В данном разделе мы рассматриваем открытия в области различных процессов старения, а также прогресс в развитии методов воздействия на них с целью радикального продления жизни человека.
Мы фокусируемся на фундаментальных исследованиях, посвященных механизмам старения, обозреваем успехи применения потенциальных антиэйджинговых терапий и технологий на модельных организмах и человеке, следим за деятельностью сообществ и компаний, целью которых является замедлить старение и продлить продолжительность жизни человека. Нас также интересуют методы профилактики и поворота вспять биологического старения, что напрямую связано с предотвращением развития возраст-зависимых заболеваний.
Сенесценция: влияние на кальцификацию сосудов.
Кальцификация сосудов — процесс, сопровождающий старение и приводящий к сердечно-сосудистым заболеваниям и смерти. Кальцификация сосудов особенно повышена у пациентов с хронической болезнью почек (CAD) — возраст-зависимым заболеванием. Ранее было показано, что такие факторы как нарушение метаболизма фосфата и кальция, сенесценция гладкомышечных клеток сосудов (VSMCs) и их сенесценция ассоциированы с кальцификацией сосудов. В новом исследовании ученые показали, что сенесценция VSMCs, вызванная фосфатом и IL-6 ведет к кальцификации посредством воздействия на р53, но может быть ингибирована с помощью применения ресвератрола.
Изначально у пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности (ESRD) были взяты образцы плазмы для оценки концентрации неорганического фосфата и IL-6. Далее с помощью рентгеновских и ультразвуковых снимков была оценена связь между кальцификацией сосудов и высоким уровнем фосфата и IL-6. У 45% пациентов с ESRD и кальцификацией и у 34,52% пациентов без кальцификации была обнаружена высокая концентрация как фосфата так и IL-6. В целом наблюдалась корреляция между высоким уровнем фосфата и IL-6 и кальцификацией сосудов. Далее исследователи вызывали сенесценцию на культуре клеток VSMCs путем применения фосфата или IL-6 на протяжении 1-5 дней. В результате оценки концентрации кальция было показано, что применение как фосфата так и IL-6 вызывает повышенное отложение минерала. Понизить уровень сенесцентных маркеров и активных форм кислорода (ROS), вызванных сенесенцией, а также кальцификации удалось за счет высокой дозы ресвератрола (0,2 мг/мл). Механизм же, стоящий за кальцификацией, ассоциированной с сенесценцией, вызванной фосфатом и IL-6, заключается в активации STAT3, регулирующим экспрессию р53. Ресвератрол ингибирует сенесценцию за счет апрегуляции SIRT1, что ведет к пониженной экспрессии р53.
Таким образом, нарушение метаболизма кальция и фосфата ведет к сенесценции клеток и кальцификации сосудов, что можно обратить вспять применением ресвератрола. Однако, не стоит забывать, что положительный эффект был показан пока только на культуре клеток.
Сенесценция: сероводород как нейропротектор.
Мы уже не раз писали о способности сероводорода (H2S) бороться с сенесценцией. Целью нового исследования была оценка потенциального эффекта H2S на сенесценцию нейронов, вызванную гипергликемией — основной чертой диабета, и выявление механизмов за ним стоящих.
В наших обзорах по прогрессу в диагностике, профилактике и лечении диабета и деменции четко выделяется связь между этими патологическими процессами. Всё больше накапливается данных о том, что гипергликемия вызывает сенесценцию нейронов. В связи с этим ученые вызвали сенесценцию нейронов гиппокампа мышей в культуре c помощью высокой концентрации глюкозы, применив затем NaHS как донора H2S. В результате количество сенесцентных клеток сократилось, а уровень маркеров сенесценции понизился. Механизм же стоящий за противосенесцентной активностью H2S заключается, по-видимому, в нормализации активности аутофагии (усиление интенсивности потока аутофагии — мера активности аутофагной деградации). Было показано, что H2S также увеличивает экспрессию SIRT1 — регулятора аутофагии, а применение NaHS при условии сенесценции, вызванной высоким уровнем глюкозы, корректирует пониженный уровень SIRT1. Ингибирование же SIRT1 отменяет противосенесцентный эффект применения H2S.
Таким образом, сероводород обладает нейропротекторными свойствами в условиях гипергликемии за счет регуляции аутофагии путем повышенной экспрессии SIRT1.
В продолжение разговора о нейропротекторных свойствах H2S стоит осветить обзорную статью о стратегиях в питании, позволивших бы повысить синтез или уровень H2S в мозге для потенциального предотвращения болезни Альцгеймера (AD).
