Hledání pilulky Ponce De Leon: Výzvy při screeningu na molekuly proti stárnutí

Abstraktní

Stárnutíje charakterizována progresivním hromaděním degenerativních změn, které kulminují poruchou funkce a zvýšenou pravděpodobností úmrtí. Je hlavním rizikovým faktorem mnoha lidských patologií – včetně rakoviny, cukrovky 2. typu a kardiovaskulárních chorobneurodegenerativních onemocnění– a v důsledku toho má obrovskou sociální a ekonomickou daň. Thehlavním cílem výzkumu stárnutíje vyvinout intervence, které mohouoddálit nástup mnoha nemocí souvisejících s věkemaprodloužit zdravý život(rozpětí zdraví). Pozorování, že prodloužení dlouhověkosti a zdraví lze dosáhnout u modelových organismů pomocídietní omezenínebo jednoduchégenetické manipulacepodnítil hon po chemických sloučeninách, které mohouzvýšit životnost.Většina drah, které modulují rychlost stárnutí u savců, má homology v kvasinkách, mouchách a červech, což naznačuje, že počáteční screening k identifikaci takovýchfarmakologické intervencemůže být možné pomocí modelů bezobratlých. V posledních letech bylo identifikováno několik sloučenin, které mohou prodloužit životnost u bezobratlých a dokonce i u hlodavců. Zde shrnujeme použité strategie a dosažený pokrok při identifikaci sloučenin schopných prodloužit životnost v organismech od bezobratlých po myši a diskutujeme o hrozivých výzvách při převodu této práce na lidské terapie.

Kliknutím zjistíte nejlepší farmakologické intervence a bylinky Cistanche proti stárnutí

Klíčová slovastárnutí, lék proti stárnutí,onemocnění související s věkem

Úvod

Stárnutí je charakterizováno molekulárními, buněčnými a organizmovými změnami, které kulminují v neschopnosti organismu udržet fyziologickou integritu.1. U lidí je stárnutí spojeno s výrazně zvýšenou predispozicí k široké škále onemocnění, včetně rakoviny, diabetu 2. typu (T2D), neurodegenerace a kardiovaskulárních onemocnění, což vede ke zvýšené nemocnosti a úmrtnosti.1,2. Dlouhodobým cílem výzkumu stárnutí je vyvinout intervence, které mohou oddálit nástup nemocí souvisejících s věkem a podpořit dlouhověkost. S tímto cílem je výzkum v biogerontologii zaměřen na objasnění základních mechanismů stárnutí. Současné důkazy naznačují, že mnoho z těchto mechanismů je mezi eukaryoty zachováno, od kvasinek po savce.

V posledních desetiletích práce v různých organismech identifikovaly buněčné signální dráhy, které modulují rychlost stárnutí3,4 . Mnohé z těchto cest normálně fungují tak, aby zjišťovaly stav výživy organismu (Obrázek 1) a iniciují signální kaskády, které modulují specifické inter- a intracelulární dráhy a podle toho mění fyziologii cílových buněk2. Tyto dráhy snímání živin, které zahrnují signalizaci inzulínu a inzulínu podobného růstového faktoru (IGF) (IIS)5 , cíl signalizace rapamycinu (mTOR).6adenosinmonofosfátem (AMP)-aktivovaná proteinkináza (AMPK) signalizace7a sirtuiny8koordinovat procesy související s buněčným růstem a metabolismem a integrovat je s hladinami živin, energie, růstových faktorů a stresu. Když se sníží hladiny živin a růstové podněty, změní se signalizace prostřednictvím těchto drah. Genetická nebo v některých případech farmakologická manipulace těchto drah může vést k prodloužení života, zatímco jejich dysregulace spojená s věkem může přispívat k stárnutí organismu.

Dietní omezení (DR), dietní režim zahrnující buď snížení celkového příjmu kalorií bez podvýživy, nebo snížený příjem specifických složek potravy, jako jsou aminokyseliny, je nejlépe charakterizovaným zásahem, který zpomaluje stárnutí a oddaluje onemocnění u široké škály druhů.9,10. Molekulární efektory, které se podílejí na zprostředkování pozoruhodných účinků DR, zahrnují tyto dráhy snímání živin9. Počáteční důkazy naznačují, že některé z těchto stejných cest mohou mít vliv i na stárnutí a nemoci u lidí. Například genetické varianty vFOXO3Ageny, kódující transkripční faktor downstream od IIS, byly spojovány s lidskou dlouhověkostí11–16. Jedinci s Laronovým trpaslíkem mají výrazně snížené hladiny IGF1 v séru a hlubokou ochranu před T2D a rakovinou17. Farmakologické intervence, které částečně napodobují DR modulací aktivit těchto cest snímání živin, mají potenciál zlepšit zdraví a podpořit dlouhověkost. Například rapamycin, specifický inhibitor mTOR, byl navržen k vyvolání některých příznivých účinků DR za standardních podmínek krmení a výživy.18. Podobně bylo prokázáno, že několik dalších molekul, jako je metformin a resveratrol, moduluje signalizaci živin a podporuje zdraví v mnoha modelových organismech a jsou podrobně diskutovány následně.

