| Генная терапия старения vs фармакология |
 |
 |
| Новости об инновациях |
| 13.11.2017 |
|
Статья не является медицинской рекомендацией. Цель её рассказать о состоянии дел в отрасли. Автор: Дмитрий Веремеенко. Также мы ищем соавторов для наиболее полного описания перспектив генной терапии старения. Если быть быть более точными, для создание и реализации плана по радикальному продлению жизни человека. Все подходы к генной терапии старения делятся на те, где в организм доставляется ген долголетия, и на те, где «выключается» ген или путь старения. В сравнении с другими подходами к продлению жизни генную терапию достаточно провести только один раз за всю жизнь. Внедрение гена теломеразы (TERT), нарушение работы гена Agtr1a, нокаут GHRKO, нарушение в генах, кодирующих рецепторы к ИФР-1, сверх экспрессия FGF21, нокаут AC5, удаление RIP3, редактирование гена PCSK9, сверх экспрессия Klotho, нокаут RAGE, сверх экспрессия BubR1, сверх экспрессия MTH1 — всё это примеры самых эффективных способов генной инженерии, позволяющих продлевать жизнь животным до 30%.
Чтобы добиться более существенных результатов в генной терапии старения, необходимо комбинировать разные подходы. Частично повторить эффекты генотерапии можно с помощью фарм препаратов. Концепция генной терапии существует на протяжении последних двадцати-тридцати лет. Она заключается в том, что наиболее радикальный способ борьбы с заболеваниями — это уничтожение самой генетической причины болезни, а не его следствий. Генная терапия — это вмешательство в работу клеточного «завода» по производству белков. Она позволяет, как активировать работу нужных генов, так и «выключать» вредные. В первом случае в клетку доставляют ген, с которого начинает считываться белок, необходимый для терапии заболевания. Во втором — в клетку вводятся регуляторные РНК, которые блокируют экспрессию «вредного» гена. , в 2016 году было проведено 2300 клинических испытаний по генной терапии различных болезней. Это, преимущественно рак (64%), моногенные заболевания, вызванные мутацией в одном гене (9,5%), сердечно-сосудистые (7,9%) и инфекционные (7,9%). Для ряда заболеваний генная терапия оказалась вполне успешной. К настоящему времени уже 3 генотерапевтических лекарства допущены к продаже. В Китае в 2003 году выпущен «Гендицин» (Gendicine) — препарат для лечения плоскоклеточного рака головы и шеи на основе гена p53, а в 2006 — «Онкорин» (Oncorine) — онколитический вирус для лечения назофарингеальной карциномы. В Европе в 2012 году запущено производство препарата «Глибера» (Glybera), предназначенного для терапии наследственного дефицита липопротеинлипазы (ЛПЛ) путем доставки одноименного гена. Тяжелые комбинированный иммунодефицитный синдром (SCID) — это наследственное нарушение у детей, характеризующееся глубоко дефективной или отсутствием Т клеточной и В клеточной функций. SCID часто оказывается фатальным в течение первого года жизни, несмотря на проведение терапевтической трансплантации стволовых клеток или в случае дефицита аденозин деаминазы (ADA) проведенного замещения фермента. В апреле 2016 года Европейское агентство по безопасности продуктов питания и Европейское агентство лекарственных средств " ":[]. 30 августа 2017 года Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (FDA) . Речь идет о Kymriah (tisagenlecleucel) компании Novartis Pharmaceuticals, который создан на основе технологии CAR-T и предназначен для лечения В-клеточного острого лимфобластного лейкоза у детей и молодых взрослых пациентов до 25 лет, рефрактерным к другим методам лечения или имеющим рецидив заболевания. Использование технологии редактирования генома CRISPR/Cas9 открывает новые возможности в генной терапии. CRISPR/Cas9 позволяет очень точно и безопасно изменять ДНК клеток. И если совместить технологию CRISPR/Cas9 с доставкой при помощи аденоассоциированных вирусов, то это, по-видимому, позволит системно воздействовать на организм и совершенно безопасно изменять геном очень большого числа клеток. И вот в 2016 году генетики из университета Дьюка (США) объявили, что им впервые в истории удалось успешно провести (мыши) и вылечить его от генетического заболевания, связанного с дистрофией мышц. Для этого была использована модифицированная версия сравнительно новой технологии редактирования генов CRISPR/Cas9. Технология редактирования генов CRISPR/Cas9 связана с использованием аденоассоциированного вируса, помогающего доставлять генетический материал до места назначения. При помощи этой технологии были проведены успешные опыты по редактированию генов отдельных клеток в пробирках и одноклеточных эмбрионов. К сожалению, пока что возможность генетических манипуляций на эмбрионах человека вызывает ожесточённые споры. CRISPR/Cas превзошел все ожидания. Он позволила с минимальным числом ошибок как «выключать» нужные гены, так и встраивать новые гены в строго определенные участки генома. В декабре 2015 года научная группа Фенга Джанга видоизменила данную систему так, что она стала и вовсе безошибочной, что было опубликовано в ведущем научном журнале Science. Ученые заменили 3 аминокислоты «кирпичики», из которых состоит белок) в эндонуклеазе Cas9, после чего число ошибок такой системы свелось практически к нулю. Использование CRISP/Cas9 особенно актуально для генной терапии старения, где требуется воздействовать на пути долголетия, общие для большинства клеток организма. По генной терапии старения до 2015 года не проведено ни одного клинического испытания на людях, что неудивительно, поскольку старение до сих пор не признано болезнью. Кроме того, генная терапия старения пока еще очень молодая и развивающаяся область. Сейчас все исследования по генной терапии старения проводятся на модельных мышах, крысах, обезьянах и клеточных культурах человека — клетках в пробирке. Все подходы к генной терапии старения делятся на те, где в организм доставляется ген долголетия, и на те, где вводятся малые РНК, «выключающие» ген или путь старения. То есть в первом случае вводится нечто полезное для долголетия, а во втором — отключается вредное. В строгом смысле исследований по генной терапии старения на млекопитающих до 2015 года было проведено только два. Гораздо больше работ моделируют генную терапию на трансгенных мышах. В таких исследованиях терапевтический ген не доставляют в организм взрослой мыши, а при помощи генной инженерии создают мышей, геном которых изменен с рождения. Как и генная терапия, это позволяет исследовать, как увеличение или снижение активности разных генов влияет на продолжительность жизни и старение организма. Давайте рассмотрим, что можно теоретически сделать с помощью генной терапии и генной инженерии для борьбы со старением. Преимущество генной терапии перед другими способами продления жизниЗачем нам генная терапия, если можно использовать препараты от старения (геропротекторы)? В сравнении с другими подходами к продлению жизни (например, геропротекторами или ограничением питания, продлевающими жизнь до 30–50%) генную терапию достаточно провести только один раз за всю жизнь, а таблетки нужно пить всё время и не забывать — иначе и результат будет не полным. Например, в работе Андржея Бартке 2001 года ограничение питания продлило жизнь мышам на 30%. Однако мыши употребляли низкокалорийную диету до 670 дней подряд — то есть каждый день, в течение половины своей жизни! Для большинства людей — это мало реально. А в эксперименте по генной терапии Марии Бласко (будет рассмотрено дальше в этой статье) 2012 года генная терапия теломеразой привела к немного меньшему эффекту — мыши стали жить дольше на 20%. Однако в этой работе мыши получили только 1 инъекцию лекарства в кровь за всю жизнь в довольно преклонном возрасте! Поэтому, если мы говорим о трансляции исследований по продлению жизни на человека, то генная терапия имеет абсолютное преимущество, поскольку не снижает качество жизни из-за необходимости постоянного лечения — соблюдать ежедневно определенную диету или же постоянно употреблять геропротекторы или другие лекарства. Также генная терапия высокотаргетна и поэтому имеет потенциал к меньшему числу побочных эффектов. Кроме того, лекарственные средства имеют ограничения по биодоступности в различные ткани и органы. Внедрение гена теломеразы (TERT) у двухлетних мышей дикого типа (40–50 лет по человеческим меркам) с помощью одной инъекции увеличивает длину теломеров и продлевает им жизнь на 20%.
