Pronalaženje tablete Poncea De Leona: Izazovi u traženju molekula protiv starenja

Sažetak

Starenje karakterizira progresivno nakupljanje degenerativnih promjena, koje kulminiraju oštećenjem funkcije i povećanom vjerojatnošću smrti. To je značajan faktor rizika za mnoge ljudske patologije – uključujući rak,dijabetes tipa 2, ikardio-vaskularniineurodegenerativne bolesti– i posljedično ima ogroman društveni i ekonomski danak. Primarni cilj istraživanja starenja je razviti intervencije koje moguodgoditi pojavu višestrukih bolesti starenjaiprodužiti zdrav životni vijek(zdravstveni vijek). Zapažanje da se poboljšana dugovječnost i zdravlje mogu postići u modelnim organizmimaograničenjem prehrane ili jednostavnim genetskim manipulacijepotaknula je potragu za kemijskim spojevima koji mogu produžiti životni vijek. Većina putova koji moduliraju brzinu starenja kod sisavaca imaju homologe u kvascima, muhama i crvima, što sugerira da bi početni pregled za identifikaciju takvih farmakoloških intervencija mogao biti moguć korištenjem modela beskralješnjaka. Posljednjih godina identificirano je nekoliko spojeva koji moguprodužiti životni vijek beskralješnjaka, pa čak i kod glodavaca. Ovdje sažimamo primijenjene strategije i postignuti napredak u identificiranju spojeva koji mogu produžiti životni vijek u organizmima od beskralježnjaka do miševa i raspravljamo o ogromnim izazovima u prevođenju ovog rada na ljudske terapije.

Anti-Aging Molecules In Cistanche

Kliknite ovdje za više informacija o molekulama protiv starenja u Cistancheu

Ključne riječistarenje,lijek protiv starenja, bolesti povezane sa starenjem

Uvod

Starenjekarakteriziraju molekularne, stanične i organske promjene koje kulminiraju nesposobnošću organizma da održi fiziološki integritet1. Kod ljudi je starenje povezano sa znatno povećanom predispozicijom za širok raspon bolesti, uključujući rak, dijabetes tipa 2 (T2D), neurodegeneraciju i kardiovaskularne bolesti, što dovodi do povećanog morbiditeta i mortaliteta1,2. Dugoročni cilj istraživanja starenja je razviti intervencije koje mogu odgoditi pojavu bolesti povezanih sa starenjem i promicati dugovječnost. S tim ciljem istraživanja u biogerontologiji usmjerena su na rasvjetljavanje osnovnih mehanizama starenja. Trenutačni dokazi sugeriraju da su mnogi od ovih mehanizama očuvani među eukariotima, od kvasca do sisavaca.

Posljednjih desetljeća, rad na različitim organizmima identificirao je stanične signalne putove koji moduliraju brzinu starenja3,4. Mnogi od ovih putova normalno funkcioniraju kako bi osjetili prehrambeni status organizma (Slika 1) i pokreću signalne kaskade koje moduliraju specifične međustanične i unutarstanične putove i sukladno tome mijenjaju fiziologiju ciljne stanice2. Ovi putovi za osjet hranjivih tvari, koji uključuju signaliziranje inzulina i faktora rasta sličnog inzulinu (IGF) (IIS)5 , meta signalizacije rapamicina (mTOR).6, signalizacija protein kinaze (AMPK) aktivirana adenozin monofosfatom (AMP).7, i sirtuine8, koordiniraju procese vezane uz stanični rast i metabolizam te ih integriraju s razinama hranjivih tvari, energije, faktora rasta i stresa. Kada su razine hranjivih tvari i znakovi rasta smanjeni, signalizacija kroz ove putove se mijenja. Genetska ili, u nekim slučajevima, farmakološka manipulacija tim putovima može dovesti do produljenja životnog vijeka, dok disregulacija povezana sa starošću može doprinijeti starenju organizma.

Restrikcija prehrane (DR), režim prehrane koji uključuje ili smanjenje ukupnog unosa kalorija bez pothranjenosti ili smanjeni unos specifičnihdijetetske komponentekao nprehinakozid, najbolje je okarakterizirana intervencija kojausporava starenje i odgađa bolest kod velikog broja vrsta9,10. Molekularni efektori koji su uključeni u posredovanje izvanrednih učinaka DR uključuju ove puteve za otkrivanje hranjivih tvari9. Početni dokazi sugeriraju da neki od tih istih putova mogu utjecati i na starenje i bolesti kod ljudi. Na primjer, genetske varijante uFOXO3Agena, koji kodira faktor transkripcije nizvodno od IIS-a, povezani su s ljudskom dugovječnošću11–16. Osobe s Laronovim patuljastim rastom imaju uvelikesmanjene razine IGF1 u serumu i duboka zaštita od T2D i raka17. Farmakološke intervencije koje djelomično oponašaju DR moduliranjem aktivnosti ovih putova za otkrivanje hranjivih tvari imaju potencijal poboljšati životni vijek i promicati dugovječnost. Na primjer, predloženo je da rapamicin, specifični inhibitor mTOR-a, izaziva neke od korisnih učinaka DR-a pod standardnim uvjetima hranjenja i hranjivih tvari.18. Slično, pokazalo se da nekolicina drugih molekula kao što su metformin i resveratrol moduliraju signaliziranje hranjivih tvari i promiču zdravstveno stanje u višestrukim modelnim organizmima, a kasnije se o njima detaljno raspravlja.

