węglowodanówi hamuje normalny poposiłkowy wzrost glukozy203. ITPstwierdzili, że podawanie echinakozydu (dieta 1000 mg/kg) wywołało aznaczny wzrost mediany i maksymalnej długości życia u obu płci,chociaż wpływ był znacznie wyraźniejszy u mężczyzn202. echinakozydleczenie wydłużyło średnią długość życia mężczyzn o 22 procent(p<0.0001), but the female median lifespan by only 5% (p=0.01). Similarlymaksymalne wydłużenie życia mężczyzn i kobiet wyniosło 11 procent(p<0.001) and 9% (p=0.001), respectively202. Myszy traktowane echinakozydemmiał znaczny wzrost poziomu czynnika wzrostu fibroblastów w surowicy21 (FGF21), a także łagodne obniżenie poziomu IGF1202. FGF21odgrywa ważną rolę wregulacja glukozy, lipid, Ienergiahomeostaza204. Myszy transgeniczne z konstytutywną sekrecją FGF21prawdopodobnie wykazywały wzrost zarówno średniej, jak i maksymalnej długości życiawystępujące za pośrednictwem zredukowanych usług IIS.

Kliknij tutaj, aby pobrać próbkę Cistanche bogatego w echinakozyd

17- -estradiol jest estrogenem niefeminizującym, o zmniejszonym wiązaniupowinowactwo do receptorów estrogenowych202. Hamuje aktywność m.inenzym 5 -reduktaza, odpowiedzialna za redukcjętestosteron do silniejszego androgenudihydrotestosteron207, który mawiększe powinowactwo do receptora androgenowego niżtestosteron208. 17- Donoszono, że -estradiol ma działanie neuroprotekcyjne przeciwkoniedokrwienie mózgu, choroba Parkinsona i naczyniowo-mózgowechoroba209–211. Ostatnio wykazano, że zmniejsza metabolizmi upośledzenie stanu zapalnego u starych samców myszy poprzez zmniejszeniespożycie kalorii i zmiana wykrywania składników odżywczych oraz szlaków zapalnychw trzewnej białej tkance tłuszczowej, bez wywoływania feminizycja212. W badaniach dotyczących ITP podawanie 17- -estradiol (4,8 mg/kgdieta) od 10 miesiąca życia wydłużyła medianę długości życia samców o ok12 procent , bez znaczącego wpływu na maksymalną żywotność lub wpływ nadługość życia kobiet202. Podobnie jak w przypadku NDGA, stosunkowo krótka żywotnośćmęskie kontrole mogą przyczynić się do tej widocznej rozbieżności płci202, i dalsze badania nad długowiecznością są uzasadnione przy użyciu tego leku.

-receptor adrenergiczny ( -AR) antagoniści wiążą się z -AR ( 1, 2, i 3-AR) oraz blokują działanie endogennych katecholaminepinefryna i norepinefryna. Zwiększona aktywność -AR mogąprzyspieszyć rozwój patologii związanych z wiekiem i zwiększyćśmiertelność genetycznie modyfikowanych myszy213–218. Konsekwentnie, chronicznieAdministracja Agoniści -AR prowadzą do zwiększonej śmiertelności izachorowalność219. U ludzi zwiększona produkcja 2-AR z powoduokreślone warianty genetyczne wiąże się ze skróceniem życia220. I odwrotnie, podawanie dietetyczne -blokery AR metoprolol(1,1 g/kg w diecie) i nebiwololu (0,27 g/kg w diecie)medianę długości życia samców myszy C3B6F1 o 10 procent (p=0,016) oraz6,4 procent (p{2}},023), odpowiednio, bez wpływu na spożycie pokarmu lubwykorzystanie221. Jednak nie zaobserwowano wpływu na maksimumdługość życia. Konsekwentnie leczenie metoprololem (dieta 5 mg/ml)i nebiwolol (dieta 100 ug/ml) wydłużyły medianę długości życiaDrosophilao 23 proc. (strMniejszy lub równy0.0001) i 15 procent (strMniejszy lub równy0.001), odpowiednio,bez wpływu na przyjmowanie pokarmu lub poruszanie się221. Podobny do -ARblokery, ang 1-Antagonista AR, mesylan doksazosyny, który hamujewiązanie noradrenaliny z 1-AR na błonie naczyniowejkomórki mięśni gładkich, rozciąga sięC. elegancjażywotność o 15 proc222. Biorąc pod uwagę, że niektóre z tych środków są rutynowo podawane w klinicepodobnie jak leki przeciwnadciśnieniowe, a ich profile bezpieczeństwa są dobrze scharakteryzowane, mogą uzasadniać dalszą ocenę, szczególnie u ludzize względu na ich potencjalne działanie przeciwstarzeniowe.