История исследований теломеразы уходит корнями еще в 1961 год. Американский исследователь Леонард Хейфлик культивировал фибробласты эмбриона человека в пробирке и заметил, что они способны поделиться не более 50 раз, после чего стареют. А если брать клетки более старых доноров, то делятся они и того меньше. Ученый предположил, что в клетках существует некий счетчик делений, ограничивающий их общее число. Спустя 10 лет российским ученым Алексеем Оловниковых был предложен гипотетический механизм работы этого счетчика. Оловников предположил, что при делении клеток концы хромосом, называемые теломерами, немного сокращаются. А когда теломеры достигают критической длины, клетка перестает делиться и стареет. В дальнейшем Элизабет Элен Блэкбёрн — американский учёный-цитогенетик, стала лауреатом Нобелевской премии по физиологии или медицине за 2009 год совместно с Кэрол Грейдер и Джеком Шостаком с формулировкой «за открытие механизмов защиты хромосом теломерами и фермента теломеразы» по теории, в 1971 году предложенной Алексеем Оловниковым. В нестареющих клетках (например, половых и эмбриональных стволовых), напротив, должен существовать фермент, который удлиняет теломеры, позволяя клеткам делиться практически до бесконечности. Кроме того, было показано, что повреждение гена теломеразы сильно сокращает жизнь модельных животных и приводит к возникновению синдрома преждевременного старения — прогерии. После открытия теломеразы десятки ученых загорелись тем, чтобы сделать на ее основе лекарство от старости. Казалось бы, «включение» теломеразы во всех клетках может сделать организм бессмертным. Однако вскоре возникли опасения в связи с тем, что активный синтез теломеразы наблюдается и в 90% раковых опухолей. Встал вопрос: не приведет ли активация теломеразы к риску злокачественной трансформации? Кроме того, оказалось, что старение клеток далеко не всегда сопровождается сокращением теломер. Например, в случае эпителиальных клеток слизистой полости рта или роговицы глаза человека. Это говорило о том, что одной активации теломеразы может быть недостаточно для омоложения всего организма. Перед тем как перейти к генной терапии, эффекты теломеразы исследовались на трансгенных мышах. Оказалось, что если «включить» ген TERT во всех клетках мыши, то продолжительность жизни увеличивается на 40%! Однако постоянная активность теломеразы увеличивала и риск рака. Поэтому стал вопрос о том, как активировать работу теломеразы на более короткий срок.
Именно это было сделано в (см. график). Ген теломеразы доставлялся в организм мыши при помощи аденоассоциированного вируса (AAV9), способного обеспечивать системную доставку. Аденоассоциированные вирусы характеризуются высокой безопасностью: они не встраивают доставляемый ген в геном хозяина, и поэтому не приводят к мутагенезу (нет риска рака). Кроме того, они почти не вызывают иммунный ответ. При этом, оказалась совершенно безопасной: риск рака у мышей не увеличивался. Двухлетним мышам делалась одна инъекция, с аденовирусом, к которому вставлен ген теломеразы. Это продлевало жизнь мышам на 20 % (как показано на графике выше). А это теоретически может позволить сделать людям в возрасте 40–50 лет одну инъекцию такого лекарства и продлить жизнь ещё на 8–12 лет. Сегодня простимулировать теломеразу можно и лекарствами. Интересное исследование в этой области провели ученые из Университета Любляны (Словения) в 2016 году после ряда успешных клинических испытаний по омоложению сосудов низкими дозами валсартана и флувастатина. На этот раз они измерили активность теломеразы после омоложения сосудов в образцах крови 130 пациентов пациентов. Так одномесячный курс валсартана 20 мг + флувастатина 10–20 мг , которая достоверно коррелирует с улучшением эндотелиальной функции (омоложением сосудов) и снижением воспаления в кровеносных сосудах. И этот повышенный уровень теломеразы сохраняется, постепенно снижаясь, ещё полгода. Но насколько эффективно такое повышение теломеразы влияет на теломеры ещё предстоит определить.
Важно знать, что теломеры не обязательно могут продлить нам жизнь, если подобную терапию делать не в нужный момент и слишком долго. К тому же одна лишь стимуляция теломеразы может не удлинить теломеры. Активность теломеразы с возрастом почти не меняется — вот посмотрите график слева. А теломеры всё равно сокращаются.