Kromě dysregulace cest pro snímání živin patří mezi další konzervované mechanismy, které se podílejí na škodlivých projevech stárnutí (Obrázek 1) i)mitochondriální dysfunkce, která vede k poruše respiračního metabolismu, zvýšené tvorbě reaktivních forem kyslíku (ROS), jakož i potenciálně dalším následkům,ii)zvýšená akumulace poškození DNA, vyvolaná exogenními urážkami a endogenními riziky včetně chyb replikace DNA a ROS,iii)snížená proteostáza spojená se zvýšeným chybným skládáním a agregací proteinů,iv)stárnutí buněk, přispívající k dysfunkci tkání,v)zvýšený sterilní zánět,vi)opotřebení kmenových buněk avii)epigenetické změny1,19. Pro úplnější diskusi o mechanismech konzervovaného stárnutí je čtenář odkázán na jiné místo1. Farmakologická činidla zaměřující se na některé z těchto změn představují kandidátní léky proti stárnutí. V tomto přehledu poskytneme přehled farmakologických intervencí se známými nebo potenciálními schopnostmi oddálit stárnutí a podpořit zdraví v pozdním věku. Nejprve shrneme hlavní přínosy studií na modelových systémech bezobratlých ke screeningovému úsilí k identifikaci léků proti stárnutí s malou molekulou. Poté se podrobně zaměříme na molekuly, které jsou v současné době studovány kvůli jejich potenciálu prodloužit životnost a oddálit onemocnění. Nakonec budou diskutovány výzvy ve screeningu nových léků proti stárnutí a při překladu této práce na lidi.

Bezobratlí jako modelové systémy pro screening malých molekul pro dlouhověkost

Díky řadě faktorů – zejména včetně snadnosti genetické manipulace a fyziologie podobné jako u lidí – se myš stala předním savčím modelovým organismem v biologii stárnutí20. Vzhledem k vysokým nákladům na ustájení a relativně dlouhé životnosti myší však není v tomto organismu možné provádět velkoplošný nezaujatý screening k identifikaci léků proti stárnutí. S uvědoměním si, že mnoho cest souvisejících se stárnutím je evolučně konzervováno, a to i mezi široce odlišnými druhy, byly místo toho pro takový screening použity modely bezobratlých s krátkou životností. Hlístice Caenorhabditis elegans – se svou krátkou životností ~ 3 týdny, snadnou kultivací a genetickou manipulací a dobře charakterizovanou biologií stárnutí – představuje velmi atraktivní modelový systém pro chemický screening k identifikaci sloučenin, které modulují délku života a fenotypy související s věkem. Několik studií skutečně identifikovalo řadu kandidátských sloučenin proti stárnutí s použitím C. elegans jako modelového organismu. Doposud nejkomplexnější screening životnosti malých molekul pomocí C. elegans provedli Petrascheck et al., kteří hodnotili 88000 chemikálií z hlediska jejich schopnosti prodloužit životnost21. Identifikovali 115 sloučenin, které významně zvýšily životnost červů. Je zajímavé, že jeden z nich vykazoval strukturální podobnost s lidskými antidepresivy, která ovlivňují signalizaci neurotransmiterem serotoninem. Následně zjistili, že mianserin, antagonista serotoninového receptoru používaný jako antidepresivum u lidí, prodlužuje životnost C. elegans, když je podáván v 50 μM, pravděpodobně prostřednictvím mechanismů spojených s DR21. Při hodnocení 19 sloučenin se známými účinky na lidskou fyziologii Evason a kol. uvedli, že antikonvulziva ethosuximid (dávkovaný v dávkách 2 a 4 mg/ml), trimethadion (4 mg/ml) a 3,3-diethyl-2-pyrrolidinon (2 mg/ml) oddalovaly změny související s věkem a delší životnost C. elegans22.

Pomocí bioinformatického přístupu k identifikaci mimetik DR Calvert et al. analyzovali léky, které indukují změny genové exprese podobné těm spojeným s DR, a identifikovali 11 malých molekul s touto vlastností23. Zajímavé je, že z pěti testovaných léků čtyři – rapamycin (podávaný v 10 μM), alantoin (250 μM), trichostatin A (100 μM) a LY-294002 (100 μM) – vyvolaly u divokých zvířat prodloužení života a zdraví. typ (WT) C. elegans. Naopak nebyly pozorovány žádné účinky na dlouhověkost u mutantního pozadí eat-2, genetického modelu DR, což naznačuje, že účinky těchto léků prodlužující život mohou skutečně nastat prostřednictvím mechanismů souvisejících s DR23.