Anti-Aging Molecules In Cistanche

Slika 1.Sažetak različitih čimbenika koji mogu pridonijeti starenju.Disregulacija puteva za osjet hranjivih tvari, disfunkcija mitohondrija, gubitak proteostaze, trošenje matičnih stanica, akumulirano oštećenje DNK, smanjena autofagija, nakupljanje stanica koje stare i povećana sterilna upala neki su od važnih puteva za koje se smatra da potiču starenje1.

Uz disregulaciju puteva za osjet hranjivih tvari, drugi očuvani mehanizmi uključeni u štetne manifestacije starenja uključuju (Slika 1) i)mitohondrijska disfunkcija, koja dovodi do poremećaja respiratornog metabolizma, povećane proizvodnje reaktivnih kisikovih vrsta (ROS), kao i potencijalno drugih posljedica,ii)povećano nakupljanje oštećenja DNA, uzrokovano egzogenim insultima i endogenim opasnostima uključujući pogreške u replikaciji DNA i ROS,iii)smanjena proteostaza povezana s povećanim pogrešnim savijanjem i agregacijom proteina,iv)stanično starenje, što doprinosi disfunkciji tkiva,v)povećana sterilna upala,vi)trošenje matičnih stanica ivii)epigenetske promjene1,19. Za potpuniju raspravu o očuvanim mehanizmima starenja, čitatelja upućujemo na drugo mjesto1. Farmakološki agensi koji ciljaju neke od ovih promjena predstavljaju kandidate za lijekove protiv starenja. U ovom pregledu dat ćemo pregled farmakoloških intervencija s poznatim ili potencijalnim sposobnostima odgađanja starenja i promicanja zdravlja u kasnoj životnoj dobi. Prvo, sažimamo glavne doprinose koje su studije na sustavima modela beskralježnjaka dale prema naporima pretraživanja za identifikaciju lijekova protiv starenja malih molekula. Zatim se detaljno usredotočujemo na molekule koje se trenutno proučavaju zbog njihovog potencijala da produže životni vijek i odgode bolest. Na kraju, raspravljat će se o izazovima u traženju novih lijekova protiv starenja i prenošenju ovog rada na ljude.

Beskralježnjaci kao modelni sustavi za provjeru malih molekula koje doprinose dugovječnosti

Zbog niza čimbenika – osobito uključujući lakoću genetske manipulacije i fiziologiju sličnu ljudskoj – miš je postao najistaknutiji model sisavaca u biologiji starenja20. Međutim, u svjetlu visokih troškova držanja i relativno dugog životnog vijeka miševa, u ovom organizmu nije izvedivo nepristrano testiranje velikih razmjera za prepoznavanje lijekova protiv starenja. Uz spoznaju da su mnogi putovi povezani sa starenjem evolucijski očuvani, čak i među vrlo različitim vrstama, umjesto toga za takav pregled korišteni su modeli kratkotrajnih beskralješnjaka. NematodaCaenorhabditis elegans– sa svojim kratkim životnim vijekom od ~3 tjedna, lakoćom uzgoja i genetske manipulacije te dobro karakteriziranom biologijom starenja – predstavlja vrlo atraktivan modelni sustav za kemijski pregled za identifikaciju spojeva koji moduliraju životni vijek i fenotipove povezane sa starenjem. Doista, nekoliko je studija identificiralo brojne spojeve koji se mogu koristiti protiv starenjaC. eleganskao model organizma. Do danas, najopsežniji zaslon s vijekom trajanja malih molekula koji koristiC. elegansvodio je Petraschecket al., koji je procijenio sposobnost 88 000 kemikalija da produže život21. Identificirali su 115 spojeva koji su značajno produžili životni vijek crva. Zanimljivo je da je jedan od njih pokazao strukturnu sličnost s ljudskim antidepresivima koji utječu na signalizaciju putem neurotransmitera serotonina. Naknadno su otkrili da mianserin, antagonist receptora serotonina koji se koristi kao antidepresiv kod ljudi, proširujeC. elegansživotni vijek kada se daje u dozi od 50 μM, vjerojatno putem mehanizama povezanih s DR21. U procjeni 19 spojeva s poznatim učincima na ljudsku fiziologiju, Evasonet al.izvijestio je da antikonvulzivi etosuksimid (dozirani od 2 i 4 mg/mL), trimetadion (4 mg/mL) i 3,3-dietil-2-pirolidinon (2 mg/mL) odgađaju promjene povezane sa starenjem i povećanaC. elegansživotni vijek22

Anti-Aging Molecules In Cistanche

Korištenje bioinformatičkog pristupa za identifikaciju DR mimetika, Calvertet al.analizirali su lijekove koji induciraju promjene ekspresije gena slične onima povezanima s DR i identificirali 11 malih molekula s tim svojstvom23. Zanimljivo, među pet testiranih lijekova, četiri – rapamicin (primijenjen u dozi od 10 µM), alantoin (250 µM), trihostatin A (100 µM) i LY-294002 (100 µM) – izazvala su produženi životni vijek i zdravlje u divljini. vrsta (WT)C. elegans. Suprotno tome, nisu primijećeni učinci dugovječnosti ujesti-2mutantnu pozadinu, genetski model DR-a, što sugerira da se učinci produljenja života ovih lijekova doista mogu dogoditi putem mehanizama povezanih s DR-om23.