Также сегодня есть на рынке препарат, который повышает активность теломеразы — ТА-65. Он очень дорогой, а жизнь мышей никак не продлевал в исследованиях. Вот смотрите график слева. В ученые из Испанского Национального Онкологического Центра начали давать долгоживущим двух летним мышам ТА-65 для повышения теломеразы, как и в предыдущем исследовании. Только в предыдущем исследовании мышам делали инъекцию для генной терапии. Но препарат ТА-65 никак не продлил жизнь мышам в отличие от генной терапии (см. график слева) и оказался абсолютно бесполезным для продления жизни и замедления старения. В 2011 году ученые из Техасского Университета . Роль теломер в долголетии оказалось не так очевидна… Исследования показывают (при сравнении около 60 видов млекопитающих), чем длиннее теломеры у вида, тем быстрее накапливаются у него мутации ДНК, больше раковых опухолей и короче продолжительность жизни. Длина теломер обратно коррелирует с продолжительностью жизни. Это даёт основания предполагать, что результат по продлению жизни теломеразой, который был получен на мышах с помощью одной инъекции, может не продлить жизнь людям. Вопрос по теломерам для людей остаётся открытым. Вывод: В будущем теоретически мы сможем с помощью внедрения гена теломеразы (TERT) в возрасте 40–50 лет с помощью одной инъекции увеличивать длину теломеров, но одной такой терапии явно недостаточно. Быстрее всего, мы должны найти сочетание генотерапевтических воздействий, чтобы существенно продлить жизнь человека. Сегодня мы можем имитировать эффект с помощью одномесячной терапии 1 раз в полгода комбинацией препаратов валсартана 20 мг + флувастатина 10–20 мг, либо телмисартан + аторвастатин 10 мг. По крайне мере эти препараты в комбинации способны стимулировать саму теломеразу. Нарушение работы гена Agtr1a, кодирующего рецепторы ангиотензина AT1a продлевает жизнь трансгенным мышам на 26% в сравнении с мышами дикого типа.Антагонисты рецепторов ангиотензина II, или блокаторы АТ1-рецепторов — одна из новых групп антигипертензивных средств (лекарства для лечения артериального давления). К таким лекарствам можно отнести все лекарства группы сартанов (например, телмисартан). , эти лекарства сильно продлевают жизнь животным и даже людям. Например, по данным исследования 2007 года, проведенного учеными из Университета Буэнос-Айрес (Аргентина) один из сартанов лозартан, когда его давали 40 крысам линии Вистар, то он продлевал их максимальную продолжительность жизни на 18% в сравнении с другими 40 крысами в контрольной группе.
Можно повлиять на АТ1-рецепторы и генетически, воздействуя на ген Agtr1a. Таким образом решается проблема доставки лекарства во все ткани и органы. провели исследователи из Института Фармакологических Исследований (Италия) и Университета Дьюка (США) в 2009 году. Как мы можем видеть на графике, нарушение работы гена Agtr1a, кодирующего рецепторы ангиотензина AT1a продлевает жизнь 20 трансгенным мышам по сравнению с 10-ю мышами дикого типа на 26%. Судя по исследованиям замедлилось функциональное старение органов и тканей. Такая генотерапия может быть использована и у пожилых для продления жизни. Особенно актуалено воздействие на АТ1-рецепторы для людей с повышенным артериальным давлением. Вывод: В будущем с помощью генотерапии мы можем нарушать работу гена, кодирующего рецепторы ангиотензина AT1 и продлевать жизнь человека на 5–15 лет (такие сроки взяты путем экстраполяции результатов полученных на животных) в зависимости от состояния пациента. Сегодня частичного эффекта (ввиду не полной биодоступности во все ткани организма) можно добиваться терапией курсовых приёмов в малых дозах лекарства телмисартан в дозе 10 мг в сутки, если нет высокого артериального давление — иначе дозы выше. Нокаут гена, кодирующего рецепторы гормона роста GHRKO (выборочное удаление рецепторов гормона роста) продлевает жизнь трансгенным мышам примерно на 30% в сравнении с мышами дикого типа.
В организме человека гормон роста регулирует уровень ИФР-1 (инсулиноподобный фактор роста 1 типа). Это происходит так. Гормон роста секретируется в передней доли гипофиза. Затем гормон роста связывается с рецепторами в печени. Благодаря связыванию с рецепторами гормона роста, в печени начинает секретироваться инсулиноподобный фактор роста 1 типа (ИФР-1). Если рецепторы гормона роста не заблокированы или не «поломаны», то чем выше гормон роста, тем выше и ИФР-1. Сегодня один из самых доказанных почти на всех видах животных (; ) метод продления жизни — это снижение ИФР-1 (инсулин подобный фактор роста 1 типа) с помощью голоданий, либо с помощью диеты FMD, из Университета Южной Калифорнии (США) в 2015 году. Но для этого нужно всю жизнь соблюдать диету, что по силам далеко не каждому. ИФР-1 — гормон, который связывается с рецепторами ИФР-1. И вот, если генетически нарушить работу рецепторов ИФР-1, то можно частично имитировать недостаток ИФР-1. По данным , сделанного учеными из Института Альберта Эйнштейна (США), нарушение в генах, кодирующих рецепторы к ИФР-1 у 197 евреев потомков долгожителей Ашкеназии (105 женщин и 92 мужчин) возможно объясняет их феномен долгожительства. Похоже, что у супердолгожителей, которые живут более 100 лет, в детстве и во взрослом возрасте был оптимальный (не такой высокий, как у остальных людей) уровень ИФР-1, либо был высокий ИФР-1, но при этом генетически обусловленный дефект рецепторов к ИФР-1. А вдруг оптимизация ИФР-1 и снижение смертности — просто совпадение. Ведь долгожителей не так много. О такой взаимосвязи нам бы сказали исследования на больших группах людей. Такие исследования есть. Данные исследований предлагают, что есть уровень ИФР-1, выше и ниже которого риск смерти от рака и от других причин у людей повышается. Этот диапазон примерно от 105 нг/мл до 120 нг/мл. (см. график слева). Данный факт шведские ученые из Университета Гетеборга в 2012 году в результате изучения 2901 пациента, а также при Университете Южной Калифорнии в 2014 году. У людей в возрасте от 50 до 65 лет ИФР-1 на уровне от 105 до 120 нг/мл был связан с наименьшей общей смертностью в следующие 18 лет.