Antyoksydanty, związki nadające odporność na stres oksydacyjny,w niektórych przypadkach okazały się również skuteczne w zwiększaniu długości życia,szczególnie u organizmów niższych. Suplement diety zprekursor glutationu N-acetylocysteina (NAC) zwiększa odpornośćna stres oksydacyjny, stres cieplny i promieniowanie UV i znaczącowydłużyło zarówno średnią, jak i maksymalną długość życiaC. elegancja223 ID. melanogaster224. Ponadto leczenie EUK{0}} iEUK{0}}, małocząsteczkowe syntetyczne mimetyki katalityczne nadtlenkudysmutaza (SOD) i katalaza uległy rozszerzeniuC. elegancjadługość życia225; jednak, jak omówili Gems i Doonan, innegrupy nie zaobserwowały tego efektu226. Leczenie grupy mieszanejsamców i samic myszy C57BL/6 z innym mimetykiem SOD,karboksyfuleren (C3, w dawce 10 mg/kg/dzień), zmniejszony związany z wiekiemstres oksydacyjny i produkcja nadtlenków mitochondriów orazumiarkowanie wydłużona średnia długość życia227. Konsekwentnie podawanie doustnekarboksyfulerenu (C60; 4 mg/kg/dzień) rozpuszczonego w oliwie z oliweksamcom szczurów Wistar prowadzi do 90-procentowego wzrostu mediany długości życiaw porównaniu z kontrolami traktowanymi wodą228. Podobnie kilka innych badańwykazały zdolność przeciwutleniaczy do przedłużania życia w wielu przypadkachorganizmy.

I odwrotnie, istnieje wiele raportów, które nie popierają tego pomysłuże suplementacja diety przeciwutleniaczami może zwiększyćdługość życia zdrowych zwierząt lub ludzi jako ogólną zasadę. Dietetycznysuplementacja witaminą E ( -tokoferol) czy witamina C(kwas askorbinowy) znacząco skracały żywotność krótkoogoniastychnorniki polne231. Podobnie leczenie samców myszy nutraceutiCala mieszanka wzbogacona w przeciwutleniacze okazała się nieskuteczna w wydłużaniudługość życia232. Ponadto, jak opisano w niedawnej recenzji Bjelakoviciai in., systematyczny przegląd i metaanalizy dużej liczbyrandomizowane badania kliniczne oceniające efekty suplementacji dietyz różnymi przeciwutleniaczami ( -karoten, witamina A,witamina C, witamina E i selen) u ludzi nie ujawniły żadnychogólna korzyść; rzeczywiście, w niektórych przypadkach istniały na to dowodyzwiększona śmiertelność występująca w odpowiedzi na ten czynnik233. Delmogą wynikać różne skutki suplementacji antyoksydantaminiewłaściwe tłumienie normalnych funkcji sygnalizacyjnych ROSgrać w komórkach, w tym w kluczowych populacjach komórek, takich jak komórki macierzystekomórki234.