Studija Alavezaet al.objavio je da spojevi koji vežu amiloid održavaju homeostazu proteina i produžuju životni vijekC. elegans24. Izloženost WT crva tioflavinu T (ThT) boji koja veže amiloid u dozi od 50 ili 100 μM tijekom odrasle dobi povećala je srednji životni vijek za 60 posto, a maksimalni životni vijek za 43-78 posto24. ThT tretman smanjio je A -agregacije i očuvanog mišićnog integriteta uC. elegansmodele Alzheimerove bolesti (AD), što je rezultiralo smanjenim udjelom paraliziranih crva. Primjena ThT također je potisnula toksičnost povezanu s metastabilnim proteinima u mutiranim crvima24. Supresija agregacije proteina posredovana ThT-om i produljenje životnog vijeka ovisilo je o molekularnim šaperonima, autofagiji, proteasomalnoj funkciji, faktoru toplinskog šoka 1 regulatora proteostaze (HSF-1) i faktoru transkripcije otpornosti na stres i dugovječnosti SKN-124. Spojevi strukturno slični ThT-u također su produljili životni vijek crva do 40 posto, ali u znatno nižim koncentracijama od ThT-a. Štoviše, izloženost drugim spojevima koji vežu proteinske agregate poput kurkumina (100 µM) i rifampicina (10-100 µM) produljila je životni vijek crva do 45 posto24. Ovi rezultati naglašavaju važnost proteostaze u zdravlju i životnom vijeku crva i daju daljnji poticaj za razvoj intervencija sposobnih za održavanje proteostaze za suzbijanje starenja i bolesti povezanih sa starenjem.

Nacionalni institut za starenje nedavno je sponzorirao program farmakološke intervencije pomoćuCaenorhabditiskao model sustava, analogno sličnim tekućim naporima u mišu. TheCaenorhabditisProgram interventnog testiranja (CITP) je višeinstitucionalni napor usmjeren na identifikaciju spojeva sa sposobnošću produljenja životnog vijeka i poboljšanja zdravstvenog vijeka, korištenjem višeCaenorhabditisvrste i više sojevaC. elegans. Identifikacija spojeva koji su učinkoviti u genetski raznolikim populacijama crva može ubrzati otkrivanje intervencija koje mogu produljiti životni vijek/zdravstveni vijek kod drugih vrsta, potencijalno uključujući ljude.

Vinska mušicaDrosophila melanogasterpredstavlja još jedan model prikladan za ispitivanje spojeva protiv starenja25. Veliki izbor genetskih sojevaD. melanogasterdostupni su, s različitim srednjim životnim vijekom, korisni za provjeru učinkovitosti spoja u više genetskih pozadina. SličnoC. elegans, Drosophilaima kratak životni vijek, a mnogi genetski alati dostupni u ovom organizmu olakšavaju mehaničko proučavanje spojeva olova25. Prva studija koja izvješćuje o produženju životnog vijeka uDrosophiladavanjem lijeka izvršio je Kanget al.,koji je pokazao to hranjenjeDrosophila4-fenilbutirat u dozi od 5–10 mM – lijek s višestrukim djelovanjem, uključujući inhibiciju histonske deacetilaze – značajno je produžio srednji i maksimalni životni vijek bez negativnih učinaka na kretanje, otpornost na stres ili reprodukciju26. Novija studija opisala je probir učinaka inhibitora protein kinaze naDrosophilaživotni vijek27. Među 80 inhibitora testiranih u ovoj studiji, 17 se značajno povećaloDrosophilaživotni vijek bez utjecaja na unos ili konzumaciju hrane, što ukazuje da su učinci ovih inhibitora naDrosophilaživotni vijek ne uključuju DR27. S tim u vezi, nedavno istraživanje Slackaet al.objavio je da slabljenje RAS-Erk-ETS signalizacije rezultira smanjenim IIS-om i izaziva produljenje životnog vijeka kodDrosophila28. Trametinib (1,56–15,6 μM), visoko specifičan inhibitor MEK-a koji slabi signaliziranje nizvodno od RAS-a, može produžiti srednji životni vijek ženaDrosophilado 12 posto (p=1.92 × 10-10), a pri višim dozama (156 µM), poboljšava preživljenje u kasnoj životnoj dobi28. Primjena trametiniba bila je učinkovita u poticanju dugovječnosti muhe čak i kada se davalo sredovječnim životinjama. Ovi i slični nalazi s drugim lijekovima –usp. produljenje životnog vijeka miševa liječenjem rapamicinom započetim u srednjoj dobi, vidi dolje – povećavaju mogućnost da lijekovi protiv starenja kod ljudi mogu biti učinkoviti čak i kada se daju starijim pojedincima, čime se izbjegavaju potencijalne razvojne nuspojave ovih lijekova.

Spojevi koji moduliraju starenje i fenotipove povezane sa starošću kod sisavaca

mTOR inhibitor rapamicin

mTOR je očuvana serin/treonin kinaza koja osjeća i reagira na dostupnost hranjivih tvari, čimbenike rasta i okolišni stres te igra ključnu ulogu u pokretanju rasta6,29. U višestaničnih eukariota, mTOR postoji u dva različita višeproteinska kompleksa, mTORC1 i mTORC2, koji se razlikuju po svojoj povezanosti s regulatorno povezanim proteinom mTOR (RAPTOR) i pratiocem mTOR (RICTOR) koji je neosjetljiv na rapamicin.30,31. Rapamicin tvori kompleks s proteinom FKBP12, koji se veže za mTORC1 i inhibira njegovu aktivnost 32. Važno je da kronično liječenje rapamicinom također inhibira mTORC233. Aktivnost mTORC1 regulirana je hranjivim tvarima (glukoza iehinakozid), citokine, hormone (inzulin ili IGF1), energiju (razine ATP-a) i oksidativni stres putem PI3K, AKT i AMPK signalizacije6. Ključni nizvodni medijatori mTORC1 signalizacije su putovi koji kontroliraju rast stanica, proliferaciju, odgovor na stres i autofagiju29,34. mTORC1 stoga kritično integrira stanični rast i održavanje s dostupnošću hranjivih tvari, hormonskim znakovima i drugim podražajima iz okoliša.