Нокаут у мышей гена, кодирующего рецепторы гормона роста GHRKO (выборочное удаление рецепторов гормона роста) примерно на 30% в сравнении с мышами дикого типа. На графике: чёрный цвет линии — это мыши дикого типа. График синего цвета — это мыши дикого типа, которых недокармливали, чтобы снижать у них ИФР-1 (они прожили на 30% дольше мышей дикого типа). Красная линия — это мыши у которых генетически низкий ИФР-1, так как у них нокаутировали ген, кодирующий рецепторы гормона роста GHRKO. Они прожили на 30% дольше мышей дикого тип). Зелёная линия — это те же мышки с нокаутом гена, кодирующего рецепторы гормона роста GHRKO, но которых также недокармливали — их недокармливание , так как ИФР-1 у них был и так уже снижен генетически. Что это нам даёт? То, что если людям генетически снизить ИФР-1 до оптимального, то им не нужно голодать периодически, чтобы продлить сильно жизнь.
Интересно, что именно с подобной генной инженерией была создана мышь, которая установила рекорд по продолжительности жизни. Эта мышь с необычным именем GHR-KO 11C, созданная Анджеем Бартке (Andrzej Bartke) — эндокринологом из Медицинской Школы Университета Южного Иллинойса, расположенной в Спрингфилде (США). Его мышь не дожила всего 6 дней до своего пятилетия, прожив 1819 дней. Поставить рекорд удалось благодаря отключению у грызуна ген-рецептор гормона роста, что позволило у неё сильно снизить ИФР-1. 25 сентября 2003 года Анджей Бартке получил Longevity Prize — приз за долголетие созданной им мыши. Полезно знать, что немного имитировать эффект снижения ИФР-1 может лекарство от сахарного диабета метформин в дозировке 500 мг в сутки. Так в на 60 женщинах с диагнозом рак эндометрия было показано, что высокая концентрация ИФР-1 в плазме у 30 женщин с раком эндометрия снижалась в два раза через 3–4 недели лечения с помощью обычных доз метформина (500 мг 3 раза в сутки). Вывод: В будущем нокаут гена, кодирующего рецепторы гормона роста GHRKO (выборочное удаление рецепторов гормона роста), либо нарушение в работе генах, кодирующих рецепторы ИФР-1 с помощью генной терапии возможно продлит нашу жизнь лет на 5–17. Сегодня мы можем получить подобный эффект с помощью голоданий, либо с помощью низкокалорийной диеты с низким содержание белка. Кроме того, немного имитировать данный эффект снижения ИФР-1 может препарат для лечения сахарного диабета 2-го типа метформин в дозировке 500 мг в сутки. Генетическая сверх экспрессия FGF21 (фактора роста фибробластов 21) заметно увеличивает продолжительность жизни у трансгенных мышей в сравнении с мышами дикого типа.
Фактор роста фибробластов-21 (FGF21) — это гормон, секретируемый печенью в периоды голодания для того, чтобы помочь организму адаптироваться к недостатку питательных веществ. FGF21 также синтезируется печенью в ответ на сахарный диабет и многие другие проблемы со здоровьем и даже при употреблении алкоголя. FGF21 блокирует рецепторы гормона роста из-за чего снижается синтез ИФР-1 печенью. Более низкий, чем обычно ИФР-1 во многих исследованиях сильно продлевал жизнь животным и снижал смертность у людей. Было бы интересно проверить, можно ли просто генетически заставить организм секретировать больше FGF21. Продлит ли это значительно жизнь? Как оказалось — можно. Кстати, имитировать эффект повышения FGF21 способен метформин в дозировке 500 мг в сутки. Так в 2013 году учеными из Университета Сонгюнгван (Корея) , что уровень FGF21 в сыворотке крови у людей с сахарным диабетом был повышен через полгода лечения метформином.
Ученые из Университета Техаса (США) в показали, что генетическая сверхэкспрессия FGF21 (фактора роста фибробластов 21) заметно увеличивает продолжительность жизни трансгенных мышей (на графике красная линия) в сравнении с мышами дикого типа (на графике синяя линия), не снижая потребление пищи. Вывод: В будущем генетическая сверх экспрессия FGF21 (фактора роста фибробластов 21) может заметно увеличить нашу продолжительность жизни без снижения потребления пищи. Частично имитировать эффект повышения FGF21 может лекарство от сахарного диабета метформин в дозировке 500 мг в сутки. Но метформин смертельно опасно употреблять людям с повышенном выше нормы креатинином в анализах крови. Поэтому перед употреблением врач обязан назначить анализ крови на креатинин. В остальном метформин считается лекарством с высоким профилем безопасности. Генетический нокаут Аденилат циклазы 5-го типа продлевает жизнь трансгенным мышам на 30% в сравнении с мышами дикого типа.Мы рассмотрели, как можно с помощью генетической терапии имитировать эпизодические голодания и сильно продлевать жизнь. Оказывается, есть и другой способ добиться тех же эффектов, но уже не имитируя голодания, а снижая воздействие гормонов стресса на наш организм. Хороший способ повысить стрессоустойчивость организма — это блокировать передачу сигнала от гормона стресса — адреналина в клетку. Таким качеством обладает препарат пропранолол. Также ингибирует адренолиновый сигнал AC5 литий (; ). Оба этих лекарства являются потенциальными геропротекторами (веществами, продлевающими жизнь). Надо отметить, что совмещать генетическую блокаду рецепторов гормона роста и Аденилатциклазы 5-го типа (АС5) нельзя. Как показано в (Университет Медицины и Стоматологии Нью-Джерси — США), мыши в таком эксперименте умерли уже через месяц, будто бы голодали. Этим мышам заблокировали АС5 и сократили рацион питания по калорийности. Поэтому либо голодать, либо полностью заблокировать АС5. Либо голодать и снизить излишнюю активность АС5, но не блокировать её полностью. Адреналин — гормон, который вызывает реакцию бей-беги («flight or fight»); он начинает активно выделяться при ощущении опасности, страхе, травмах, ожогах, шоке и в пограничных ситуациях, мобилизуя организм для устранения угрозы. При этом адреналин сильный стресс гормон, при длительном воздействии он повреждает клетки и целые ткани, приводя к истощению организма, разрушает сердце. Американский исследователь Stephen F. Vatner с коллегами с «выключенным» геном аденилатциклазы 5 типа (AC5) — молекулы, необходимой для передачи адреналинового сигнала в клетки через один из типов его рецепторов — β-адренорецепторы.
