(Окончание. Начало статьи см. здесь.)
Несколько препаратов продемонстрировали большие надежды в лабораторных экспериментах по увеличению продолжительности здоровой жизни и продолжительности жизни различных видов, в том числе мышей, что указывает на реальность эффективных фармакологических антивозрастных вмешательств. Однако проведение непредвзятого скрининга новых потенциальных геропротекторов на млекопитающих представляет собой практически невыполнимую задачу. Учитывая то, что некоторые оказывающие влияние на долголетие клеточные сигнальные пути сохранились в ходе эволюции, беспозвоночные модели могут оказаться достаточно полезными для проведения подобных скринингов. В то же время, некоторые из известных молекулярных факторов, оказывающих выраженное влияние на продолжительность жизни млекопитающих (например, фактор роста), достаточно сильно отличаются у беспозвоночных и млекопитающих. Поэтому скрининг малых молекул, основанный исключительно на использовании беспозвоночных моделей, не позволит выявить все соединения, оказывающие выраженное влияние на старение млекопитающих. Более того, многие ключевые физиологические параметры человека и других млекопитающих плохо моделируются на беспозвоночных, не имеющих таких специфичных тканей, как ткани сердца и почек, и сложных эндокринной, нервной и кровеносной систем, являющихся критичными мишенями в борьбе со старением и возрастными патологиями. Большинство беспозвоночных моделей старения обладают ограниченными регенеративными способностями и не в полной мере воспроизводят такие процессы, как обновление пула стволовых клеток, необходимые для механизмов восстановления тканевых повреждений, обеспечивающих поддержание тканевого гомеостаза у млекопитающих, необходимого для поддержания функционирования органов на протяжении многих лет и десятилетий.
Разработка новых короткоживущих позвоночных моделей старения может значительно облегчить проведение такого скрининга. В данном контексте привлекательной модельной системой является короткоживущая позвоночная рыба Nothobranchius furzeri. Недавно Harel et al. с помощью синтезированного de novo генома и технологии CRISPR/Cas9 описали для N.furzeri модель проявления генотипа в фенотипе (genotype-to-phenotype platform), открывающую возможности проведения интегративного скрининга на мутации генов и препараты, увеличивающие продолжительность жизни этого организма. Одним из основных ограничений возможностей применения N.furzeri является необходимость отдельного содержания, что значительно увеличивает финансовые затраты. Более того, возможно, что некоторые факторы, модулирующие старение рыб и других холоднокровных позвоночных, могут не совпадать с факторами, эффективными в отношении млекопитающих. Несмотря на то, что мыши позволяют хорошо воспроизводить многие аспекты старения и возрастных болезней человека, их использование для первичного скрининга/тестирования большого количества потенциальных антивозрастных соединений нецелесообразно из-за больших финансовых затрат. Использование прогероидных моделей, таких как гипоморфы Ercc1 или мутанты Lmna, для которых характерно ускоренное развитие патологий и короткая продолжительность жизни, позволит тестировать намного больше соединений, чем использование животных дикого типа. Однако вопрос о том, действительно ли эти животные страдают от старения как такового, в настоящее время горячо обсуждается. Возможно также, что тщательная оценка адекватных маркеров старения, например, повышения экспрессии р16 или изменения метилирования ДНК, позволит осуществлять на мышах первичную оценку антивозрастных эффектов большого количества соединений без проведения исследований, длительность которых соответствует продолжительности жизни мышей, с использованием множества когорт, получающих различные потенциальные антивозрастные соединения. В данном отношении группа Horvath разработала подход, позволяющий оценивать возраст большинства типов тканей и клеток на основании возрастных изменений уровней метилирования ДНК в зонах CpG, однако подобные методы пока не применялись к мышам.
Поиск антивозрастных соединений на современном этапе проводится с помощью двух основных подходов. Один из них является фенотипическим, то есть представляет собой скрининг соединений на клеточных или животных моделях, проводимый для выявления препаратов, оказывающих желаемые биологические эффекты, то есть увеличение продолжительности жизни. Несмотря на то, что этот подход продемонстрировал свою исключительную ценность во многих сферах биохимических исследований, идентификация модулирующих продолжительность жизни препаратов значительно более продолжительна, сложна и затратна, чем работа со многими другими фенотипами. Недостаточно используемой моделью для скрининга антивозрастных молекул являются пекарские дрожжи S.cerevisiae. У этих организмов описано две различных формы старения: репликативное и хронологическое (популяционное). В принципе, любая из них может использоваться для скрининга антивозрастных препаратов, хотя хронологическое старение более намного более пригодно для высокопроизводительного анализа. Дополнительный подход подразумевает прицельный скрининг модуляторов механизмов, с большой степенью вероятности модулирующих скорость старения. Однако такие подходы, по определению, лишь с малой степенью вероятности позволят идентифицировать новые клеточные факторы и сигнальные пути, вовлеченные в долголетие.