Niz studija je uspostavilo vezu između mTOR signalnih putova i dugovječnosti u organizmima u rasponu od kvasca do sisavaca. Inhibicija mTOR signalizacije genetskim ili farmakološkim sredstvima produljuje životni vijek kvasca35–37, nematode38,39, voćne muhe40, i miševi33,41–47. Isto tako, genetsko brisanje nizvodnog mTORC1 efektora, S6 kinaze 1, u miševa povećava oksidativni metabolizam, štiti od pretilosti izazvane godinama i prehranom i produljuje životni vijek žena47,48. Dosljedno, pojačana aktivnost cilja mTORC1 4E-BP1 u skeletnim mišićima rezultira povećanim oksidativnim metabolizmom i štiti miševe od metaboličke disfunkcije uzrokovane prehranom i starenjem49.

U značajnoj studiji, NIA-in Interventions Testing Program (ITP) pokazao je da je liječenje genetski heterogenih miševa s mTOR inhibitorom rapamicinom (primjenom u dozi od 14 mg/kg hrane; 2,24 mg/kg tjelesne težine/dan) započeto nakon 9 mjeseci ili 20 mjeseci starosti produljuje životni vijek u oba spola43,50. Naknadna studija pokazala je da produljenje životnog vijeka miševa izazvano rapamicinom ovisi o dozi i spolu. Pri određenoj koncentraciji rapamicina u obroku, ženke miševa pokazale su veće povećanje životnog vijeka nego mužjaci, što je u korelaciji s višim razinama rapamicina u krvi postignutim kod ženki u odnosu na mužjake51. Liječenje rapamicinom izazvalo je potpuno različite promjene ekspresije gena kod muškaraca i žena, što ukazuje na postojanje odgovora specifičnih za spol na inhibiciju mTOR-a51. Nadalje, obrasci ekspresije enzima koji metaboliziraju ksenobiotike u jetrima miševa tretiranih rapamicinom (14 mg/kg hrane) upadljivo su se razlikovali od onih kod životinja izloženih DR-u u dobi od 12 mjeseci51. Doista, DR je manje učinkovit u produljenju životnog vijeka kada se započne kasnije u životu52–54, dok liječenje rapamicinom produljuje životni vijek miševa, čak i kada se započne u srednjoj dobi43,55. Ključno, produljenje životnog vijeka miševa uzrokovano rapamicinom također je primijećeno u različitim genetskim podrijetlima41,42,44,56.

Mehanizmi produljenja dugovječnosti rapamicinom ostaju tema o kojoj se žestoko raspravlja u biologiji starenja 56,57. Rapamicin ima antineoplastična svojstva58–60, a rak je glavni uzrok smrti kod većine sojeva miševa koji pokazuju produljenje životnog vijeka posredovano rapamicinom43,61. U ovom kontekstu, jedno prihvatljivo objašnjenje za produženje životnog vijeka miševa rapamicinom je da ovaj lijek suzbija početak i/ili agresivnost smrtonosnih karcinoma. Međutim, neki istraživači su izvijestili da rapamicin također inhibira fenotipove povezane sa starošću osim neoplazije62,63, što snažno sugerira da ovaj lijek ima šire djelovanje protiv starenja. Nasuprot tome, nedavna iscrpna studija Neffet al.tvrdio je da su učinci rapamicina na fenotipove starenjapo sebibili prilično ograničeni56. U tom smislu, proturječna su opažanja u vezi s učincima liječenja rapamicinom u mišjim modelima AD64. Dugotrajno liječenje rapamicinom dovelo je do poboljšanja ponašanja kod mišjih AD modela i induciralo autofagijom posredovano smanjenje A i hiperfosforilirane razine tau65,66. Nasuprot tome, pokazalo se da rapamicin potiče A proizvodnja67,68i dovela do povećanja A - izazvana stanična smrt69.

Rapamicin ima značajne nuspojave – osobito metaboličku disfunkciju, kataraktu i atrofiju testisa – koje mogu ograničiti njegovu dugoročnu korisnost kao tretmana protiv starenja kod ljudi70,71. Što je najvažnije, zbog imunomodulacijskih učinaka inhibitora mTOR-a, liječenje pacijenata s lijekom sličnim rapamicinu everolimus/RAD001 povezano je s većom učestalošću infekcija kod osoba s bolestima poput raka72,73i kompleks tuberozne skleroze (TSC)74. Nasuprot tome, nedavna studija pokazala je da je kratkotrajna primjena everolimusa/RAD001 zdravim starijim osobama pojačala imunološki odgovor na cijepljenje protiv gripe, sa skromnim nuspojavama 75. Smanjeni odgovor na cjepivo protiv gripe veliki je klinički izazov u starijim populacijama76. Ovi nalazi upućuju na to da povremena ili kratkotrajna primjena rapamicina ili drugih mTOR inhibitora može potisnuti određene funkcionalno važne učinke starenja, kao što je slab imunizacijski odgovor, dok se izbjegavaju negativne posljedice povezane s kroničnom upotrebom ovih sredstava. Nedavna studija na miševima u skladu je s ovim gledištem, identificirajući isprekidani režim primjene rapamicina kod miševa koji minimizira metaboličku disfunkciju uz održavanje kronične supresije mTORC1 u masnom tkivu, iako ne i u drugim tkivima 77. Bit će od velikog interesa procijeniti učinke takvi isprekidani režimi doziranja na širok raspon fenotipova povezanih s dobi i na životni vijek.