Такие рецепторы присутствуют почти на всех клетках организма. Посмотрите на графике. Нокаут АС5 сильно продлевал медианную продолжительность жизни трансгенным мышам — на 30% по сравнению с мышами дикого типа, защищал сердце от старения, защищал от диабета 2-го типа и ожирения. На молекулярном уровне эти эффекты были связаны с тем, что инактивация AC5 запускала путь стрессоустойчивости — Raf/MEK/ERK. В результате клетка вырабатывала целый набор защитных молекул, запускала механизмы выживания клеток. Кроме того, из более ранних работ известно, что действие адреналина на клетку через β2 -адренорецепторы непосредственно вызывает повреждения ДНК. Таким образом, можно предположить, что «выключение» гена AC5 мышей способствовала еще и повышенной стабильности генома. Интересно, что подавление или блокада AC5 у мышей защищает от многих видов рака, в том числе от меланомы. Сегодня FDA в США одобрила противовирусный препарат аденин-9-β-д-арабинофуранозид (Vidarabine или AraAde), который специфически блокирует АС5 и может быть полезным для лечения меланомы и рака лёгких. Таким образом, ингибирование АС5 — это новый , связанных со старением. Есть также свидетельства, которые показывают, что подавление АС5 лекарством пропранолол заблокировало развитие атеросклероза у обезьян и продлевало жизнь людям. То, что эмоциональный стресс повышает давление и вызывает болезни сердца — наглядно показано в . Каплан на примере приматов показал, что если собрать группу самцов приматов, то в течение скольких-то дней у обезьян появится социальная иерархия. Самое худшее место в такой иерархии — это внизу. Самцы приматов, находящиеся в подчиненном положении, демонстрируют ряд показателей хронического стресса. Часто у них возникает атеросклероз. Когда учёные давали самцам приматов, находящимся внизу социальной иерархии (группа риска), бета-блокатор пропранолол, подавляющий активность симпатической нервной системы, то атеросклероз сосудов не развивался. Оказалось, что симпатическая нервная система из-за стресса негативно влияет на развитие атеросклероза и участвует в проблемах с сердцем и сосудами. Эмоциональный стресс реализует себя через симпатическую (адренергическую) автономную нервную систему, которая связывает управляющие центры нашего мозга и внутренние органы. В том числе — с иммунными, костным мозгом и др. Атеросклероз — главный фактор, который приводит к наибольшему число смертей в развитых странах от инфаркта сердца и инсульта мозга. Рандомизированное, двойное слепое, плацебо-контролируемое , организованное Goldstein S и коллегами, показало, что терапия пропранололом у 3837 пациентов с острым инфарктом миокарда снижает смертность от сердечно-сосудистых заболеваний (причина смертности №1 в мире). Опубликованное в 1997 году пациентов 60–69 лет из США, которые перенесли инфаркт миокарда, показало, что пропранолол снижал у таких пациентов общую смертность на 35–37%. Кроме того, пропранолол (значительно большее увеличение фракции выброса левого желудочка и значительно большее снижение массы миокарда левого желудочка). Вывод: В будущем мы можем делать генетический нокаут, либо снижение эффективности работы Аденилат циклазы 5-го типа с помощью генной терапии и сильно продлевать себе жизнь. Но и сегодня мы можем добиваться этого же эффекта медикаментозно, если действовать очень аккуратно под наблюдением врача с помощью лекарства пропранолол, который блокирует именно все бета адренергические рецепторы, а не некоторые, как это делают селективные бета-адреноблокаторы. Но нужно помнить, что нельзя заниматься самолечением, так как при правильном применении пропранолол способен значительно продлить жизнь. Но если пропранолол применять, не учитывая противопоказаний, которые может определить только опытный специалист, то пропранолол может привести к летальному исходу!!! Немного блокировать АС5 (до 50%) может и литий в минидозах — значительно более низких, чем высокие дозы, используемые в лечении когнитивных растройств. Удаление RIP3 (рецептор взаимодействия серин/треонин-протеинкиназы 3) продлевает жизнь атеросклеротических мышей на 30% — до уровня здоровых мышей дикого типа.Систематическое воспаление способствует развитию многих заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания, которые являются ведущей причиной смертности во всем мире. Интересно, что если в сосудах подавить воспаление, то даже у мышей с высоким холестерином (с плохой генетикой в отношении атеросклероза) атеросклероз не развивается, и мыши живут также долго, как и мыши дикого типа. Речь идёт о мышах с «Арое−/−» — экстремальной моделью атеросклероза. Арое — аполипопротеин Е. У таких мышей очень быстро повышается холестерин в крови (особенно ЛПНП) и развивается атеросклероз. Казалось бы, что если не снизить холестерин, то их не спасти. Но как оказалось, если подавить воспаление, то эти мыши могут не болеть атеросклерозом даже при высоком холестерине в крови [].
У людей также бывает плохая генетика по Apoe и высокий уровень холестерина. китайских ученых из Национального Института Биологических Наук показывает, что можно отменить ускоренное старение при такой генетике, иметь здоровое сердца и сосуды. Видите, на картинке, когда у мышек ApoE +/+ — нет дефицита ApoE, то всё ок. Они выглядят здоровыми. Когда у мышек ApoE -/-, то они выглядят больными. Но когда при ApoE -/- генетически удалить RIP3 (RIP3-/-), то воспаление в сосудах снижается, и мышки опять выглядят здоровыми и живут также долго, как и мышки с ApoE +/+ даже с по прежнему высоким уровнем холестерина в крови. На графике также видно, что мышки с дефицитов ApoE -/- имели сильное воспаление в сосудах из-за RIP3 +/+ и жили не более 25 месяцев. Стоило удалить им RIP3 (RIP3 -/-), то такие мышки уже жили 32 месяца — до уровня продолжительности жизни мышей дикого типа. RIP3 при высоком холестерине в крови стимулируют некроз в сосудах с выделением цитокинов, которые мобилизуют моноциты из костного мозга в участки поражения с последующим их превращением в макрофаги и т. д. — образуются холестериновые бляшки, а в анализах крови повышается фактор некроза опухоли ФНО. Удаление RIP3 " ":[] в атеросклеротических бляшках сосудов, не снижая при этом уровень холестерина и триглицеридов в крови, а в анализах падает фактор некроза опухоли ФНО. Когда 50% мышей с ApoE -/- и RIP3 +/+ уже погибли от атеросклероза, то мыши с ApoE -/- и RIP3 -/- были ещё живы на 88% подобно мышкам дикого типа. , повышает апоптоз (самоуничтожение тканей организма). Важно: у RIP3 +/+ есть и полезная функция. RIP3 вызывает апоптоз (самоуничтожение) для защиты против вирусной инфекции. Из предыдущих данных читатель может сделать вывод, что после нокаута RIP3 хоть и не будет развиваться атеросклероз, но будет опасность цитомегаловируса. Ведь RIP3 вызывает апоптоз (самоуничтожение) для защиты против вирусной инфекции. Цитомегаловирус человека (ЦМВ) — это основной вирус, вызывающий врожденные дефекты и серьезные проблемы у лиц с ослабленным иммунитетом. ЦМВ также связан с атеросклерозом (поражение сосудов). Предыдущие исследования показали, что индукция mTOR независимой аутофагии может заблокировать репликацию различных ДНК и РНК вирусов. В 2015 году ученые из Калифорнийского Университета (США) на клеточных линиях , что активация mTOR независимой аутофагии с помощью трегалозы может быть ещё одним методом лечения ЦМВ. Такие же результаты в Университете Париж (Франция). Как индуктор mTOR независимой аутофагии трегалоза показала себя и в клинических испытаниях. Теперь есть актуальность проведения клинических испытаний внутривенного введения трегалозы для лечения ЦМВ. Трегалоза — это сахар, который может войти в наш постоянный рацион вместо сахара, так как является потенциальным геропротектором (средством, продлевающим жизнь).