Selektywna delecja starzejących się komórek przez leki senolityczne

Starzenie komórkowe odnosi się do trwałego zatrzymania wzrostu komórek,które mogą być wywołane przez wiele stresorów, w tym seryjnepasaż, ścieranie telomerów, nieodpowiednie bodźce mitotyczne izniewaga genotoksyczna235. Uważa się, że starzenie się odgrywa ważną rolęrolę w supresji nowotworów u ssaków236,237. Jednak starzejący siękomórki rozwijają zmieniony fenotyp wydzielniczy (określany jako SASP)charakteryzuje się uwalnianiem czynników takich jak proteazy, wzrostczynniki, interleukiny, chemokiny i przebudowę zewnątrzkomórkowąbiałka238. Wraz z wiekiem starzejące się komórki gromadzą się w różnychtkanki239–241i potencjalnie przyczyniać się do stanów patologicznych, jak npczynniki, które wydzielają, wywołują przewlekłe stany zapalne, utratę funkcjiw komórkach progenitorowych i dysfunkcji macierzy pozakomórkowej236,242. Thefunkcjonalny wpływ starzejących się komórekna żywobyła przedmiotem gorących dyskusjitematem biologii starzenia się od wielu lat. Ostatnio podejścia genetycznedo usuwania starzejących się komórek u myszy opisano poprzez aktywacjęindukowanego lekami „genu samobójczego”243. Wyczerpywanie starzejących się komórek wmodel progeroidu myszy znacznie opóźnił początek wielufenotypy związane z wiekiem, w tym lordokyfoza (miara sarkopenia w tym modelu), zaćma, utrata tkanki tłuszczowej i zaburzeniafunkcja mięśni243. Jednak ogólne przeżycie tych myszy byłobyć może nie przedłużony zasadniczo przez usunięcie starzejących się komórekponieważ gen samobójczy nie został wyrażony w sercu lub aorcie;uważa się, że niewydolność serca stanowi główną przyczynę śmiertelnościw tym szczepie243. Niedawne przełomowe badanie przeprowadzone przez Bakerai in.pokazałten klirens naturalnie występujących komórek starczych w progeroidziemyszy utrzymywały funkcjonalność kilku narządówwiek, opóźnione śmiertelne nowotwory i wydłużona mediana długości życiamieszane i czyste podłoże genetyczne C57BL/6 o 27 procent (s<0.001) i 24 proc. (s<0.001), respectively244. Badanie to zapewnia bardzo silnedowody na to, że przyczynia się do tego związana z wiekiem akumulacja starzejących się komórekdo patologii związanych z wiekiem i skraca długość życia w WTZwierząt.

Farmakologiczne, w przeciwieństwie do genetycznego, podejścia do wyczerpaniastarzejące się komórki stanowiły poważny problem techniczny i koncepcyjnywyzwanie. Niedawne badanie wykazało, że komórki starzejące się wyświetlajązwiększona ekspresja czynników sprzyjających przeżyciu, odpowiedzialnych za ich powstawaniedobrze znana odporność na apoptozę245. Co ciekawe, mała ingerencjaWyciszanie wielu z tych czynników za pośrednictwem RNA (siRNA).(efryny, PI3Kδ, p21, BCL-xL i inne) selektywnie zabijanestarzejące się komórki, ale dzielące się i nieaktywne komórki pozostały nienaruszone.Te siRNA nazwano „senolitycznymi” siRNA245. Małe cząsteczki(leki senolityczne) ukierunkowane na te same czynniki, również selektywnie zabijanestarzejące się komórki. Spośród 46 przebadanych środków dazatynib i kwercetynabyły szczególnie skuteczne w eliminowaniu starzejących się komórek. Dasatinib, stosowany w leczeniu raka, jest inhibitorem wielu tyrozynkinazy246. Kwercetyna to naturalny flawonol, który hamuje PI3K,inne kinazy i serpiny247,248. Dazatynib został preferencyjnie wyeliminowanystarzejących się ludzkich preadipocytów, podczas gdy kwercetyna była bardziej skutecznaprzeciwko starzejącym się ludzkim komórkom śródbłonka i starzejącej się kościmysie mezenchymalne komórki macierzyste pochodzące ze szpiku kostnego (BM-MSC).Połączenie dazatynibu i kwercetyny było skuteczne w selektywnościzabijanie starzejących się BM-MSC, ludzkich preadipocytów ikomórki śródbłonka245. Połączenie było bardziej skuteczne w zabijaniustarzejących się fibroblastów embrionalnych myszy w porównaniu z każdym lekiemsam. Leczenie chronologicznie starzejących się myszy WT, narażonych na promieniowaniemyszy WT i progeroidErcc1myszy hipomorficzne zpołączenie dazatynibu i kwercetyny zmniejszyło obciążeniestarzejących się komórek. Po leczeniu farmakologicznym, stare myszy WTwykazały poprawę funkcji serca i reaktywności naczyń szyjnych, napromieniowane myszy wykazywały lepszą wydolność wysiłkową iprogeroidErcc1-/Δmutanty wykazywały opóźnienie związane z wiekiemobjawy i patologie245. Podobnie niedawne badanie Changai in.zidentyfikował ABT263 (Navitoclax, specyficzny inhibitorbiałka antyapoptotyczne BCL{1}} i BCL-xL) jako kolejny silnyśrodek senolityczny249. ABT263, który jest stosowany w leczeniuliczne nowotwory250–252, indukował apoptozę i selektywnie zabijałstarzejących się komórek w sposób niezależny od rodzaju lub gatunku komórki249. W hodowli starzejące się ludzkie fibroblasty płucne (IMR90), ludzkiekomórki nabłonka nerek i fibroblasty zarodków myszy (MEF).bardziej wrażliwi na leczenie ABT263 niż ich niestarzejące się odpowiedniki 249. Z kolei inne badanie wykazało, że ABT263nie jest senolitykiem o szerokim spektrum działania; zamiast tego działa w komórce specyficznej dla typusposób253. W tym badaniu stwierdzono, że ABT263 ma działanie senolitycznew ludzkich komórkach żyły pępowinowej (HUVEC), komórkach IMR90 i MEF,ale nie w ludzkich pierwotnych preadipocytach253.