Metformin i drugi bigvanidiMetformin, oralni bigvanidni antiglikemijski lijek, najčešće je korišten lijek u liječenju metaboličkog sindroma i T2D. Mehanizam djelovanja metformina nije u potpunosti shvaćen i vjerojatno je multifaktorski. Zabilježeno je da smanjuje razinu glukoze u serumu inhibicijom kompleksa I respiratornog lanca u hepatocitima78, što rezultira smanjenom proizvodnjom ATP-a i aktiviranjem LKB1 i AMPK kinaza, potiskujući jetrenu glukoneogenezu79,80. Zabilježeno je da metformin aktivira AMPK u mnogim drugim tkivima, uključujući masno tkivo, skeletne mišiće, srce, gušteraču -stanice i hipotalamus s potencijalnim korisnim fiziološkim učincima kod bolesnika s T2D81,82. Međutim, metformin također ima važne učinke neovisno o AMPK i LKB183, e.g.antagonizirajući djelovanje glukagona84. Nedavno je za metformin otkriven još jedan mehanizam neovisan o AMPK. Studija Madirajuet al.pokazalo je da metformin nekompetitivno inhibira redoks shuttle enzim mitohondrijske glicerofosfat dehidrogenaze, povećavajući citosolno redoks stanje i smanjujući mitohondrijsko redoks stanje85. Ovo potiskuje jetrenu glukoneogenezu smanjenjem pretvorbe laktata i glicerola u glukozu 85. Iako je metformin trenutno odobren za liječenje T2D, velika literatura sugerira učinkovitost metformina protiv drugih stanja, osobito kardiovaskularnih bolesti i raka78. S tim u vezi, nedavna studija pokazala je da metformin smanjuje nastanak tumora inhibicijom mitohondrijskog kompleksa I u stanicama raka86.

Anti-Aging Molecules In Cistanche

Aktivacija AMPK izaziva dugovječnost kod muha i crva 87,88. Niz studija sugerira da liječenje metforminom može ponovno uhvatiti neke kasne učinke DR-a. U tom kontekstu, nekoliko je studija ispitivalo učinke metformina i drugih bigvanida na životni vijek i izvijestilo o različitim ishodima. Metformin i drugi bigvanidi proširujuC. elegan'sživotni vijek na način ovisan o dozi89–91. Povećanje uC. elegansživotni vijek metformina posredovan je inhibicijom bakterijskog metabolizma folata i metionina, što zauzvrat mijenja metabolizam metionina u crvu, što dovodi do smanjene razine S-adenozilmetionina i povećanja razine S-adenozilhomocisteina89. Međutim, metformin očito ne produljuje dugovječnostD. melanogaster92,93. Doista, unatoč snažnoj aktivaciji AMPK, visoke doze metformina zapravo skraćuju životni vijek mužjaka i ženki muha93, možda zbog poremećaja homeostaze crijevne tekućine93. Međutim, liječenje metforminom potisnulo je fenotipove povezane sa starenjem u matičnim stanicama crijeva94a također je pokazao korisne učinke u modelu pretilosti muhe95. Nedavna studija pokazala je da liječenje metforminom uzrokuje značajno produljenje srednjeg i maksimalnog životnog vijeka u oba spola cvrčakaAcheta domesticus96. Provedeno je nekoliko studija na glodavcima kako bi se testirali učinci metformina i drugih bigvanida na životni vijek; ishodi su varirali s genotipom, spolom te dozom i trajanjem liječenja97. Kronično liječenje metforminom (100 mg/kg u vodi za piće) produljilo je prosječni životni vijek HER-2/neu transgenih, autbridnih SHR i inbred 129/Sv ženki miševa sklonih raku za 8 posto (p<0.05), 37.8% (p<0.01), and 4.4% (p<0.05), respectively98–100. Liječenje metforminom također je produžilo maksimalni životni vijek HER-2/neu transgenih i autbridnih SHR ženki miševa za 9 posto, odnosno 10,3 posto, dok nije primijećen učinak na maksimalni životni vijek kod inbred 129/Sv ženki miševa98–100. Nasuprot tome, liječenje inbred 129/Sv muških miševa sličnom dozom metformina zapravosmanjenasrednji životni vijek za 13,4 posto100. Međutim, liječenje metforminom (2 mg/mL u vodi za piće) u transgenom mišjem modelu Huntingtonove bolesti (HD) produljilo je prosječni životni vijek mužjaka za 20,1 posto (p=0.017), ali nije utjecalo na preživljenje ženki101. Zabilježeno je da je liječenje metforminom (100 mg/kg u vodi za piće) ženki autbridnih SHR miševa započeto u dobi od 3 mjeseca izazvalo trend povećanja prosječnog životnog vijeka102. Liječenje metforminom također je odgodilo pojavu vidljivih tumora ako je počelo u mladoj ili srednjoj dobi, ali ne i u starijoj dobi102. Neonatalni tretman metforminom 129/Sv miševa (100 mg/kg putem supkutane injekcije) doveo je do 20 posto (p<0.001) increase in male mean lifespan and also slightly increased maximum lifespan by 3.5%103. Međutim, kod žena, srednji i maksimalni životni vijek u skupinama liječenim metforminom smanjeni su za 9,1 posto, odnosno 3,8 posto.103. U nedavnoj studiji Martina Montalvaet al., mužjaci C57BL/6 miševa koji su dobivali 0.1 posto metformina u prehrani pokazali su povećanje prosječnog životnog vijeka od 5,8 posto (p=0.02, Gehan–Breslow test preživljavanja), dok je dodatak s 1 posto metformin je bio toksičan i smanjio prosječni životni vijek za 14,4 posto104. Međutim, dodatak B6C3F1 mužjacima miševa s 0.1 posto metformina rezultirao je produljenjem prosječnog životnog vijeka samo za 4.2 posto (p=0.064, Gehan–Breslow)104. Liječenje drugim bigvanidom, fenforminom (2 mg/miš u 0.2 mL vode za piće), značajno je smanjilo spontani razvoj tumora kod ženki C3H/Sn miševa i produžilo srednji životni vijek za 21 posto ili više (p<0.05)105,106a maksimalni životni vijek za 26 posto105. U tijeku je procjena učinaka metformina na životni vijek miševa od strane ITP konzorcija, a rezultati bi trebali biti dostupni uskoro.

