Сенолітики продовжили мишам життя і поліпшили її якість

Навчання 02 серпня 2022 Перегляди: 62

Ріс. 1. Сенесцентні клітини жирової тканини, трансплантовані в організм самки миші. Донором жирових сенесцентних клітин стала трансгенна миша, що несе фермент люциферазу, тому трансплантовані клітини світяться. Червоним позначена максимальна люмінесценція, синім — мінімальна. Видно, що клітини опинилися в області жирових відкладень, тобто досягли свого пункту призначення. Зображення з додаткових матеріалів до обговорюваної статті в Nature Medicine

Однією з причин старіння організму вважається накопичення старих, або сенесцентних, клітин. Недавнє дослідження показало, що пересадка цих клітин молодим мишам прискорює старіння організму. Навпаки, виборче знищення сенесцентних клітин за допомогою препаратів-сенолітиків покращує здоров’я мишей і продовжує їм життя. Більше того, вже зараз починаються клінічні випробування сенолітиків для лікування старечих хвороб у людей.

Протягом життя організму його клітини поступово старіють (Див. клітинне старіння). Однак під цим розуміється не стільки вік клітин (який може бути різним залежно від тканини), скільки зміна їх активності. Вони втрачають здатність до поділу, гірше виконують свої функції в організмі і замість цього стимулюють запалення і перебудову тканин. Такі клітини називають «сенесцентними», щоб не плутати старіння організму в цілому зі старінням окремих клітин (див. клітини голих землекопів старіють не так, як клітини мишей, «Елементи», 28.02.2018). На даний момент не існує однозначного пояснення, чому звичайні клітини перетворюються на сенесцентні. Ймовірно, це відбувається в результаті дії безлічі факторів: в ході поділів вкорачуються хромосоми, накопичуються мутації в ДНК і пошкодження в білках. Потім, згідно теорії гіперфункціонування, якщо пошкоджена клітина продовжує отримувати сигнали про те, що потрібно ділитися і рости, чого вона зробити вже не може, вона стає сенесцентною (M.V. Blagosklonny, 2012. Answering the ultimate question «What is the Proximal Cause of Aging?»).

Виявити сенесцентні клітини в організмі можна кількома способами. Наприклад, часто використовують забарвлення на асоційоване зі старінням бета-галактозидазу — фермент, активність якого змінюється в сенесцентних клітинах. Інший варіант — вимірювати активність генів, які блокують клітинну загибель: адже сенесцентні клітини, подібно до ракових, несуть в собі безліч пошкоджень і, щоб не загинути, повинні бути стійкі до апоптозу (програмованої клітинної загибелі). Нарешті, третій варіант — звернути увагу на речовини, які ці клітини виділяють назовні. Виявилося, що це фіксований набір молекул, специфічний для сенесцентних клітин, — його називають SASP (Senescence-associated secretory phenotype). У нього входять, серед інших, білки-протеази), що розщеплюють міжклітинну речовину і запускають її перебудову, фактори зростання для навколишніх клітин і провоспальні сигнальні молекули (цитокіни), що приваблюють імунні клітини.

Вплив SASP на інші клітини в організмі виявляється неоднозначним. У невеликих дозах воно швидше сприятливе і стимулює стовбурові клітини ділитися і оновлювати клітинний склад тканин (див. B. Ritschka et al., 2017. The senescence-associated secretory phenotype induces cellular plasticity and tissue regeneration). Але коли білків SASP накопичується багато, вони діють на сусідні клітини гнітюче, і «заражають їх старістю» — сусіди теж стають сенесцентними (аналогічні процеси описані і при дії екстрактів старих організмів на клітини молодих, див. екстракт зі старих сородичів прискорює старіння, «Елементи», 20.02.2017).

Автори обговорюваної статті перевіряли вплив сенесцентних клітин на старіння мишей. Для цього вони забирали жирові стовбурові клітини однієї миші (оскільки такі клітини добре приживаються при пересадці), викликали в них старіння (двома способами — за допомогою опромінення або за допомогою токсичних речовин, що порушують синтез ДНК) і трансплантували інший миші. Щоб відстежувати долю пересаджених клітин, в якості миші-донора використовували трансгенну тварину, що виробляє люциферазу — біолюмінесцентний фермент. На рис. 1 можна бачити, як за допомогою люциферази відстежили місце розташування трансплантованих клітин в організмі миші; вони зберігалися там протягом приблизно 40 днів.