Цистатионин-бета- синтаза (CBS) является основным ферментом, ответственным за синтез H2S в мозге. Экспрессию CBS можно увеличить посредством приема таурина. Прием цистеина и других компонентов, способствующих большей доступности метильных групп, таких как фолиевая кислота, S-аденозилметионин (SAM), витамин b12 и бетаин также способны повысить синтез H2S в мозге, тем самым обладая потенциалом для предотвращения AD, и уже показали хорошие результаты на животных моделях этого заболевания. Было показано, например, что H2S снижает уровень бета амилоида и фосфорилирования тау, а также снижает воспаление путем воздействия на микроглию. Интересно, что у пациентов с БА наблюдается значительно более низкий уровень H2S как в мозге так и в плазме крови по сравнению с контролем. Соответственно, повысив потребление цистеина из продуктов питания (птица, свинина, яйца, чечевица, овсянка и др.) можно добиться повышенного синтеза H2S в сосудистой ткани и нейропротекторного эффекта. Была также показана ассоциативная связь между низким уровнем приема из пищи фолиевой кислоты, витамина В12 и таурина и повышенным риском развития деменции. Поэтому еще раз подчеркнем важность правильного питания в том числе для поддержании высокого уровня H2S в мозге.
Сенесценция: изменение метаболизма жиров с возрастом.
Сенесценция — важный процесс, сопровождающий старение и развитие множества ВЗЗ. Ввиду того, что несколько механизмов может вызывать сенесценцию, анализ изменений молекулярных взаимодествий с возрастом, в частности метаболомный анализ, может помочь с более полноценным пониманием сенесценции. В новом исследовании ученые проанализировали метаболомы и липидомы (совокупность всех жиров) коры мозга, печени, бедренной мышцы и эпидидимального жира (жир репродуктивных органов) молодых (9 недель) и старых (114 недель) мышей. Гипотезой ученых выступило нарушение метаболизма жиров, приводящее к увеличению жировой массы с возрастом. В результате было проанализировано более 1000 метаболитов, и составлены метаболические профили молодых и старых мышей. Кластерный анализ показал значительную разницу в профилях — большое множество метаболитов было различно в двух группах, поэтому исследователи провели повторный анализ, сфокусировавшись на диоксисфинголипидах (doxSLs) и связанных с эфиром диацилглицеринах (DAGs). До сих пор связь между старением и этими жирами исследована не была. Было показано, что кора головного мозга, жировая ткань и печень старых мышей отличается высоким уровнем связанных с эфиром DAGs. Уровень двух doxSLs был повышен в эпидидимальном жире, также как и уровень одного из них в коре мозга старых мышей.
В целом результаты данного исследования говорят о нарушении метаболизма жиров с возрастом, выявлении изменений в метаболизме специфических жиров, и проливает свет на механизмы сенесценции, хотя необходимы дополнительные данные для определения роли нарушения метаболизма жиров в сенесценции и старении в целом.
Сенесценция: транскриптомный анализ для выявления надежных биомаркеров.
На данный момент уже известно несколько молекулярных черт сенесценции, однако большинство из них не специфичны и не универсальны для сенесцентных клеток. В новом исследовании был проведен транскриптомный анализ сенесцентных клеток для выявления надежных маркеров сенесценции.
Для достижения поставленной цели исследователи провели РНК секвенирование клеток разных линий и типов (фибробласты и эндотелиальные клетки) в стадии сенесценции, вызванной различными методами: радиоактивным излучением, репликативным истощением (повторным делением), с помощью применения доксорубицина (противоопухолевый препарат) или экспрессии онкогена. В результате было выделено 50 транскриптов и 18 транскриптов, уровень которых был повышен и понижен соответственно в условиях сенесценции. Большинство из них относятся к кодирующим, т.е. ответственных за производство белков, но одним из самых высоко и систематично экспрессируемых в сенесцентных клетках транскриптов оказалась длинная некодирующая РНК (lncRNA) PURPL — регулятор уровня р53, сам регулируемый p53. Авторы замечают, что PURPL может быть более надежным маркером сенесценции, чем известные р16 или р21. Среди белков, уровень экспрессии которых был понижен в сенесцентных клетках — гистоны (подробнее о них здесь). Cреди дифференциально экспрессируемых кодирующих генов также оказались белки молекулярных путей ответственных за синтез цистеина и интерфероновый ответ. Интересно, что разница в экспрессии РНК между группами сенесцентных клеток зависела в большей степени от типа клеток по сравнению с методом индукции сенесценции.
Таким образом, проведенный анализ обозначил транскриптомную составляющую сенесцентных клеток и позволил выделить PURPL как надежный биомаркер сенесценции. Отметим, что всё больше данных накапливается о роли lncRNAs в старении. Однако, данных об их функциях как в норме так и при патологии пока еще накоплено мало. Несмотря на это, несомненно, интерес к некодирующей составляющей нашего генома растет, а вместе с этим и количество экспериментальных данных, что приближает нас к более полному пониманию в том числе механизмов старения.