Kod štakora, liječenje buforminom (5 mg/štakoru u 1 mL vode za piće) dovelo je do neznačajnog povećanja srednjeg životnog vijeka ženki LIO životinja od 7,3 posto, dok je fenformin (5 mg/štakoru u 1 mL vode za piće) imao bez efekta105. Međutim, primjena i buformina i fenformina povećala je maksimalni životni vijek ženki LIO štakora za 5,5 posto, odnosno 9,8 posto.105. Liječenje metforminom (300 mg/kg/dan) nije povećalo ni srednji ni maksimalni životni vijek mužjaka F344 štakora107. Međutim, u istom izvješću, paralelna skupina muških F344 štakora izloženih DR također nije pokazala produljenje životnog vijeka107, ostavljajući rezultate metformina u ovoj studiji donekle neuvjerljivima. Mehanički gledano, predloženo je da liječenje metforminom oponaša neke učinke DR-a, osobito povećanjem aktivnosti AMPK i također aktiviranjem antioksidativnih odgovora, što dovodi do smanjenja nakupljanja oksidativnog oštećenja i kronične upale104.

Iako niti jedna studija nije službeno analizirala učinke dugotrajnog liječenja metforminom na životni vijek zdravih ljudi, randomiziraniklinička ispitivanja metformina pokazala su korisne učinke na zdravlje i preživljenje pacijenata s prekomjernom tjelesnom težinom/pretilih bolesnika s T2D, što se pokazalo smanjenom učestalošću kardiovaskularnih bolesti i raka te smanjenom ukupnom smrtnošću108–110. Međutim, u kombinaciji sa sulfonilurejom, metforminompovećanarizik od smrti povezane s dijabetesom i smrtnosti od svih uzroka u mješovitoj skupini osoba bez prekomjerne tjelesne težine i prekomjerne tjelesne težine/pretilih osoba s T2D78,108. U skladu s ovim zapažanjima, nedavna studija Bannisteraet al.izvijestili su da su pacijenti s T2D liječeni metforminom pokazali bolje preživljenje u usporedbi s podudarnom kontrolnom skupinom bez dijabetesa, dok su oni liječeni sulfonilurejom pokazali smanjeno preživljenje111.

S obzirom na relativno obećavajuće podatke o glodavcima, nagovještaje da bi metformin mogao suzbiti rak i druga stanja povezana sa starenjem kod ljudi, te relativno benigni sigurnosni profil metformina, trenutačno postoji veliki interes za službeno testiranje sposobnosti ovog lijeka da odgodi bolesti povezane sa starenjem. kod ljudi112. Doista, Američka agencija za hranu i lijekove (FDA) nedavno je odobrila studiju pod nazivom Ciljanje starenja s metforminom (TAME) za procjenu metformina kao lijeka protiv starenja. Projekt TAME uključit će približno 3000 sudionika u dobi od 70 do 80 godina koji ili već imaju jedno, dva ili sva tri stanja: rak, srčanu bolest ili kognitivno oštećenje ili su u riziku od njihovog razvoja. Suđenje će se održati u otprilike 15 centara diljem Sjedinjenih Država tijekom 5-7 godina, a koštat će otprilike 50 milijuna dolara113. Cilj studije je utvrditi može li metformin spriječiti pojavu bolesti povezanih sa starenjem. Ovo značajno ispitivanje predstavljat će prvo testiranje spoja kandidata protiv starenja na ljudima.