По традиции давайте посмотрим, а можно ли задавить RIP3 доступными нам сегодня средствами. Оказывается, можно. Так по данным ученых из Пекинского Университета низкие дозы аспирина (L-ASA) хоть и не снижают через RIP3 некроз до уровня здоровых мышей (control), но снижают некроз хотя бы частично по сравнению с SAP. Смотрите на графике. У здоровых мышей уровень некроза был чуть больше 0,2. У мышей больных атеросклерозом — почти 0,8. А при малых дозах аспирина — 0,3 (немного больше, чем у здоровых). Значит ли это, что аспирин способен замедлять развитие атеросклероза, подавляя воспаление в сосудах? , организованное учеными Университета Пенсильвании, показало, что низкие дозы аспирина замедляют прогресс атеросклеротического поражения сосудов, подавляя воспаление и повышая стабильность атеросклеротической бляшки.
В отличие от аспирина Некросулфонамид (necrosulfonamide). Вывод: В будущем мы можем делать генетический нокаут RIP3 и продлевать жизнь людей с высоким холестерином в крови. А сегодня, если повышен холестерин и в анализах крови выявляется повышенный фактор некроза опухоли ФНО, то можно для профилактики некроза и воспаления в сосудах подавлять RIP3 с помощью лекарств: аспирина 250 мг 1 раз в два дня и других. Редактирование гена PCSK9 у взрослых мышей, склонных к высокому уровню холестерина в крови и атеросклерозу снизило уровень плохого холестерина.Сердечно-сосудистые заболевания являются убийцей номер один во всем мире. В июне 2014 года учёные Гарвардского Университета в >50% клеток печени взрослой мыши — с помощью аденовируса с Cas9/CRISPR. Удалось внести изменения в ген PCSK9 с помощью одной интервенции. Люди с такими изменениями в этом гене имеют меньший уровень плохого холестерина и меньше болеют сердечно-сосудистыми заболеваниями. Таким образом было показано, что всего лишь одной инъекцией можно снизить уровень плохого холестерина и в будущем обходиться без лекарств для снижения уровня холестерина — статинов. Генетическая сверхэкспрессия Klotho увеличивает продолжительность жизни у трансгенных мышей на 19–30% в сравнении с мышами дикого типа.20 лет назад, в 1997 году, японские и американские ученые во главе с Yo-ichi Nabeshima обнаружили новый ген долголетия и дали ему название в честь греческой богини судьбы, плетущей нить жизни — Klotho. Его «выключение» у трансгенных мышей вызывало синдром ускоренного старения. Через 7 лет те же исследователи выяснили, что и активация klotho значительно продлевает мышам жизнь — самцам на 20–30%, а самкам — до 19%. Вырабатывается klotho в почках и сосудах мозга и разносится кровью по организму, как гормон. Он системно воздействует на большинство клеток в организме — связывается с рецепторами на их поверхности и подавляет сигналинг инсулина и ИФР-1 (один из главных путей старения). Уже через 3 года после открытия гена klotho — в 2000 в Университете Гумма в Японии была проведена , правда, не от старения, а от хронического заболевания сосудов — атеросклероза. Ryozo Nagai с коллегами системно ввел этот ген крысам и добился улучшения состояния сосудов и снижения артериального давления. В 2014 году японских и американских ученых из Медицинского Университета Jichi, а также Калифорнийского и Бостонского Университетов показали, что определенные варианты в гене klotho (SNP Rs9536314) ассоциированы с долголетием и высокими умственными способностями.
Чтобы разобраться, как на нас влияет Klotho, рассмотрим исследование, проведенное в 2005 году учеными из Университета Штата Техас (США), которое показало, что мутагенные мыши, у которых ген Klotho был с дефектом, выглядели нормальными примерно в течение 3–4 недель жизни, а затем начинали стремительно стареть. За месяц у них обнаруживались такие яркие признаки старения: атрофия кожи, остеопороз, атеросклероз и эмфизема. Приблизительно через два месяца мыши умирали.