Здоров’я мишей оцінювали за безліччю параметрів: максимальна швидкість бігу, м’язова сила (при захопленні предметів), фізична витривалість (час, протягом якого миша може бігти біговою доріжкою і висіти на дроті), інтенсивність денної активності, споживання їжі і маса тіла. Не всі ці параметри змінювалися при трансплантації сенесцентних клітин порівняно з трансплантацією здорових клітин або уколами чистого розчину для ін’єкцій (рис. 2). Але деякі показали значне зниження (наприклад, швидкість бігу або сила захоплення). Це дозволяє авторам говорити про те, що сенесцентні клітини дійсно погіршують здоров’я організму, в який потрапляють. При цьому 200 000 клітин недостатньо, щоб викликати серйозне погіршення, а починаючи з 500 000 клітин зміни стають достовірними. Перерахувавши це на загальну кількість клітин в організмі миші, автори зробили висновок, що однієї сенесцентної клітини на 7-15 тисяч клітин у тілі (0,01-0,03%) або однієї з 350 клітин у жировій тканині (0,28%) достатньо, щоб викликати видимі погіршення здоров’я (такі як зниження швидкості бігу або сили захоплення).

Ріс. 2. Показники здоров’я мишей через місяць після трансплантації сенесцентних клітин. d — максимальна швидкість бігу (у відсотках від початкової); e — скільки миша змогла провисіти на дроті (секунди, помножені на вагу миші в грамах); f — сила захоплення (у Ньютонах); g — денна активність (кількість рухів). Мишам вводили: синій колір — фосфатний буфер (контрольний розчин), чорний — 1 000 000 здорових клітин, рожевий — 200 000 сенесцентних клітин, помаранчевий — 500 000 сенесцентних клітин, червоний — 1 000 000 сенесцентних клітин. Достовірні відмінності (ті, які не можна пояснити розкидом даних) позначені дужками і зірочками. Зображення з обговорюваної статті в Nature Medicine

Потім автори статті перевірили інші, спочатку здорові, клітини організму-реципієнта на маркери старіння (асоційовану зі старінням бета-галактозідазу та інші). Виявилося, що через 2 місяці після трансплантації в організмі миші можна виявити 10 15% сенесцентних клітин. При цьому люциферази в них немає, тобто це не клітини донора, а власні клітини реципієнта. Це означає, що «старість» клітин дійсно заразна і сенесцентні клітини впливають на своїх сусідів.

Для того щоб боротися з сенесцентними клітинами, необхідно придумати стратегію їх виборчого знищення. Речовини, які дозволяють це зробити, називають сенолітиками. Загальний принцип їх роботи наступний: подібно до ракових клітин, сенесцентні клітини стійкі до апоптозу, тобто в них активні спеціальні білки, і ці білки можна заблокувати. Так працюють багато протиракових ліків, і їх же можна спробувати застосувати і в якості сенолітиків. Одними з перших кандидатів на цю роль стали дазатиніб і кверцетин — перший вже активно використовується в боротьбі з раком, ефективність другого не настільки очевидна. Однак багато вчених вважають, що їх поєднання може виявитися більш успішним, ніж застосування кожного з них поодинці (див. Yi Zhu et al., 2015. The Achilles’ heel of senescent cells: from transcriptome to senolytic drugs).

Перш ніж переходити до випробувань на тваринах, автори обговорюваної статті протестували дію дазатиніба і кверцетину на клітинних культурах. Вони використовували жирову тканину, отриману від пацієнтів з ожирінням під час операції (вважається, що ожиріння супроводжує прискорене старіння клітин; див. C. Franceschi, 2017. Healthy ageing in 2016: Obesity in geroscience — is cellular senescence the culprit?). Відразу після операції клітини протягом двох днів обробляли сенолітиками або чистим розчином. Через два дні вимірювали кількість сенесцентних клітин (несучих відповідні маркери) і кількість SASP в середовищі культивування. Обидва параметри істотно зменшилися під дією сенолітиків, а також зріс рівень апоптозу в культурі — значить, протиапоптотичні механізми вдалося заблокувати.

Нарешті, щоб оцінити дію сенолітиків на тваринах, автори статті використовували немолодих мишей, віком 20 місяців (середня тривалість життя миші — близько двох років). Протягом чотирьох місяців одна група (контрольна) отримувала плацебо, друга (досвідчена) — комбінацію сенолітиків. Після цього автори знову оцінювали їх здоров’я за безліччю параметрів, і досвідчена група виявилася успішнішою у всьому (рис. 3). А кількість білків SASP в їх організмі знизилася.