Leczenie napromienionych lub naturalnie starzejących się myszy za pomocą ABT263 nie tylko zmniejszyło obciążenie starzejących się komórek, w tym wśród populacji hematopoetycznych komórek macierzystych szpiku kostnego (HSC) i mięśniowych komórek macierzystych (MuSC), ale także stłumiło ekspresję kilku czynników SASP i odmłodziło funkcji starszych HSC i MuSC249. Wyniki te, wraz z imponującymi wynikami uzyskanymi w modelach genetycznych opisanych wcześniej, wskazują, że leki senolityczne mogą odgrywać rolę w poprawie funkcji tkanek podczas starzenia. Jednak niektóre leki senolityczne są związane z toksycznymi skutkami ubocznymi, takimi jak małopłytkowość i neutropenia w przypadku ABT263, które stanowią główną potencjalną przeszkodę w ich stosowaniu w terapiach przeciwstarzeniowych. Te toksyczności można nieco złagodzić, jeśli leki te można podawać z przerwami, a nie przewlekle, aby osiągnąć ich działanie senolityczne. Główne wyniki dotyczące małych cząsteczek omówionych w tym przeglądzie podsumowano na rycinie 2.

Od organizmów modelowych do ludzi: wyzwania związane z badaniami przesiewowymi leków przeciwstarzeniowych

Kilka leków okazało się bardzo obiecujących w warunkach laboratoryjnych w poprawie zdrowia i długości życia wielu gatunków, w tym myszy, co zwiększa prawdopodobieństwo, że skuteczna farmakologiczna terapia przeciwstarzeniowa u ludzi może być możliwa. Jednak badania przesiewowe pod kątem nowych małych cząsteczek o działaniu przeciwstarzeniowym u ssaków w obiektywny sposób stanowią ogromne wyzwanie, potencjalnie nie do pokonania. Alternatywnie, ponieważ jest jasne, że kilka szlaków komórkowych wpływa na długowieczność w ewolucyjnie zachowany sposób, modele bezkręgowców mogą być całkiem przydatne do takich badań przesiewowych. Jednak niektóre znane czynniki molekularne mające duży wpływ na długość życia ssaków (np. GH) nie są dobrze konserwowane między bezkręgowcami a ssakami. W związku z tym badania przesiewowe małych cząsteczek, polegające wyłącznie na wykorzystaniu bezkręgowców, prawdopodobnie pominą leki o silnym wpływie na starzenie się ssaków. Co więcej, wiele kluczowych cech fizjologicznych ludzi i innych ssaków nie jest dobrze odwzorowanych u bezkręgowców, ponieważ te ostatnie nie mają określonych tkanek, takich jak serce i nerki, oraz złożonych układów hormonalnych, nerwowych i krążenia, które są kluczowymi celami starzenia się ssaków i związanych z wiekiem patologie. Większość modeli starzenia się bezkręgowców ma ograniczone zdolności regeneracyjne i nie w pełni rekapituluje procesy, takie jak odnowa komórek macierzystych, które są wymagane dla mechanizmów naprawy tkanek, które utrzymują homeostazę tkanek u ssaków, w celu utrzymania funkcji narządów przez lata i dziesięciolecia.