В других исследованиях ученые из Университета Штата Техас (США) , у которых ген Klotho вырабатывает существенно больше белка, чем у обычных мышей. Эти мышки жили на 19% — 30% дольше своих обычных сородичей (см. график слева). Учёные отмечают, что Klotho представляет собой тот редчайший случай в биологии млекопитающих, когда один-единственный ген столь существенным образом влияет на продолжительность жизни. Сверх экспрессия белка klotho вызывает сопротивление инсулина к ИФР-1, имитируя голодания. Ученые из Калифорнийского Университета (США) в 2015 году , что уровень белка klotho естественным образом снижается по мере старения организма, что ведет к ухудшению познавательных способностей. Повышение экспрессии белка klotho, ассоциировано с лучшими познавательными функциями у нормальных здоровых людей. Пока у нас нет возможности с помощью генной инженерии повысить уровень klotho в организме, мы можем это сделать с помощью лекарств. , опубликованное в 2015 году Королевским Колледжем Лондона (Великобритания) в журнале CJASN, показало, что лечение валсартаном или лозартаном (лекарства от высокого артериального давления) увеличивает экспрессию белка долголетия klotho. А в 2010 году в American Journal of Nephrology было опубликовано , где было показано, как активированный уголь увеличивает экспрессию белка долголетия klotho у крыс. Активированный уголь подавляет перегрузку почек индоксилсульфатом, что приводит к повышению kloto. Индоксилсульфат является, продуктом метаболизма триптофана в кишечнике с помощью микрофлоры до индола и дальнейшего метаболизма в печени до индола сульфата. Но активированный уголь может адсорбировать индолсульфат и кишечные бактерии, которые участвуют в метаболизме других почечных токсинов. Индол оказывает токсическое действие на клетки почек и сосудов — повышая окислительный стресс в почках и в сосудах. По мере снижения скорости клубочковой фильтрации почек при старении, снижается почечный клиренс индоксилсульфата у людей и у крыс, что приводит к повышенному его содержанию, токсичности и, как следствие, к снижению klotho. Индоксилсульфат является уремическим токсином, ускоряющим прогрессирование хронической почечной недостаточности. Вывод: В будущем возможно мы сможем с помощью генной инженерии повышать экспрессию Klotho и продлевать жизнь — в зависимости от времени вмешательства и пола. А сегодня некоторые лекарства от артериального давления (валсартан и лозартан) доказано у людей повышают klotho, а также повышает klotho, по крайней мере у грызунов, использование активированного угля. Генетический нокаут рецепторов конечных продуктов гликирования RAGE может потенциально продлить жизнь примерно также, как и голодания и сокращение калорий.Накопление конечных продуктов гликирования (AGE) — одна из причин старения человека, а также многих возраст зависимых заболеваний: атеросклероз, инфаркт миокарда, застойная сердечная недостаточность, диабетическая ретинопатия, диабетическая нейропатия, диабетическая нефропатия, болезнь Альцгеймера, псориаз. RAGE — это рецепторы, которые связываются с конечными продуктами гликирования (AGE). Связывание AGE и данного рецептора (RAGE) приводит к образованию активных форм кислорода (АФК) с последующей активацией чувствительного к окислению фактора транскрипции NF-κB в сосудистой стенке и не только, регулирующего экспрессию воспалительных и «отвечающих на повреждение» генов, и непосредственно гена RAGE. Негативное действие AGE-продуктов реализуется не только в стенках сосудах, но и в нейронах и даже в костной ткани. В 2014 году, благодаря ученым из Университета Джорджа Мейсона стало понятно, что , и возможно поэтому они имеют большую продолжительность жизни при более высокой температуре тела и уровня глюкозы в крови, чем млекопитающие такой же массы. Птицы не болеют сахарным диабетом в нормальных условиях. Кроме того, в плазме птиц содержится более низкая концентрация метилглиоксаля. Метилглиоксаль — это предшественник конечных продуктов гликирования.
В (Школа медицины Икана Медицинского центра Маунт-Синай США) было показано, что диета с сокращением у мышей одного из самых распространённых конечных продуктов гликирования (карбокси-метил-лизин) с возраста около 30 недель (с юношества по меркам людей) была достаточна, чтобы значительно увеличить среднюю и максимальную продолжительность жизни животных (на 15% и 6% соответственно). На графике показано, что мыши с сокращением в рационе питания конечных продуктов гликирования жили значительно дольше. Кроме того, у мышей с низким уровнем конечных продуктов гликирования в рационе питания удалось значительно снизить вес тела. Это показывает, что лишний вес — это не только следствие калорий в пище, но и следствие высокого потребления конечных продуктов гликирования.
Однако, как показано на графике слева (из ученых из Университета Майами — США), если в низкокалорийном питании у мышей обеспечить столько же конечных продуктов гликирования, сколько при обычном питании, то продления жизни не наблюдается. Но ведь можно и не сокращать конечные продукты гликирования, а просто нокаутировать с помощью генной инженерии рецепторы RAGE. Генетическая блокада рецепторов RAGE у мышей уже не раз проводилась и (США) в 2016 году, а также в том же году шведскими . Такие блокады приводили к положительным последствиям для здоровья мышей. Как это будет влиять на продление жизни мышей по-видимому не проверялось. В переводе на наш рацион — это будет выглядеть так. Если сократить калории, но при этом есть жареную, запеченную пищу, а также много сладостей и мучного, то никакого преимущества для здоровья не будет. В то же время, если даже не сокращать калории в питании, но полностью исключить из рациона жареное, печеное, мясо употреблять только в варёном виде, а овощи только в сыром, не есть сладости и продукты с высоким гликемическим индексом, добавить средства ингибиторы конечных продуктов гликирования ( 500 мг в сутки, 5–20 мг в сутки, 100 грамм в сутки), то возможно увеличить продолжительность жизни. По из Университета Куруме в 2008 году телмисартан, также лекарство, снижает способность RAGE к связыванию с конечными продуктами гликирования у гипертоников. Генетическая сверхэкспрессия BubR1 защищает ДНК, увеличивает максимальную продолжительность жизни трансгенных мышей на 15% и значительно снижает частоту раковых опухолей даже при наличии мутаций ДНК.
Исследователи обнаружили, что протеин под названием BubR1 снижает риск онкологических заболеваний и на 15% и максимальную продолжительность жизнь подопытных мышей. Протеин BubR1 помогает клеткам формировать хромосомы в процессе деления. Когда экспрессия BubR1 снижается, хромосомы не могут правильно разделиться во время митоза, и формируются клетки с дефектными хромосомами. Протеин BubR1 изучен поверхностно, но известно, что большинство раковых клеток образуются именно из-за дефектных хромосом, вернее их разного количества. Это явление называют анеуплоидия (изменение кариотипа, при котором число хромосом в клетках не кратно гаплоидному набору), и оно является общим для всех раковых клеток, хотя доподлинно неизвестно, является ли анеуплоидия главной причиной онкозаболеваний.