Studie Alaveze et al. uvedli, že sloučeniny vázající amyloid udržují proteinovou homeostázu a prodlužují životnost u C. elegans24. Vystavení červů WT barvivu thioflavinu T (ThT) vázajícímu amyloid v 50 nebo 100 μM během dospělosti zvýšilo střední délku života o 60 procent a maximální životnost o 43–78 procent 24. Léčba ThT snížila agregaci A a zachovala svalovou integritu v C. elegans modely Alzheimerovy choroby (AD), což má za následek snížený podíl paralyzovaných červů. Podávání ThT také potlačilo toxicitu spojenou s metastabilními proteiny u mutantních červů24. ThT-zprostředkované potlačení agregace proteinů a prodloužení životnosti záviselo na molekulárních chaperonech, autofagii, proteazomální funkci, faktoru tepelného šoku 1 regulátoru proteostázy (HSF-1) a transkripčním faktoru odolnosti vůči stresu a dlouhověkosti SKN-124 . Sloučeniny se strukturní podobností s ThT také prodloužily životnost červů až o 40 procent, ale ve výrazně nižších koncentracích než ThT. Kromě toho expozice dalším sloučeninám vázajícím proteinové agregáty, jako je kurkumin (100 μM) a rifampicin (10–100 μM), prodloužila životnost červů až o 45 procent24. Tyto výsledky zdůrazňují význam proteostázy pro zdraví a životnost červů a poskytují další podnětem pro vývoj intervencí schopných udržet proteostázu k potlačení stárnutí a nemocí souvisejících s věkem.

Národní institut stárnutí nedávno sponzoroval farmakologický intervenční program využívající Caenorhabditis jako modelový systém, analogický s podobným probíhajícím úsilím u myší. Caenorhabditis Intervention Testing Program (CITP) je multiinstitucionální úsilí zaměřené na identifikaci sloučenin, které mají schopnost prodloužit životnost a zlepšit zdraví, za použití více druhů Caenorhabditis a více kmenů C. elegans. Identifikace sloučenin, které jsou účinné v geneticky odlišných populacích červů, může urychlit objevování intervencí, které mohou prodloužit životnost / délku zdraví u jiných druhů, potenciálně včetně lidí.

Dalším modelem vhodným pro screening látek proti stárnutí je ovocná muška Drosophila melanogaster25. K dispozici je široká škála genetických kmenů D. melanogaster s různou střední délkou života, které jsou užitečné pro validaci účinnosti sloučeniny napříč různými genetickými pozadími. Podobně jako C. elegans má Drosophila krátkou životnost a mnoho genetických nástrojů dostupných v tomto organismu usnadňuje mechanické studium sloučenin olova25. První studii uvádějící prodloužení životnosti u Drosophila podáním léku provedli Kang et al., kteří prokázali, že podávání Drosophila 4-fenylbutyrátu v koncentraci 5–10 mM – lék s mnoha aktivitami, včetně inhibice histondeacetylázy – významně zvýšila střední i maximální délku života bez negativních dopadů na lokomoci, odolnost vůči stresu nebo reprodukci26. Novější studie popsala screening inhibitorů proteinkináz na účinky na délku života Drosophila27. Z 80 inhibitorů testovaných v této studii 17 významně prodloužilo životnost Drosophila bez ovlivnění příjmu potravy nebo spotřeby, což naznačuje, že účinky těchto inhibitorů na životnost Drosophila nezahrnují DR27. V tomto ohledu nedávná studie Slacka et al. uvedli, že zeslabení signalizace RAS-Erk-ETS vede ke snížení IIS a vyvolává prodloužení životnosti u Drosophila28. Trametinib (1,56–15,6 μM), vysoce specifický inhibitor MEK, který zeslabuje signalizaci downstream od RAS, může prodloužit střední délku života samice Drosophila až o 12 procent (p=1,92 × 10-10) a ve vyšších dávkách (156 μM) zlepšuje přežití v pozdním věku28. Podávání trametinibu bylo účinné při podpoře dlouhověkosti much i při podávání zvířatům středního věku. Tyto a podobné nálezy u jiných drog – srov. prodloužení délky života myší léčbou rapamycinem zahájenou ve středním věku, viz níže – zvyšuje možnost, že léky proti stárnutí u lidí mohou být účinné i při podávání starším jedincům, čímž se zabrání potenciálním vývojovým vedlejším účinkům těchto léků.

Sloučeniny, které modulují stárnutí a s věkem spojené fenotypy u savců

Inhibitor mTOR rapamycin

mTOR je konzervovaná serin/threonin kináza, která snímá a reaguje na dostupnost živin, růstové faktory a environmentální stres a hraje klíčovou roli při spouštění růstu6,29. V mnohobuněčných eukaryotech mTOR existuje ve dvou odlišných multiproteinových komplexech, mTORC1 a mTORC2, které se liší svou asociací s regulačním proteinem mTOR (RAPTOR) a rapamycin-necitlivým společníkem mTOR (RICTOR), v tomto pořadí30,31. Rapamycin tvoří komplex s proteinem FKBP12, který se váže na mTORC1 a inhibuje jeho aktivitu 32. Důležité je, že chronická léčba rapamycinem také inhibuje mTORC233. Aktivita mTORC1 je regulována živinami (glukóza a aminokyseliny), cytokiny, hormony (inzulín nebo IGF1), energií (hladiny ATP) a oxidativním stresem prostřednictvím signalizace PI3K, AKT a AMPK6. Klíčovými downstream mediátory signalizace mTORC1 jsou dráhy, které řídí buněčný růst, proliferaci, stresovou reakci a autofagii29,34. mTORC1 proto kriticky integruje buněčný růst a údržbu s dostupností živin, hormonálními podněty a dalšími environmentálními stimuly.