В преодолении этих сложностей мощным механизмом может оказаться применение для поиска антивозрастных препаратов холистического подхода, подразумевающего одновременно использовать эксперименты на беспозвоночных, клетках млекопитающих и мышах. В этом контексте авторы данной статьи, сотрудники Paul F. Glenn Center for Aging Research at the University of Michigan, проводят скрининг соединений на их способность увеличивать продолжительность здоровой жизни и продолжительность жизни дрозофил и нематод C.elegans, а также для повышения устойчивости фибробластов млекопитающих к стрессу, коррелирующей с долголетием млекопитающих. Эффективные во всех трех тестах соединения являются кандидатами на более глубокую механистическую оценку и дальнейшее тестирование на мышах (рисунок 3).
Рисунок 3. Препараты, показавшие увеличение продолжительности жизни и сохранение здоровья у дрозофил и нематод и повышение устойчивости к стрессу фибробластов млекопитающих, являются потенциальными кандидатами для дальнейшей углубленной оценки и тестирования на мышах.
Еще одной схожей проблемой в изучении старения на сегодняшний день является отсутствие человекообразных (приматных) модельных систем с приемлемо короткой продолжительностью жизни для доклинического тестирования потенциальных антивозрастных препаратов. Наиболее часто в качестве такой модели используются макаки резус, продолжительность жизни которых составляет 30-40 лет. В отношении размера, доступности и других биологических параметров обыкновенные мартышки обладают перед макаками резус рядом преимуществ. В силу меньшего размера тела их содержание обходится дешевле. Более того, беременность мартышек протекает примерно 147 дней и приводит к появлению 2-3 детенышей. Некоторые особенности мартышек, в том числе профиль предрасположенности к заболеваниям, более схожи с особенностями человека, чем у макак. В Европе мартышки используются в качестве модели для тестирования безопасности и токсикологических параметров лекарственных препаратов. Так, в недавнем исследовании Tardif et al. описали на мартышках процедуру дозирования, фармакокинетику и изменения сигнальных путей для рапамицина. Однако их продолжительность жизни составляет около 17 лет, что меньше продолжительности жизни макак резус, но все еще мало применимо для изучения фармакологических вмешательств, предназначенных для увеличения продолжительности жизни. Создание новых моделей старения млекопитающих значительно облегчило бы изучение биологических процессов, лежащих в основе старения, и ускорило перенос фармакологических вмешательств из лаборатории в клинику.
Одной из рассматриваемых в данном отношении моделей являются собаки, разделяющие с человеком его окружение. Более того, старение и болезни собак достаточно хорошо изучены, их размеры тела и продолжительность жизни варьируют в очень широких пределах, что обусловлено огромным генетическим разнообразием. Собаки могут быть относительно недорогой модельной системой, в особенности учитывая желание некоторых владельцев протестировать на своих питомцах увеличивающие продолжительность жизни препараты, ранее валидированные в беспозвоночных моделях и грызунах. Мэтью Кэберлейн (Matthew Kaeberlein) и Дэниел Промислов (Daniel Promislow) из университета Вашингтона в Сиэтле начали пилотное исследование на 30 собаках, посвященное тестированию эффективности рапамицина в отношении улучшения общего состояния здоровья и увеличения продолжительности жизни крупных собак, обычно доживающих до 8-10 лет.
Проведение клинических исследований потенциальных антивозрастных препаратов связано с огромными сложностями. Очень маловероятно, что фармацевтические компании согласятся на проведение клинических исследований продолжительность в несколько десятков лет. Оценка краткосрочных суррогатных фенотипов, таких как молекулярные маркеры или ассоциированные с возрастом нарушения, такие как ослабленная реакция на вакцинацию, могут использоваться для первичной клинической оценки потенциальных антивозрастных соединений, проводимой в более приемлемых временных рамках.
Заключение
С древних времен люди мечтали о вмешательствах, замедляющих процесс старения и увеличивающих продолжительность жизни. Однако только совсем недавно биологические исследования старения достигли того уровня, на котором такие вмешательства уже выглядят вполне реальными. Результатом большого количества исследований на беспозвоночных моделях и грызунах стал постоянно растущий список молекул, потенциально способных увеличивать продолжительность жизни млекопитающих и способствовать сохранению ими хорошего состояния здоровья в старости. Учитывая тот факт, что между старением и заболеваемостью существует тесная взаимосвязь, такие препараты, в случае преодоления всех связанных с их тестированием и разработкой проблем, могут значительно улучшить состояние здоровья человека.
Ссылки на литературные источники см. в оригинале статьи.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