Opracowanie nowych, krótszych systemów starzenia się kręgowców może być niezwykle korzystne w badaniach przesiewowych leków o działaniu przeciwstarzeniowym. W tym kontekście kilka cech naturalnie krótkotrwałego afrykańskiego turkusowego kręgowca (N. furzeri) czyni ten organizm atrakcyjnym systemem modelowym do badania różnych aspektów starzenia się kręgowców i potencjalnie jako system badań przesiewowych leków254-258. Ostatnio, używając genomu złożonego de novo i technologii CRISPR/Cas9, Harel i in. opisali platformę genotyp-fenotyp w N. furzeri, otwierając możliwość badań przesiewowych pod kątem mutacji genów i leków, które zwiększają długość życia w tym organizmie w sposób integracyjny259. Jednym z obecnych głównych ograniczeń N. furzeri jest potrzeba indywidualnych mieszkań w badaniach nad starzeniem się, co znacznie zwiększa koszty hodowli. Co więcej, możliwe jest, że niektóre czynniki modulujące starzenie się ryb i innych kręgowców zimnokrwistych mogą różnić się od tych występujących u ssaków.

Chociaż myszy wiernie rekapitulują wiele aspektów starzenia się człowieka i chorób związanych z wiekiem, ich wykorzystanie w pierwotnych badaniach przesiewowych/testach dużej liczby potencjalnych związków przeciwstarzeniowych nie jest wykonalne ze względu na wysokie koszty. Zastosowanie modeli progeroidów, takich jak hipomorfy Ercc1 lub mutanty Lmna, z przyspieszoną patologią i krótką żywotnością, może pozwolić na ocenę znacznie większej liczby związków, niż można by rozsądnie przetestować na myszach WT260,261; jednak to, czy takie zwierzęta cierpią z powodu starzenia się per se, jest przedmiotem gorących dyskusji262,263. Podobnie możliwe jest, że rygorystyczne określenie odpowiednich zastępczych markerów starzenia – np. zwiększona ekspresja p16264 lub zmieniona metylacja DNA (DNAm)265 – może pozwolić na wstępną ocenę dużej liczby związków u myszy pod kątem potencjalnego działania przeciwstarzeniowego, bez potrzeby przeprowadzenie kosztownych i długotrwałych badań na wielu różnych kohortach, z których każda była leczona różnymi potencjalnymi związkami przeciwstarzeniowymi. W związku z tym grupa Horvath opracowała podejście, które umożliwia oszacowanie wieku większości tkanek i typów komórek w oparciu o związane z wiekiem zmiany poziomów DNAm w 353 miejscach CpG266. Zgodnie z wiedzą autora, badania przesiewowe długowieczności przy użyciu zastępczych markerów, takich jak DNAm, nie były przeprowadzane na myszach.

Do tej pory odkrycie związków przeciwstarzeniowych odbywało się na dwa podstawowe sposoby. Jednym z nich jest fenotyp, definiowany jako badanie przesiewowe związków w modelach komórkowych lub zwierzęcych w celu zidentyfikowania leków dających pożądane efekty biologiczne, tj. wydłużenie życia267,268. Chociaż podejście to okazało się niezwykle cenne w wielu obszarach badań biochemicznych, identyfikacja leków, które mogą modulować długość życia, jest bardziej czasochłonna, złożona i kosztowna niż w przypadku wielu innych fenotypów267,268. Co więcej, wyjaśnienie mechanizmu działania czynników zidentyfikowanych w takich fenotypowych ekranach „czarnych skrzynek” stanowi ogromne wyzwanie, chociaż potężne narzędzia genetyczne dostępne w modelach bezkręgowców mogą ułatwić takie wysiłki. Jednym z obecnie niewykorzystywanych systemów w odniesieniu do ekranów długowieczności opartych na małych cząsteczkach są pączkujące drożdże S. cerevisiae. W organizmie tym scharakteryzowano dwie odrębne formy starzenia się, replikacyjne i chronologiczne (populacyjne)269. Zasadniczo oba mogą służyć jako podstawa do badań przesiewowych związków przeciwstarzeniowych, chociaż chronologiczne starzenie jest znacznie bardziej podatne na analizę o wysokiej przepustowości. Podejście uzupełniające obejmuje oparte na celu badanie przesiewowe pod kątem modulatorów szlaków, o których wiadomo lub co do których istnieje silne podejrzenie, że modulują tempo starzenia267. Jednak z definicji jest mało prawdopodobne, aby takie wysiłki pozwoliły zidentyfikować nowe czynniki komórkowe i szlaki związane z długowiecznością