Řada studií prokázala souvislost mezi signálními cestami mTOR a dlouhověkostí v organismech od kvasinek po savce. Inhibice signalizace mTOR genetickými nebo farmakologickými prostředky prodlužuje životnost u kvasinek35–37, háďátek38,39, ovocných mušek40 a myší33,41–47. Podobně genetická delece u myší downstream efektoru mTORC1, S6 kinázy 1, zvyšuje oxidační metabolismus, chrání před věkem a dietou vyvolanou obezitou a prodlužuje délku života samic47,48. Důsledně zvýšená aktivita cíle mTORC1 4E-BP1 v kosterním svalu vede ke zvýšenému oxidativnímu metabolismu a chrání myši před metabolickou dysfunkcí způsobenou dietou a věkem49. V přelomové studii NIA Interventions Testing Program (ITP) ukázal, že léčba geneticky heterogenního myšího kmene inhibitorem mTOR rapamycinem (podávaným v dávce 14 mg/kg potravy; 2,24 mg/kg tělesné hmotnosti/den) byla zahájena buď v 9 měsících, resp. 20 měsíců věku prodloužilo životnost u obou pohlaví43,50. Následná studie prokázala, že prodloužení délky života myší vyvolané rapamycinem je závislé na dávce a pohlaví. Při dané koncentraci rapamycinu vykazovaly samice myší větší prodloužení délky života než samci, což korelovalo s vyššími hladinami rapamycinu v krvi dosaženými u samic ve srovnání se samci51. Léčba rapamycinem vyvolala zcela odlišné změny genové exprese u mužů a žen, což naznačuje existenci pohlavně specifických odpovědí na inhibici mTOR51. Kromě toho se expresní vzorce enzymů metabolizujících xenobiotika v játrech myší léčených rapamycinem (14 mg/kg potravy) nápadně lišily od vzorců u zvířat vystavených DR ve věku 12 měsíců51. DR je skutečně méně účinná při prodlužování délky života, je-li zahájena později v životě52–54, zatímco léčba rapamycinem prodlužuje životnost myší, i když je zahájena ve středním věku43,55. Rozhodující je, že rapamycinem indukované prodloužení života u myší bylo také pozorováno na různém genetickém pozadí41,42,44,56.

V přelomové studii NIA Interventions Testing Program (ITP) ukázal, že léčba geneticky heterogenního myšího kmene inhibitorem mTOR rapamycinem (podávaným v dávce 14 mg/kg potravy; 2,24 mg/kg tělesné hmotnosti/den) byla zahájena buď v 9 měsících, resp. 20 měsíců věku prodloužilo životnost u obou pohlaví43,50. Následná studie prokázala, že prodloužení délky života myší vyvolané rapamycinem je závislé na dávce a pohlaví. Při dané koncentraci rapamycinu vykazovaly samice myší větší prodloužení délky života než samci, což korelovalo s vyššími hladinami rapamycinu v krvi dosaženými u samic ve srovnání se samci51. Léčba rapamycinem vyvolala zcela odlišné změny genové exprese u mužů a žen, což naznačuje existenci pohlavně specifických odpovědí na inhibici mTOR51. Kromě toho se expresní vzorce enzymů metabolizujících xenobiotika v játrech myší léčených rapamycinem (14 mg/kg potravy) nápadně lišily od vzorců u zvířat vystavených DR ve věku 12 měsíců51. DR je skutečně méně účinná při prodlužování délky života, je-li zahájena později v životě52–54, zatímco léčba rapamycinem prodlužuje životnost myší, i když je zahájena ve středním věku43,55. Rozhodující je, že rapamycinem indukované prodloužení života u myší bylo také pozorováno na různém genetickém pozadí41,42,44,56.

Mechanismy prodloužení dlouhověkosti rapamycinem zůstávají v biologii stárnutí žhavě diskutovaným tématem 56,57. Rapamycin má antineoplastické vlastnosti58–60 a rakovina je hlavní příčinou úmrtí u většiny myších kmenů, které vykazují prodloužení délky života zprostředkované rapamycinem43,61. V této souvislosti je jedním přijatelným vysvětlením prodloužení délky života myší rapamycinem to, že tento lék potlačuje nástup a/nebo agresivitu smrtelných rakovin. Někteří výzkumníci však uvedli, že rapamycin kromě neoplazie inhibuje také fenotypy související s věkem62,63, což silně naznačuje, že tento lék má širší účinky proti stárnutí. Naproti tomu nedávná vyčerpávající studie Neffa et al. tvrdili, že účinky rapamycinu na stárnoucí fenotypy jako takové byly dosti omezené56. V tomto ohledu byla učiněna protichůdná pozorování týkající se účinků léčby rapamycinem u myších modelů AD64. Dlouhodobá léčba rapamycinem vedla ke zlepšení chování u myších AD modelů a vyvolala autofagií zprostředkovaný pokles hladin A a hyperfosforylovaného tau65,66. Naopak se ukázalo, že rapamycin podporuje produkci A67,68 a vedl ke zvýšení A-indukované buněčné smrti69.