Ріс. 3. Показники здоров’я мишей, які два місяці отримували плацебо (V) або комбінацію сенолітиків (D + Q). b — максимальна швидкість бігу (у відсотках від початкової); c — скільки миша змогла провисіти на дроті (секунди, помножені на вагу миші в грамах); d — сила захоплення (у Ньютонах); e — маса тіла; f — скільки енергії миша витратила на біговій доріжці (у кілоджоулях); g — денна активність (кількість рухів); h — споживання їжі (в грамах). Зображення з обговорюваної статті в Nature Medicine

Після цього автори перевірили вплив сенолітиків на тривалість життя мишей. Вони давали препарати дуже старим мишам, віком 24-27 місяців (що відповідає 75-90 років у людини). Ці тварини жили на 36% довше, ніж їхні однолітки, які отримували плацебо (рис. 4), і до останніх тижнів фізична активність мишей-довгожителів залишалася не нижчою, ніж у контрольної групи.

Ріс. 4. Криві виживання мишей, які отримували плацебо (V, чорна лінія) і сенолітики (D + Q, червона лінія). Зліва — виживання днями після першого прийому, праворуч — виживання в днях життя. Навпроти 50-відсоткової виживаності відзначені середні тривалості життя по групах. Зображення з обговорюваної статті в Nature Medicine

Це дозволяє говорити, про те що сенолітики продовжують повноцінне життя без шкоди для здоров’я (рис. 5).

Ріс. 5. Показники здоров’я мишей, які прожили найдовше (топ-40%). Верхній ряд — самці, нижній — самки. Чорні — контрольна група, червоні — досвідчена. Зліва направо: максимальна швидкість бігу (максимальна кількість обертів доріжки в хвилину, на якому миша може утриматися), скільки миша змогла провисіти на дроті (секунди, помножені на вагу миші в грамах), загальна тривалість життя (в днях). Зображення з обговорюваної статті в Nature Medicine

Більш того, набір вікових захворювань, які могли стати причиною смерті, у контрольної та дослідної груп не розрізнявся (рис. 6).

Ріс. 6. Кількість захворювань, які могли призвести до смерті, у контрольної (V, чорні) і дослідної (DQ, червоні) груп. N.s. (not significant) — відмінності, що не володіють статистичною значимістю. Зліва направо: самці + самки, самці, самки. Ліві стовпчики — кількість хвороб у кожної миші, праві — кількість пухлин у кожної миші. Зображення з обговорюваної статті в Nature Medicine

Таким чином, дазатиніб і кверцетин показали себе дуже добре на мишах, знижуючи кількість SASP в їх організмі і продовжуючи їм життя. При цьому не було виявлено жодних побічних ефектів і нових загрозливих для життя захворювань, а фізична активність зберігалася до самої смерті. Не варто, звичайно, робити передчасних висновків про те, наскільки подібна терапія могла б допомогти людям. Самі автори роботи попереджають про необхідність доклінічних досліджень, які б перевірили можливу токсичність препаратів для здорових клітин. До того ж не завжди те, що добре працює у мишей, виявляється таким же ефективним для людини.

Водночас, компанія UNITY Biotechnology нещодавно оголосила про початок клінічних випробувань сенолітиків. Компанія пропонує два продукти: це не дазатиніб і кверцетин, а інші препарати, але механізм роботи схожий — вони теж націлені на протиапоптотичні білки. У пробному клінічному дослідженні перший сенолітик буде використаний для лікування остеоартроза. Це захворювання пов’язане з віком, і вважається, що одним з його механізмів є накопичення сенесцентних клітин. Таким чином, маленькими кроками, починаючи з терапії окремих захворювань, ми наближаємося до клінічних випробувань ліків, що сповільнюють старіння, на людях.

Джерело: Ming Xu, Tamar Pirtskhalava, Joshua N. Farr, Bettina M. Weigand, Allyson K. Palmer, Megan M. Weivoda, Christina L. Inman, Mikolaj B. Ogrodnik, Christine M. Hachfeld, Daniel G. Fraser, Jennifer L. Onken, Kurt O. Johnson, Grace C. Verzosa, Larissa G. P. Langhi, Moritz Weigl, Nino Giorgadze, Nathan K. LeBrasseur, Jordan D. Miller, Diana Jurk, Ravinder J. Singh, David B. Allison, Keisuke Ejima, Gene B. Hubbard, Yuji Ikeno, Hajrunisa Cubro, Vesna D. Garovic, Xiaonan Hou, S. John Weroha, Paul D. Robbins, Laura J. Niedernhofer, Sundeep Khosla, Tamara Tchkonia & James L. Kirkland. Senolytics improve physical function and increase lifespan in old age // Nature Medicine. 2018. DOI: 10.1038/s41591-018-0092-9.

Поліна Лосєва