Aby rozwiązać te komplikacje, holistyczne podejście, obejmujące uzupełniające się wysiłki na bezkręgowcach, komórkach ssaków i myszach, może stanowić potężną kombinację w poszukiwaniu związków przeciwstarzeniowych. Z istotnymi zastrzeżeniami wymienionymi powyżej, bezkręgowce mogą być skutecznie wykorzystywane do wstępnego badania przesiewowego tysięcy związków w celu zidentyfikowania kilku wybranych kandydatów o potencjalnym działaniu przeciwstarzeniowym do dalszych badań na myszach. W tym kontekście w naszym Centrum, wspieranym przez Glenn Foundation for Medical Research, badane są związki chemiczne pod kątem ich zdolności do zwiększania zdrowia i długości życia u Drosophila i C. elegans oraz pod kątem zwiększania odporności na stres w fibroblastach ssaków, co jest korelatem długowieczności u ssaków270 . Związki, które są skuteczne we wszystkich tych testach, są kandydatami do bardziej dogłębnej oceny mechanistycznej i do dalszych testów na myszach (ryc. 3).

Powiązanym wyzwaniem w badaniach nad starzeniem się jest obecnie brak systemów modeli naczelnych o stosunkowo krótkiej żywotności do badań przedklinicznych potencjalnych leków przeciwstarzeniowych. Najczęściej używany model, małpa rezus, żyje od trzech do czterech dekad20. Inny naczelny, pazurczatka, ma kilka zalet w porównaniu z rezusami pod względem wielkości, dostępności i innych cech biologicznych271.

Rysunek 3.Podejście stosowane na Uniwersytecie Michigan w celu identyfikacji związków o potencjalnym działaniu przeciwstarzeniowym. Leki zidentyfikowane ze względu na ich zdolność do zwiększania zdrowia i długości życia u Drosophila i Caenorhabditis elegans oraz zwiększania odporności na stres w fibroblastach ssaków są potencjalnymi kandydatami do dalszej dogłębnej oceny mechanistycznej i testów na myszach.

Ze względu na swoje małe rozmiary marmozety generalnie kosztują mniej w wyżywieniu i domu w porównaniu z małpą rezus. Ponadto marmozeta ma okres ciąży ~ 147 dni i zwykle rodzi 2–3 potomstwo na poród. Niektóre cechy marmozet bardziej przypominają cechy ludzi niż rezus, w tym ich profil podatności na choroby. W Europie marmozeta jest wykorzystywana jako gatunek inny niż gryzoń do oceny bezpieczeństwa leków i toksykologii271. W związku z tym w niedawnym raporcie Tardif i in. opisali procedurę dawkowania, farmakokinetykę i dalsze zmiany w sygnalizacji podawania rapamycyny marmozetom272. Jednak ich maksymalna długość życia wynosi ~17 lat – krócej niż rezusy, ale nadal wysoce niepraktyczne do testowania interwencji farmakologicznych mających na celu przedłużenie życia. Opracowanie nowych modeli starzenia się ssaków oprócz myszy byłoby niezwykle pomocne w lepszym wyjaśnieniu procesów biologicznych leżących u podstaw starzenia się ssaków i przyspieszeniu przełożenia interwencji farmakologicznych z laboratorium na rzeczywiste zastosowanie kliniczne u ludzi.