Rapamycin má významné vedlejší účinky – zejména metabolickou dysfunkci, kataraktu a testikulární atrofii –, které mohou omezit jeho dlouhodobé využití jako léčba proti stárnutí u lidí70,71. Nejdůležitější je, že vzhledem k imunomodulačním účinkům inhibitorů mTOR je léčba lidských pacientů lékem podobným rapamycinu everolimus/RAD001 spojena s vyšším výskytem infekcí u jedinců s onemocněními, jako je rakovina72,73 a komplex tuberózní sklerózy (TSC)74 . Nedávná studie naopak ukázala, že krátkodobé podávání everolimu/RAD001 zdravým starším jedincům zvýšilo imunologickou odpověď na očkování proti chřipce s mírnými vedlejšími účinky 75. Snížená odpověď na vakcínu proti chřipce je u starší populace velkým klinickým problémem76. Tato zjištění naznačují, že přerušované nebo krátkodobé podávání rapamycinu nebo jiných inhibitorů mTOR může potlačit určité funkčně důležité účinky stárnutí, jako je špatná imunizační odpověď, a zároveň se vyhnout negativním důsledkům spojeným s chronickým užíváním těchto látek. Nedávná studie na myších je v souladu s tímto názorem a identifikuje režim přerušovaného podávání rapamycinu u myší, který minimalizuje metabolickou dysfunkci a zároveň udržuje chronickou supresi mTORC1 v tukové tkáni, i když ne v jiných tkáních77. Bude velmi zajímavé vyhodnotit účinky takových režimů přerušovaného dávkování na širokou škálu fenotypů souvisejících s věkem a na délku života.

Metformin a další biguanidy

Metformin, perorální biguanidové antiglykemické činidlo, je nejrozšířenějším lékem v léčbě metabolického syndromu a T2D. Mechanismus účinku metforminu není zcela objasněn a pravděpodobně bude multifaktoriální. Bylo hlášeno snížení hladin glukózy v séru inhibicí komplexu I dýchacího řetězce v hepatocytech78, což mělo za následek sníženou produkci ATP, což vedlo k aktivaci kináz LKB1 a AMPK a potlačení jaterní glukoneogeneze79,80. Bylo popsáno, že metformin aktivuje AMPK v mnoha dalších tkáních, včetně tukové tkáně, kosterního svalstva, srdce, pankreatických buněk a hypotalamu s potenciálními příznivými fyziologickými účinky u pacientů s T2D81,82. Metformin však také vykazuje důležité účinky nezávislé na AMPK a LKB183, např. antagonizací účinku glukagonu84. Nedávno byl pro metformin odhalen další mechanismus nezávislý na AMPK. Studie Madiraju et al. ukázali, že metformin nekompetitivně inhibuje redoxní kyvadlový enzym mitochondriální glycerofosfátdehydrogenázu, čímž zvyšuje cytosolický redoxní stav a snižuje mitochondriální redoxní stav 85. To potlačuje jaterní glukoneogenezi snížením přeměny laktátu a glycerolu na glukózu 85. Ačkoli je metformin v současné době schválen pro léčbě T2D, velká literatura naznačuje účinnost metforminu protijiné stavy, zejména kardiovaskulární onemocněnía rakovina78. V tomto ohledu nedávná studie prokázala, že metformin snižuje tumorigenezi inhibicí mitochondriálního komplexu I v rakovinných buňkách86.

Aktivace AMPK vyvolává u much a červů dlouhověkost 87,88. Řada studií naznačuje, že léčba metforminem může rekapitulovat některé účinky DR. V této souvislosti několik studií zkoumalo účinky metforminu a dalších biguanidů na délku života a uvedlo různé výsledky. Metformin a další biguanidy prodlužují životnost C. elegan způsobem závislým na dávce89–91. Prodloužení životnosti C. elegans metforminem je zprostředkováno inhibicí bakteriálního metabolismu folátu a methioninu, což zase mění metabolismus methioninu v červu, což vede ke snížení hladiny S-adenosylmethioninu a zvýšení hladin S-adenosylhomocysteinu89. Nicméně metformin zjevně neprodlužuje dlouhověkost u D. melanogaster92,93. I přes silnou aktivaci AMPK vysoké dávky metforminu skutečně zkracují životnost samců i samic much93, možná kvůli narušení homeostázy střevních tekutin93. Léčba metforminem však potlačila fenotypy související s věkem ve střevních kmenových buňkách středního střeva94 a také měla příznivé účinky v modelu obezity u much95. Nedávná studie ukázala, že léčba metforminem způsobuje významné prodloužení střední a maximální délky života u obou pohlaví cvrčka Acheta domesticus96. Bylo provedeno několik studií na hlodavcích za účelem testování účinků metforminu a dalších biguanidů na délku života; výsledky se lišily podle genotypu, pohlaví, dávky a délky léčby97. Chronická léčba metforminem (100 mg/kg v pitné vodě) prodloužila průměrnou délku života samic myší HER-2/neu transgenních, outbredních SHR a inbredních 129/Sv myší o 8 procent (p<0.05), 37.8% (p<0.01), and 4.4% (p<0.05), respectively98–100. Metformin treatment also extended the maximum lifespan of HER-2/neu transgenic and outbred SHR female mice by 9% and 10.3%, respectively, while no effect was observed on maximal lifespan in inbred 129/Sv female mice98–100. Conversely, treatment of inbred 129/Sv male mice with a similar dose of metformin actually reduced mean lifespan by 13.4%100. However, metformin treatment (2 mg/mL in drinking water) in a transgenic mouse model of Huntington's disease (HD) prolonged male mean lifespan by 20.1% (p=0.017), but did not affect female survival101. It has been reported that metformin treatment (100 mg/kg in the drinking water) of female outbred SHR mice initiated at 3 months of age-induced a trend towards increased mean lifespan102. Metformin treatment also postponed the onset of detectable tumors when started at young or middle ages, but not at old age102. Neonatal metformin treatment of 129/Sv mice (100 mg/kg via subcutaneous injection) led to a 20% (p<0.001) increase in male mean lifespan and also slightly increased maximum lifespan by 3.5%103. However, in females, the mean and maximum lifespan in metformin-treated groups were decreased by 9.1% and 3.8%, respectively103. In a recent study by MartinMontalvo et al., male C57BL/6 mice supplemented with 0.1% metformin in the diet showed a 5.8% increase in mean lifespan (p=0.02, Gehan–Breslow survival test), whereas supplementation with 1% metformin was toxic and reduced mean lifespan by 14.4%104. However, supplementation of B6C3F1 male mice with 0.1% metformin resulted in the extension of mean lifespan only by 4.2% (p=0.064, Gehan–Breslow)104. Treatment with another biguanide, phenformin (2 mg/mouse in 0.2 mL of drinking water), significantly reduced spontaneous tumor development in female C3H/Sn mice and prolonged mean lifespan by 21% or more (p<0.05)105,106 and maximum lifespan by 26%105. Evaluation of the lifespan effects of metformin in mice by the ITP consortium is ongoing, and the results should be available soon.