Как бы то ни было, анеуплоидные клетки имеют слишком мало или слишком много хромосом, и протеин BubR1 играет в этом явлении ключевую роль. В ходе экспериментов, в 2013 году американские ученые из клиники Майо в Рочестере, штат Миннесота, (Т23) с повышенной экспрессией BubR1. Затем подвергали подопытных мышей воздействию веществ, необратимо вызывающих опухоли легких и кожи. В результате выяснилось, что онкологические заболевания «заработали» лишь 33% трансгенных мышей (Т23) с гипер экспрессией BubR1. При этом заболевание у мышей с гипер-BubR1 наступало позже, чем у мышей дикого типа — примерно через 2 года, а смертность от рака была в разы ниже — 15% против 40% (см. первый график слева). Более того, продолжительность жизни грызунов выросла на 15% (см. второй график слева), а их физическая форма впечатлила даже ученых. Так, мыши пробегали по беговой дорожке 200 м, а не 100, как обычные мыши. Возможно, Ван Дерсен и его коллеги сделали первый шаг к созданию новых методов лечения рака и способов задержать старение. Интересно, что в 2005 году , что антибиотик доксициклин, который замечен, как мощный препарат для лечения некоторых видов рака, способен повышать экспрессию BubR1. Вывод: В будущем мы сможем с помощью генной инженерии повышать экспрессию BubR1 и продлевать жизнь лет на 10, а также задерживать развитие многих видов рака. Сегодня в клинических испытаниях проверяется для лечения некоторых видов рака антибиотик доксициклин, который является мощным ингибитором пролиферации раковых клеток у животных. И доксициклин, как раз является активатором BubR1. Генетическая сверхэкспрессия MTH1 увеличивает продолжительность жизни у трансгенных мышей на 22% в сравнении с мышами дикого типа.Характерной чертой и, по-видимому, одной из основных причин старения является накопление ошибок и мутаций ДНК. Кроме того, многочисленные болезни преждевременного старения — прогерии — тоже возникают в результате чрезмерного накопления геномных повреждений. В течение жизни ДНК постоянно повреждается разными воздействиями. Из внешней среды на нее действует температура, УФ-излучение, химические мутагены и вирусы. Но и внутренние процессы самой клетки увеличивают геномную нестабильность: ДНК повреждается активными формами кислорода из митохондрий, а системы репликации (удвоения ДНК) и ремонт ДНК часто работают неточно и сами вносят ошибки. В результате с возрастом в ДНК накапливается целый спектр нарушений: разрывы, точечные мутации, перемещение кусков ДНК с одного места на другое, слипание хромосом, встраивание в геном вирусов и транспозонов. Если повреждений слишком много, клетка вынуждена пойти по одному из 3х путей: запустить процессы клеточного самоубийства (апоптоза), стать сенесцентной или превратиться в раковую. Все эти процессы (в случае если им подвержено много клеток) чрезвычайно вредны для организма. Наиболее изученный путь увеличения стабильности генома — это активация систем ремонта ДНК. Именно этот подход используют в большинстве работ по генной терапии.
В 2013 году итальянские ученые под руководством Gemma Calamandre . Белок MTH1 участвует в ремонте повреждений ДНК и РНК, вызываемых активными формами кислорода. Он исправляет дефектные нуклеотиды — окисленные по восьмому атому углерода гуанидины (из четырех букв, на которых написана ДНК эта обозначается «Г»). Оказалось, что повышенная экспрессия MTH1 продлевает жизнь трансгенных мышей до 22% (см. график). Кроме того, у таких мышей геномные повреждения с возрастом накапливались гораздо меньше. Изменялось и их поведение: мыши становились менее тревожными и более любопытными. Сегодня генная инженерия на людях недоступна. Тем не менее мы немного можем повлиять на ремонт и защитить ДНК и повышать MTH1 с помощью магния. Один из лучших способов поддерживать необходимый уровень магния в крови — это добавки цитрата магния 300–400 мг элементарного магния в сутки. Французская ученая Елена Мартин и ее коллеги в 2008 году , что магний важен для функционирования многих ферментов, вовлеченных в копирование и восстановление повреждений ДНК. Хронический дефицит магния в пище приводит к окислительному стрессу и накоплению повреждений ДНК, что также (США) в 1988 году, (Германия) в 2001 году. При (Испания) в 2014 году выявилось, что люди, имеющие самые высокие в пределах нормы уровни магния в плазме крови и самое высокое его потребление, умирали на 34% реже — то есть имели на 34% меньшую смертность от всех причин. Вывод: В будущем мы сможем с помощью генной инженерии или генной терапии повышать экспрессию MTH1 и продлевать жизнь на 6–12 лет, защищая ДНК от повреждений. А сегодня для частичного достижения того же эффекта мы можем употреблять цитрата магния 300–400 мг в виде добавок. Тем более, что магний показал и снижение смертности у людей на 34%. ЗаключениеЕсть множество подтверждений тому, что воздействие сразу на несколько путей долголетия дает больший эффект на продолжительность жизни, чем воздействие на них по-отдельности. Необычайный долгожитель — голый землекоп — грызун, который живет дольше мыши в 10 раз, отличается от нее активацией целого набора путей долголетия: это и повышенная устойчивость к стрессам, защита от рака, стабильность белковых молекул, защита от нейродегенерации. Таким образом, для того чтобы разработать генную терапию, радикально продлевающую жизнь, необходимо действовать одновременно на несколько молекулярных путей. Необходимо комбинировать те подходы генной терапии, которые разрабатываются сейчас для увеличения стабильности генома, омоложения гипоталамуса, уничтожения сенесцентных клеток, увеличения устойчивости к стрессам, улучшения работы митохондрий, поддержания ниш стволовых клеток. Важно помнить, что не проверенные в исследованиях комбинации воздействия по отдельности полезные механизмы могут и сократить жизнь. Если сейчас терапия одним геном не приводит к увеличению продолжительности жизни более чем на 20–30%, то мы надеемся, что в будущем, за счет комплексной терапии старения, можно будет добиться поистине фантастических результатов. В , в и Великобритании объявили о планах или текущих исследованиях о применении технологии редактирования генома crispr для человеческих эмбрионов. Правда пока эти попытки неудачны. Но всё начинается с проб и ошибок. 30 августа 2017 года Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (FDA) . В марте 2017 года, французские ученые об успешных клинических исследованиях генной терапии для лечения серповидноклеточной анемии. Комитет Американской Национальной Академии наук и Национальной Академии медицины дал поддержку редактирования генома человеческих эмбрионов . Но только для серьезных заболеваний и под строгим контролем. Выводы
Источник - |