Jednym z modeli do rozważenia w tym względzie są psy, które dzielą swoje środowisko społeczne z ludźmi273. Ponadto psy są stosunkowo dobrze poznane w odniesieniu do starzenia się i chorób, wykazują dużą niejednorodność pod względem wielkości ciała i długości życia oraz zapewniają dużą pulę różnorodności genetycznej. Psy mogą reprezentować stosunkowo niedrogi system modelowy, zwłaszcza jeśli niektórzy właściciele psów zechcieliby przetestować potencjalne leki przedłużające żywotność, które zostały wcześniej zatwierdzone na modelach bezkręgowców i gryzoni. Rzeczywiście, zidentyfikowanie interwencji, które mogą promować zdrowie i długość życia u psów, może stanowić doskonały wstęp do osiągnięcia tych samych celów u ludzi. W tym kontekście Matthew Kaeberlein i Daniel Promislow z University of Washington w Seattle rozpoczęli pilotażowe badanie z udziałem 30 psów, mające na celu zbadanie skuteczności rapamycyny w poprawie ogólnego stanu zdrowia i wydłużeniu życia dużych psów, które zwykle przeżywają od 8 do 10 lat274.

Testowanie potencjalnych związków przeciwstarzeniowych u ludzi stanowi ogromne wyzwanie112. Jest wysoce nieprawdopodobne, aby firmy farmaceutyczne dały się przekonać do zaangażowania się w trwające od dziesięcioleci badania kliniczne potencjalnych leków przeciwstarzeniowych, których celem jest długość życia. Ocena krótkoterminowych fenotypów zastępczych, takich jak markery molekularne lub defekty związane z wiekiem, takie jak upośledzona odpowiedź na szczepienie75, może pozwolić na wstępną ocenę kliniczną potencjalnych związków przeciwstarzeniowych w bardziej rozsądnych ramach czasowych.

Wniosek

Od czasów starożytnych ludzkość marzyła o interwencjach, które spowalniają proces starzenia i przedłużają życie. Jednak dopiero w epoce nowożytnej badania nad biologicznym starzeniem posunęły się do punktu, w którym interwencje opóźniające starzenie się człowieka mogą ostatecznie stanowić realną możliwość. Skumulowana praca na modelach bezkręgowców i gryzoni pozwoliła zidentyfikować ecoraz większa lista cząsteczek, które mają zdolność wydłużania życia i promowania zdrowia ssaków w późnej fazie życia. Biorąc pod uwagęścisły związek między starzeniem się a chorobą, takicistanche może radykalnie poprawić zdrowie ludzi, jeśli uda się przezwyciężyć główne wyzwania związane z ich testowaniem i wdrażaniem.

Konkurujące interesy

Autorzy oświadczają, że nie mają sprzecznych interesów.

Informacje o grantach Praca w naszym laboratorium jest wspierana przez Glenn Foundation for Medical Research, National Institutes of Health grant R01GM101171 (DL), Department of Defense grant OC140123 (DL), National Center for Advancing Translational Sciences of the National Institutes of Health w ramach grantu UL1TR000433 oraz John S. i Suzanne C. Munn Cancer Fund of the University of Michigan Comprehensive Cancer Center. Niektóre grafiki na rysunkach zostały uzyskane i zmodyfikowane od firmy Servier Medical Art firmy Servier. Fundatorzy nie odgrywali żadnej roli w projektowaniu badań, gromadzeniu danych, analizie, decyzji o publikacji ani przygotowaniu manuskryptu.

Podziękowania Dziękujemy dr Richardowi A. Millerowi i recenzentom za ich krytyczne uwagi dotyczące tego manuskryptu i przepraszamy badaczy, których praca nie została cytowana ze względu na ograniczoną ilość miejsca.

Referencje Zalecane F1000

1. López-Otín C, Blasco MA, Partridge L i in.: Cechy charakterystyczne starzenia. Komórka. 2013; 153 (6): 1194–217. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst|Zalecenie F1000 2. Niccoli T, Partridge L: Starzenie się jako czynnik ryzyka choroby. Curr Biol. 2012; 22(17): R741–52. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst

3. Fontana L, Partridge L, Longo VD: Wydłużenie zdrowego życia--od drożdży do ludzi. Nauka. 2010; 328 (5976): 321–6. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst

4. Kenyon CJ: Genetyka starzenia się. Natura. 2010; 464 (7288): 504–12. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst

5. Rincon M, Muzumdar R, Atzmon G i in.: Paradoks szlaku sygnałowego insuliny/IGF-1 w długowieczności. Twórca starzenia się mechów. 2004; 125(6): 397-403. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst

6. Caron A, Richard D, Laplante M: Role kompleksów mTOR w metabolizmie lipidów. Annu Rev Nutr. 2015; 35: 321–48. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst

7. Hardie DG, Ross FA, Hawley SA: AMPK: czujnik składników odżywczych i energii, który utrzymuje homeostazę energii. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012; 13(4): 251-62. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst

8. Giblin W, Lombard DB: Sirtuins, zdrowie i długowieczność u ssaków. Londyn: Elsevier; 2015.

9. Speakman JR, Mitchell SE: Ograniczenie kaloryczne. Mol Aspects Med. 2011; 32(3): 159-221. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst

10. Fontana L, Partridge L: Promowanie zdrowia i długowieczności poprzez dietę: od organizmów modelowych do człowieka. Komórka. 2015; 161(1): 106-18. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst

11. Anselmi CV, Malovini A, Roncarati R, et al.: Związek locus FOXO3A z ekstremalną długowiecznością w badaniu stulatków z południowych Włoch. Odmładzanie 2009; 12 (2): 95–104. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst

12. Flachsbart F, Caliebe A, Kleindorp R, et al.: Związek zmienności FOXO3A z ludzką długowiecznością potwierdzony u niemieckich stulatków. Proc Natl Acad Sci US A. 2009; 106 (8): 2700–5. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst|Zalecenie F1000

13. Li Y, Wang WJ, Cao H i in.: Genetyczne powiązanie FOXO1A i FOXO3A z cechą długowieczności w populacjach Chińczyków Han. Hum Mol Genet. 2009; 18 (24): 4897–904. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst

14. Pawlikowska L, Hu D, Huntsman S i in.: Związek powszechnej zmienności genetycznej szlaku sygnałowego insuliny/IGF1 z długowiecznością człowieka. Starzejąca się komórka. 2009; 8 (4): 460–72. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst|Zalecenie F1000

15. Soerensen M, Dato S, Christensen K i in.: Replikacja związku zmienności w genie FOXO3A z ludzką długowiecznością przy użyciu zarówno danych z kontroli przypadków, jak i danych podłużnych. Starzejąca się komórka. 2010; 9 (6): 1010–7. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst

16. Willcox BJ, Donlon TA, He Q i in.: Genotyp FOXO3A jest silnie powiązany z długowiecznością człowieka. Proc Natl Acad Sci US A. 2008; 105(37): 13987-92. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst

17. Guevara-Aguirre J, Balasubramanian P, Guevara-Aguirre M i in.: Niedobór receptora hormonu wzrostu jest związany ze znacznym zmniejszeniem sygnalizacji prostarzeniowej, raka i cukrzycy u ludzi. Sci Transl Med. 2011; 3(70): 70ra13. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst|Zalecenie F1000

18. Ingram DK, Roth GS: Mimetyki ograniczenia kalorii: czy możesz mieć ciastko i zjeść ciastko? Starzenie Res Rev. 2015; 20: 46–62. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst

19. Haigis MC, Yankner BA: Starzejąca się reakcja na stres. Komórka Mol. 2010; 40(2): 333-44. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst

20. Kennedy BK, Berger SL, Brunet A i in.: Geroscience: łączący starzenie się z chorobami przewlekłymi. Komórka. 2014; 159(4): 709-13. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Zalecenie F1000

21. Petrascheck M, Ye X, Buck LB: Lek przeciwdepresyjny, który wydłuża życie u dorosłych Caenorhabditis elegans. Natura. 2007; 450 (7169): 553–6. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Zalecenie F1000

22. Evason K, Huang C, Yamben I i in.: Leki przeciwdrgawkowe wydłużają żywotność robaków. Nauka. 2005; 307 (5707): 258–62. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Zalecenie F1000

23. Calvert S, Tacutu R, Sharifi S i in.: Podejście oparte na farmakologii sieciowej ujawnia nowych potencjalnych mimetyków restrykcji kalorycznej w C. elegans. Starzejąca się komórka. 2016; 15(2): 256-66. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Zalecenie F1000

24. Alavez S, Vantipalli MC, Zucker DJ i in.: Związki wiążące amyloid utrzymują homeostazę białek podczas starzenia i wydłużają żywotność. Natura. 2011; 472(7342): 226-9. Abstrakt PubMed|Wydawca Pełny tekst|Bezpłatny pełny tekst|Zalecenie F1000