U potkanů ​​vedla léčba buforminem (5 mg/potkan v 1 ml pitné vody) k nevýznamnému 7,3% prodloužení průměrné délky života samic LIO zvířat, zatímco fenformin (5 mg/krysa v 1 ml pitné vody) neměl účinek105. Podávání buforminu i fenforminu však prodloužilo maximální délku života samic LIO potkanů ​​o 5,5 procenta a 9,8 procenta, v tomto pořadí105. Léčba metforminem (300 mg/kg/den) nezvýšila průměrnou ani maximální délku života samců potkanů ​​F344107. Ve stejné zprávě však paralelní skupina samců potkanů ​​F344 vystavených DR také nevykazovala prodloužení života107, takže výsledky metforminu v této studii byly poněkud neprůkazné. Mechanicky bylo navrženo, že léčba metforminem napodobuje některé účinky DR, zejména zvýšením aktivity AMPK a také aktivací antioxidačních odpovědí, což vede ke snížení akumulace oxidačního poškození i chronického zánětu104.

Ačkoli žádná studie formálně neanalyzovala účinky dlouhodobé léčby metforminem na délku života u zdravých lidí, randomizované klinické studie metforminu prokázaly příznivé účinky na zdraví a přežití u pacientů s nadváhou/obezitou s T2D, jak ukazuje snížený výskyt kardiovaskulárních onemocnění a rakoviny. a snížení celkové úmrtnosti108–110. V kombinaci se sulfonylureou však metformin zvýšil riziko úmrtí souvisejících s diabetem a mortality ze všech příčin ve smíšené skupině jedinců bez nadváhy a jedinců s nadváhou/obézních s T2D78,108. V souladu s těmito pozorováními nedávná studie Bannistera et al. uvedli, že pacienti s T2D léčení metforminem vykazovali lepší přežití ve srovnání s odpovídajícími nediabetickými kontrolami, zatímco pacienti léčení sulfonylmočovinami vykazovali snížené přežití111.

Vzhledem k relativně slibným údajům o hlodavcích, náznakům, že by metformin mohl potlačit rakovinu a další stavy související s věkem u lidí, a relativně neškodnému bezpečnostnímu profilu metforminu, existuje v současné době velký zájem o formální testování schopnosti tohoto léku oddálit onemocnění související s věkem. u lidí 112. Americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) nedávno schválil studii nazvanou Targeting Aging With Metformin (TAME) pro hodnocení metforminu jako léku proti stárnutí. Projekt TAME bude zahrnovat přibližně 3 000 účastníků ve věku od 70 do 80 let, kteří buď již mají jeden, dva nebo všechny tři z těchto stavů: rakovinu, srdeční onemocnění nebo kognitivní poruchy nebo jsou ohroženi jejich rozvojem. Zkouška bude probíhat zhruba v 15 střediscích po celých Spojených státech po dobu 5–7 let a bude stát přibližně 50 milionů USD113. Cílem studie je zjistit, zda metformin může zabránit vzniku onemocnění souvisejících s věkem. Tato přelomová studie bude představovat první testování kandidátní sloučeniny proti stárnutí na lidech.