Сенесценция: употребление кудрявой капусты с высоким содержанием глюкорафанина для предотвращение старения кожи.
Глюкорафанин — предшественник сульфорафана (C6H11NOS2) — мощного антиоксиданта, которым особенно богата капуста брокколи. Ранее были показаны положительные свойства сульфорафана в том числе за счет индукции транскрипционного фактора Nrf2 — регулятора антиоксидантной активности клетки. Оксидативный стресс — важная составляющая старения кожи — активные формы кислорода (ROS) ингибируют производство коллагена путем нарушения сигнального пути TGF-β и способствуют его разрушению путем повышенной экспрессии матричных металлопротеиназ (MMPs) через активацию пути MAPK. Ранее было показано, что сульфорафан повышает экспрессию TGFβ1/Smad и активность Nrf2, ингибируя индукцию MMP-1.
Помимо брокколи, кудрявая капуста (Brassica oleracea) содержит большое количество сульфорафана, который, однако, деградирует при температурной обработке и нестабилен при комнатной температуре. С другой стороны, глюкорафанин более стабилен и конвертируется в сульфорафан ферментами кишечника. Недавно выведенный сорт кудрявой капусты обогащенной глюфорафанином (GEK) уже показал свою способность увеличивать производство коллагена и гиалуроновой кислоты в фибробластах кожи человека. В новом исследовании ученые использовали линию мышей с ускоренной сенесценцией (SAMP1), для которых характерны потеря шерсти, язвы кожи, ранняя смерть, повышенный оксидативный стресс, высокая экспрессия провоспалительных цитокинов и MMPs (т.е. как модель старения кожи), для оценки эффекта применения GEK на производство коллагена.
18 мышей были разделены на 3 группы: контроль со стандартной диетой, группа на диете с 1% кудрявой капусты и группа на диете с 1% GEK. После 39 недель диеты у мышей оценивали кожу на гистологию, а также был проведен анализ экспрессии генов и уровня коллагена. В результате было показано, что в группе GEK наблюдалась пониженная сенесценция, большая толщина кожи, увеличенное производство коллагена (путем активации сигнального пути TβRII/Smad3), а также экспрессия его и Nrf2 по сравнению с остальными двумя группами. Таким образом, диета с GEK обладает противо-возрастным эффектом, как было показано на примере модели ускоренной сенесценции у мышей, а глюкорафанин является веществом, обладающим потенциалом для предотвращения или лечения старения кожи людей.
Межклеточный матрикс: жесткость окружающей среды стволовых клеток нервной системы мешает их функционированию.
С возрастом наблюдается нарушение способности тканей регенерировать в том числе ввиду изменений в нише стволовых клеток, т.е. в их окружающей среде. В новом исследовании ученые показали, что жесткость внеклеточного матрикса клеток-предшественников олигодендроцитов (OPCs — клеток головного мозга, производящих миелиновую оболочку нейронов) приводит к возраст-зависимой потере их функции, а помещение старых OPCs в молодую нишу вернуло им способность пролиферировать (делиться) и дифференцироваться.
Изначально OPCs новорожденных (nOPCs, моложе 7 дней) и старых мышей (aOPCs, 14-18 месяцев) были выделены и помещены в питательную среду. После долгосрочного пребывания в культуре aOPCs в отличие от nOPCs продемонстрировали низкий уровень пролиферации. Трансплантация же aOPCs в мозг молодых мышей вернула им способность делиться и дифференцироваться. Далее OPCs были помещены в молодой или старый внеклеточный матрикс. Оказалось, что в молодом матриксе aOPCs приобретают утерянную функциональность, а nOPCs наоборот перестают делиться в старом матриксе. Частичное же разрушение старого межклеточного матрикса хондроитиназой ABC значительно увеличило пролиферацию и дифференциацию aOPCs. С помощью атомной силовой микроскопии было подтверждено, что межклеточный матрикс прогрессивно ужесточается с возрастом, а помещение aOPCs в имитированный жесткий матрикс (разработанный на основе гидрогеля) подтверждает полученные ранее результаты. Транскриптом же OPCs, помещенных в культуру с мягким гелем, был похож на транскриптом свеже взятых у мышей nOPCs. Применив ингибиторы механотрансдукции, ученые смогли увеличить пролиферацию и дифференциацию aOPCs даже в условиях жесткого матрикса, а блокируя ионный канал PIEZO1, удалось значительно улучшить регенеративную способность OPCs, видимо, “обманывая” клетки и заставляя их “думать”, что они находятся в мягкой окружающей среде.