Resveratrol i drugi spojevi koji aktiviraju sirtuin

Sirtuini su obitelj NAD-aplus-ovisne deacetilaze/ADP riboziltransferaze/deacetilaze uključene u regulaciju odgovora na hranjive tvari i brojne druge aspekte stanične biologije8. Prekomjerna ekspresija Sir2, utemeljitelja obitelji sirtuina, produljuje replikativni životni vijek u pupoljcima kvascaSaccharomyces cerevisiaepotiskivanjem nakupljanja ekstrakromosomskih plazmida rDNA, poticanjem segregacije neoštećenog proteoma u stanicu kćer, provođenjem subtelomernog utišavanja i možda drugim mehanizmima114,115. Nekoliko, iako ne svi, istraživači otkrili su da prekomjerna ekspresija sirtuina u crvima i muhama umjereno produljuje životni vijek ovih organizama116–123. Zanimljivo je da se Sir2 homolog Sir-2.1 može proširitiC. elegan'sživotni vijek na način neovisan o njegovoj aktivnosti deacetilaze116. Doista, nikotinamid (NAM), produkt aktivnosti sirtuina, i njegov metabolit, 1-metil nikotinamid (MNA), mogu produžiti životni vijek crva, potencijalno inducirajući prolaznu ROS signalizaciju116. Kod sisavaca, SIRT1 je najbliži Sir2 homolog; prekomjerna ekspresija ovog proteina u mozgu (ali ne i cijelom organizmu) produljuje životni vijek124, vjerojatno pojačavanjem funkcije hipotalamusa tijekom starenja125. Globalna prekomjerna ekspresija drugog sirtuina, SIRT6, produljuje životni vijek miševa posebno kod mužjaka, barem djelomično putem supresije raka pluća, glavnog uzroka smrti kod mužjaka korištene vrste miševa126,127. Prekomjerna ekspresija SIRT2 stabilizira razine proteina mitotičke kontrolne točke BubR1 u progeroroiduBubR1H/H miševa i produžuje i srednji i maksimalni životni vijek u muških miševa ove vrste128. Nema dostupnih informacija o mogućim učincima kronične prekomjerne ekspresije SIRT2 u WT životinja. Nagomilani dokazi sugeriraju da NADplusrazine mogu pasti tijekom starenja, smanjujući aktivnost sirtuina, i da sposobnost prekomjerne ekspresije sirtuina da produži životni vijek djelomično suzbija ovaj učinak održavanjem funkcije sirtuina usprkos smanjenom NAD-uplusbazen u starijim organizmima129.

Resveratrol i neki drugi polifenoli izvorno su identificirani kao Sir2/SIRT1 aktivatori koji produljuju prosječni i maksimalni životni vijek kvasca130. Važno je napomenuti da je resveratrol vrlo promiskuitetni lijek i da ima funkcionalno važne učinke na mnoge stanične mete131. Zabilježeno je da liječenje crva i muha res veratrolom (u dozi od 100 μM kod crva i 10-100 μM kod muha) produljuje životni vijek, ovisno o prisutnosti funkcionalnih Sir-2.1 odnosno dSir2132. Međutim, studija Bassaet al.tvrdio je da liječenje resveratrolom (1-1000 μM) nije imalo značajnih učinaka naDrosophilaživotni vijek133. Ista je studija također izvijestila da je liječenje resveratrolom od 100 µM izazvalo samo blagi i sporadični porastC. elegansživotni vijek u WT igospodine-2.1mutiranih životinja, što sugerira da su ta mala povećanja uC. elegansživotni vijek izazvan resveratrolom može bitigospodine-2.1nezavisna133. Resveratrol štiti crve od oksidativnog stresa, oštećenja izazvanih zračenjem i amiloidne toksičnosti134–136a također inducira radioprotekciju kod muha137. Liječenje resveratrolom povećava srednji i maksimalni životni vijek pčela138i kratkotrajne ribeNothobranchius furzeriiNothobranchius guentheri139–141.

Zabilježeno je da resveratrol i drugi spojevi koji aktiviraju sirtuin (STAC) alosterički aktiviraju Sir2/SIRT1130. Međutim, druge skupine su otkrile da ovi spojevi nisu bili u stanju poboljšati aktivnost SIRT1 prema prirodnim peptidimain vitro142,143. U tom kontekstu, sugerirano je da povećana aktivnost SIRT1 inducirana resveratrolom ovisi o prisutnosti nenativnog fluorofora konjugiranog na peptidnu sekvencu koja se izvorno koristila u probiru za aktivatore SIRT1142,143. Nedavna izvješća, međutim, pokazala su da se resveratrol i drugi STAC izravno vežu na SIRT1 i alosterički pojačavaju njegovu aktivnost deacetilaze prema neoznačenim peptidnim supstratima144,145. Također je zabilježeno da resveratrol inhibira katalitičku aktivnost humane tirozil transfer-RNA (tRNA) sintetaze (TyrRS), što rezultira njenom nuklearnom translokacijom i stimulacijom NAD-a.plus-ovisna aktivacija poli (ADP-riboza) polimeraze 1 (PARP1)146. PARP1 ima važnu ulogu u popravku i transkripciji DNK147.

Anti-Aging Molecules In Cistanche

Kod miševa, resveratrol štiti od nekih štetnih učinaka prehrane bogate mastima/visoko kalorija148–151, značajno smanjuje rast i razvoj više vrsta raka152–154, te odgađa ili sprječava pojavu AD155,156. Štoviše, kod glodavaca i ljudi resveratrol štiti i od dijabetesa tipa 1 i od T2D157,158 i kardiovaskularne bolesti159i posjeduje protuupalno160 i antivirusne aktivnosti161. Dodatak resveratrola (bilo u dozi od {{0}}.016–0,1 posto prehrane ili 25 mg/kg/dan) je zabilježio produljenje životnog vijeka kod mišjih modela pretilosti148, AD162, HD163i amiotrofična lateralna skleroza164,165. Liječenje resveratrolom (2-8 mg/kg/dan) produljuje životni vijek miševa tretiranih LPS-om166 i smanjuje smrtnost izazvanu kateholaminom kod pretilih štakora (20 mg/kg/dan)167. Nadalje, resveratrol (10 mg/mL, intraperitonealna injekcija) produljuje preživljenje u mišjem modelu akutne ozljede bubrega izazvane sepsom i obnavlja bubrežnu mikrocirkulaciju168. Primjena resveratrola (18 mg/kg/dan u prehrani) također poboljšava preživljenje u modelu hipertenzije štakora169. Važno je, međutim, da liječenje resveratrolom (100-1200 mg/kg hrane) ne produljuje životni vijek kod normalno hranjenih miševa.50,170,171. Suplementacija resveratrolom inducira promjene ekspresije gena u nekoliko tkiva koje nalikuju onima povezanim s ograničenjem kalorija kod miševa171,172.