Resveratrol a další sloučeniny aktivující sirtuin

Sirtuiny jsou rodinou NAD plus-dependentních deacetyláz/ADP ribosyltransferáz/deacetyláz, které se podílejí na regulaci reakcí na živiny a mnoha dalších aspektech buněčné biologie8. Nadměrná exprese Sir2, zakládajícího člena rodiny sirtuinů, prodlužuje replikační životnost v pučících kvasinkách Saccharomyces cerevisiae tím, že potlačuje akumulaci extrachromozomálních rDNA plazmidů, podporuje segregaci nepoškozeného proteomu do dceřiné buňky, vynucuje subtelomerické umlčování11, možná i jiné mechanismy. 115. Několik, i když ne všichni, výzkumníci zjistili, že nadměrná exprese sirtuinů u červů a much mírně prodlužuje životnost těchto organismů116–123. Je zajímavé, že homolog Sir2 Sir-2.1 může prodloužit životnost C. elegan způsobem nezávislým na jeho deacetylázové aktivitě116. Nikotinamid (NAM), produkt aktivity sirtuinu, a jeho metabolit, 1-methylnikotinamid (MNA), jsou skutečně schopny prodloužit životnost červů, potenciálně indukcí přechodné signalizace ROS116. U savců je SIRT1 nejbližší homolog Sir2; nadměrná exprese tohoto proteinu v mozku (ale ne v celém organismu) prodlužuje životnost124, pravděpodobně zlepšením funkce hypotalamu během stárnutí125. Globální nadměrná exprese dalšího sirtuinu, SIRT6, specificky prodlužuje životnost myší u samců, alespoň částečně prostřednictvím potlačení rakoviny plic, hlavní příčiny smrti u samců použitého myšího kmene126,127. Nadměrná exprese SIRT2 stabilizuje hladiny mitotického kontrolního proteinu BubR1 u progeroidních myší BubR1H/H a prodlužuje jak střední, tak maximální délku života u myších samců tohoto kmene128. Nejsou dostupné žádné informace týkající se potenciálních účinků chronické nadměrné exprese SIRT2 u zvířat WT. Hromadné důkazy naznačují, že hladiny NAD plus mohou během stárnutí klesat, což narušuje aktivitu sirtuinu a že schopnost nadměrné exprese sirtuinu prodloužit délku života částečně brání tomuto efektu zachováním funkce sirtuinu tváří v tvář snížené zásobě NAD plus ve starších organismech129.

Resveratrol a některé další polyfenoly byly původně identifikovány jako aktivátory Sir2/SIRT1, které prodlužovaly průměrnou a maximální životnost kvasinek130. Je důležité poznamenat, že resveratrol je vysoce promiskuitní lék a má funkčně důležité účinky na mnoho buněčných cílů131. Bylo také popsáno, že léčba červů a much res veratrolem (dávkovaným 100 μM u červů a 10–100 μM u much) prodlužuje životnost v závislosti na přítomnosti funkčních Sir-2.1 a dSir2, v tomto pořadí132. Nicméně studie Bass et al. tvrdili, že léčba resveratrolem (1–1000 μM) neměla žádné významné účinky na délku života Drosophila133. Stejná studie také uvedla, že léčba resveratrolem v dávce 100 μM vyvolala pouze mírné a sporadické zvýšení délky života C. elegans u zvířat WT i sir{15}}.1 mutantů, což naznačuje, že tato malá zvýšení délky života C. elegans vyvolaná resveratrol může být sir-2.1 nezávislý133. Resveratrol chrání červy před oxidačním stresem, poškozením způsobeným zářením a toxicitou amyloidu134–136 a také indukuje radioprotekci u much137. Léčba resveratrolem zvyšuje střední a maximální délku života u včely138 a krátkověkých ryb Nothobranchius furzeri a Nothobranchius guentheri139–141.

Bylo hlášeno, že resveratrol a další sloučeniny aktivující sirtuin (STAC) aktivují Sir2/SIRT1 alostericky130. Jiné skupiny však zjistily, že tyto sloučeniny nebyly schopny zvýšit aktivitu SIRT1 vůči nativním peptidům in vitro142,143. V této souvislosti bylo navrženo, že zvýšená aktivita SIRT1 indukovaná resveratrolem závisí na přítomnosti nenativního fluoroforu konjugovaného s peptidovou sekvencí původně používanou při screeningu aktivátorů SIRT1142,143. Nedávné zprávy však ukázaly, že resveratrol a další STAC se přímo vážou na SIRT1 a alostericky zvyšují jeho deacetylázovou aktivitu vůči neznačeným peptidovým substrátům144,145. Bylo také popsáno, že resveratrol inhibuje katalytickou aktivitu lidské tyrosyl transfer-RNA (tRNA) syntetázy (TyrRS), což má za následek její jadernou translokaci a stimulaci NAD plus závislou aktivaci poly (ADP-ribóza) polymerázy 1 (PARP1)146. . PARP1 hraje důležitou roli jak při opravě DNA, tak při transkripci147.