Kod ljudi je 30-dnevna dopuna resveratrolom (150 mg/dan) kod pretilih muškaraca izazvala metaboličke promjene, uključujući smanjenje brzine metabolizma tijekom spavanja i mirovanja, intrahepatičnog sadržaja lipida, razine cirkulirajuće glukoze, upalnih markera i sistoličkog krvnog tlaka173. Skeletni mišići iz objekata tretiranih resveratrolom pokazali su povećanu aktivnost AMPK, povećani SIRT1 i PGC-1 razine proteina i poboljšano mitohondrijsko disanje masnih kiselina173. Nasuprot tome, 12-tjedna suplementacija resveratrolom (75 mg/dan) u nepretilih žena u postmenopauzi s normalnom tolerancijom glukoze nije izazvala vidljive promjene u sastavu tijela, inzulinskoj osjetljivosti, stopi metabolizma u mirovanju, lipidima u plazmi ili upalnim markerima174. Štoviše, suplementacija resveratrolom nije imala učinka na njegove pretpostavljene molekularne mete, uključujući AMPK,SIRT1, NAMPT, iPPARGC1A, bilo u skeletnim mišićima ili u masnom tkivu174.

Važna nedavna studija Caijaet al.pokazali su nelinearni odgovor na dozu za zaštitne učinke resveratrola kod ljudi i miševa175. Čini se da su niske doze resveratrola (~0.07 mg/kg/dan) učinkovitije od visokih doza (14 mg/kg/dan) kada se primjenjuju zajedno s prehranom bogatom mastima (HFD). u smanjenju broja adenoma i smanjenju ukupnog opterećenja tumoromApcminmiševi, model intestinalne karcinogeneze. Zanimljivo je da su ženke miševa na nižoj dozi resveratrola pokazale znatno veću ekspresiju i aktivaciju AMPK u crijevnoj sluznici od onih u skupini s visokom dozom175. Dosljedno, ljudska kolorektalna tkiva izložena niskim prehrambenim koncentracijama ({{0}}.01 do 0,1 μM) resveratrolaex vivopokazao brzu aktivaciju AMPK i povećanu autofagiju pri niskim koncentracijama i manje izražen ili čak nikakav učinak pri višim dozama (1 do 10 μM)175. Ovaj neobičan učinak može pomoći u racionalizaciji proturječnih izvješća o djelotvornosti resveratrola kod ljudi, a buduće studije na ljudima koje koriste resveratrol moraju biti osmišljene uz posebnu pozornost posvećenu doziranju i razinama u serumu te temeljitoj procjeni učinaka na navodne molekularne mete resveratrola.

Drugi STAC-ovi su sintetizirani i navodno poboljšavaju životni vijek miševa. Zabilježeno je da STAC SRT1720 (100 mg/kg/dan) produljuje prosječni životni vijek odraslih mužjaka C57BL/6J miševa hranjenih standardnom hranom za 8,8 posto (p=0.096), i do 21,7 posto ( p=0.0193) na HFD-u, bez povećanja maksimalnog životnog vijeka ni u jednom kontekstu176,177. Liječenje SRT1720 poboljšalo je fiziološke parametre kod životinja hranjenih HFD-om, smanjujući steatozu jetre, povećavajući osjetljivost na inzulin, poboljšavajući lokomotornu aktivnost, a također inducirajući profil ekspresije gena sličan onom povezanom sa standardnom prehranom176. Suplementacija SRT1720 inhibirala je ekspresiju proupalnih gena u jetri i mišićima miševa hranjenih standardnom hranom i odgodila pojavu metaboličke bolesti povezane sa starenjem177. Slično tome, dodatak prehrani (100 mg/kg) sa SRT2104, još jednim sintetičkim STAC-om, povećao je prosječni i maksimalni životni vijek muških C57BL/6J miševa hranjenih hranom za 9,7 posto (p<0.05) and 4.9% (p<0.001), respectively, and increased insulin sensitivity and motor coordination while reducing inflammation178. Kratkotrajno liječenje SRT2104 čuva koštanu i mišićnu masu u eksperimentalnom modelu atrofije178. Ova otkrića pokazuju da resveratrol i drugi STAC mogu imati blagotvorne učinke na zdravlje, osobito u kontekstu HFD-a, te da neki STAC mogu skromno produljiti životni vijek u normalnim uvjetima hranjenja; međutim, dodatne studije su opravdane kako bi se bolje procijenili njihovi učinci na dugovječnost kod ženki i drugih sojeva miševa. U tom smislu, trenutno postoji veliki interes za procjenu učinaka NAD-aplusprekursori kao terapije za metaboličke bolesti i kandidati za lijekove protiv starenja129.