U myší resveratrol chrání před některými škodlivými účinky vysokotučných/vysokokalorických diet148–151, podstatně omezuje růst a vývoj různých typů rakoviny152–154 a oddaluje nebo zabraňuje nástupu AD155,156. Navíc u hlodavců a lidí resveratrol chrání jak proti diabetu 1. typu, tak proti T2D157,158 a kardiovaskulárním onemocněním159 a má protizánětlivé160 a antivirové účinky161. U myších modelů obezity148, AD162, HD163 a amyotrofické laterální sklerózy164,165 bylo hlášeno, že suplementace resveratrolem (buď v množství 0,016–0,1 procenta stravy nebo 25 mg/kg/den) prodlužuje délku života. Léčba resveratrolem (2–8 mg/kg/den) prodlužuje životnost myší léčených LPS166 a snižuje mortalitu vyvolanou katecholaminy u obézních potkanů ​​(20 mg/kg/den)167. Kromě toho resveratrol (10 mg/ml, intraperitoneální injekce) prodlužuje přežití u myšího modelu akutního poškození ledvin vyvolaného sepsí a obnovuje renální mikrocirkulaci168. Podávání resveratrolu (18 mg/kg/den v dietě) také zlepšuje přežití u potkaního modelu hypertenze169. Důležité však je, že léčba resveratrolem (100–1200 mg/kg potravy) neprodlužuje délku života u normálních myší krmených potravou50,170,171. Suplementace resveratrolem indukuje změny genové exprese v několika tkáních, které se podobají těm spojeným s omezením kalorií u myší171,172

U lidí 30-denní suplementace resveratrolem (150 mg/den) u obézních mužů vyvolala metabolické změny, včetně snížení rychlosti metabolismu ve spánku a v klidu, intrahepatálního obsahu lipidů, hladin cirkulující glukózy, zánětlivých markerů a systolického krevního tlaku173. Kosterní svalstvo z objektů ošetřených resveratrolem vykazovalo zvýšenou aktivitu AMPK, zvýšené hladiny proteinů SIRT1 a PGC-1 a zlepšené mitochondriální dýchání mastných kyselin173. Naproti tomu 12týdenní suplementace resveratrolem (75 mg/den) u neobézních, postmenopauzálních žen s normální glukózovou tolerancí nevyvolala žádnou zjevnou změnu tělesného složení, citlivosti na inzulín, klidové metabolické rychlosti, plazmatických lipidů nebo zánětlivých markerů174. Navíc suplementace resveratrolem neměla žádný vliv na jeho domnělé molekulární cíle, včetně AMPK, SIRT1, NAMPT a PPARGC1A, ani v kosterním svalu, ani v tukové tkáni174.

Důležitá nedávná studie Cai et al. prokázali nelineární dávkovou odezvu na ochranné účinky resveratrolu u lidí a myší175. Při současném podávání s dietou s vysokým obsahem tuků (HFD) se zdálo, že nízká dávka resveratrolu (~0.{{10}}7 mg/kg/den) je účinnější než vysoká - dávka (14 mg/kg/den) při snižování počtu adenomů a snižování celkové nádorové zátěže u myší Apcmin, modelu střevní karcinogeneze. Je zajímavé, že samice myší na nižší dávce resveratrolu vykazovaly významně vyšší expresi a aktivaci AMPK ve střevní sliznici než myši ve skupině s vysokou dávkou175. Lidské kolorektální tkáně vystavené nízkým dietním koncentracím (0,01 až 0,1 μM) resveratrolu ex vivo vykazovaly rychlou aktivaci AMPK a zvýšenou autofagii při nízkých koncentracích a méně výrazný nebo dokonce žádný účinek při vyšších dávkách (1 až 10 μM)175. Tento neobvyklý účinek může pomoci racionalizovat protichůdné zprávy o účinnosti resveratrolu u lidí a budoucí studie na lidech s použitím resveratrolu musí být navrženy s pečlivou pozorností věnovanou dávkování a hladinám v séru a důkladnému posouzení účinků na domnělé molekulární cíle resveratrolu.

Další STAC byly syntetizovány a uvádí se, že zlepšují zdraví a prodlužují životnost myší. Bylo hlášeno, že STAC SRT1720 (100 mg/kg/den) prodlužuje průměrnou délku života dospělých samců myší C57BL/6J krmených standardní stravou o 8,8 procenta (p=0,096) a až o 21,7 procenta ( p=0.0193) na HFD, bez zvýšení maximální životnosti v obou kontextech176,177. Léčba SRT1720 zlepšila fyziologické parametry u zvířat krmených HFD, snížila steatózu jater, zvýšila citlivost na inzulín, zvýšila lokomotorickou aktivitu a také vyvolala profil genové exprese podobný profilu spojenému se standardní stravou176. Suplementace SRT1720 inhibovala expresi prozánětlivých genů v játrech a svalech myší krmených standardní stravou a oddálila nástup metabolického onemocnění souvisejícího s věkem177. Podobně doplněk stravy (100 mg/kg) s SRT2104, dalším syntetickým STAC, prodloužil průměrnou i maximální délku života samců myší C57BL/6J krmených dietou chow o 9,7 procenta (p<0.05) and 4.9% (p<0.001), respectively, and increased insulin sensitivity and motor coordination while reducing inflammation178. Short-term treatment with SRT2104 preserves bone and muscle mass in an experimental atrophy model178. These findings indicate that resveratrol and other STACs can exert beneficial effects on health, particularly in the context of HFD, and that some STACs can modestly extend lifespan under normal feeding conditions; however, additional studies are warranted to better evaluate their effects on longevity in females and other strains of mice. In this regard, there is great current interest in evaluating the effects of NAD+ precursors as therapies for metabolic disease and candidate anti-aging drugs129.