Таким образом, это исследование подчеркивает важность внеклеточного матрикса в старении, а его “смягчение” или манипуляция клеток за счет ингибирования PIEZO1 может оказаться успешной стратегией для борьбы со старением.
Межклеточный матрикс: ингибирование образования конечных продуктов гликирования с помощью кофеиновой кислоты.
Одной из причин жесткости межклеточного матрикса, наблюдаемого с возрастом, является образование поперечных сшивок белков, вызываемых конечными продуктами гликирования (AGEs — продукты неферментативной реакции между углеводами и свободными аминогруппами белков, жиров и нуклеиновых кислот, подробнее здесь). Клетки эндотелия сосудов особенно чувствительны к повреждению, вызванному AGEs, что может привести к атеросклерозу. Ингибирование же формирования AGEs, по-видимому, эффективный способ предотвращения осложнений при диабете. В новом исследовании был оценен эффект применения кофеиновой кислоты (одной из фенолокислот известных своей способностью подавлять гликирование) на гликирование белков глюкозой на примере клеток эндотелия сосудов пуповины (HUVECs). Было показано, что кофеиновая кислота подавляет образование AGEs, снижает экспрессию воспалительных маркеров и оксидативный стресс.
Гликирование меняет конформацию белков (т.е. их структуру), что сказывается на их физических свойствах взаимодействия с электромагнитными волнами. Поэтому широко используемым методом идентификации и определения количества AGEs является оптическая спектроскопия. В своем исследовании ученые применили этот метод и показали, что, с помощью кофеиновой кислоты можно уменьшить формирование AGEs дозо-зависимым образом. Было показано, что кофеиновая кислота подавляет образование активных форм кислорода (ROS), чрезмерное концентрация которых наблюдается при повреждении AGEs. Кофеиновой кислоте также удалось понизить повышенную экспрессию провоспалительных белков (NLRP3, IL-18, IL-1β, ICAM-1, VCAM-1, CRP, Caspase-1), вызванную AGEs. Результаты данного исследования говорят о способности кофеиновой кислоты справляться с такими пагубными последствиями AGEs как оксидативный стресс и воспаление.
Таким образом, добавление кофеиновой кислоты в рацион питания может предотвратить и отсрочить нарушение работы сосудов при диабете, вызванное AGEs. Однако, необходимые дополнительные исследования на животных для подтверждения данной гипотезы.
Эпигенетика: разные пути репрограммирование для восстановления плюрипотентности.
Все больше появляется результатов экспериментов по эпигенетическому откату или репрограммированию. В новом исследовании ученые сосредоточились на раскрытии механизмов, стоящих за индуцированием наивной плюрипотентности клеток (т.е. их самого начального состояние, когда клетка способна превратиться в клетку любого типа в том числе половую), и обнаружили несколько путей достижения этого состояния, центральным фактором которого является один из факторов Яманаки Oct4.
Важной задачей молекулярной биологии является понимание, какие внутренние и внешние факторы влияют на дифференцирование клеток и их финальную приверженность к тому или иному типу. В контексте старения этот процесс необходимо понимать для осуществления обратной задачи — репрограммирование уже давно дифференцированных клеток для их омоложения путем снятия эпигенетических меток старения. Несмотря на то, что в этом случае мы не хотим вернуть клетку в наивное состояние, понимание механизмов, стоящих за индуцированным этого процесса, несомненно, поможет для осуществления необходимого нам частичного эпигенетического отката.
В своем исследовании ученые перепрограммировали EpiSCs, стволовые клетки эктодермы (наружный слой зародыша), в inPSCs — индуцированные наивные плюрипотентные клетки. Изначально было выбрано несколько драйверов репрограммирования, и оценен транскрипционный ответ клеток на их применение. Оказалось, что не только паттерн изменения экспрессии генов, но и морфологические изменения клеток отличаются в зависимости от используемого драйвера. Несмотря на это, итогом применения разных драйверов был один и тот же — возврат клеток в состояние наивной плюрипотентности. Общим сигнальным путем, ингибирование которого предотвращает индуцирование плюрипотентности, оказался сигнальный путь BMP, а экспрессия Oct4 была равна уровню экспрессии в условиях эндогенной плюрипотентности вне зависимости от используемого драйвера. Нокдаун же Oct4 предотвратил индуцирование плюрипотенции. По всей видимости, Oct4 способен индуцировать и поддерживать плюрипотентность, воздействуя на разные транскрипционные сети, но он необходим и достаточен для репрограммирования клеток (в том числе соматических) в наивное состояние.
Теломеры: связь длины с состоянием здоровья в старости.
Несмотря на успешность попыток удлинить теломеры животных с целью увеличения их ПЖ, до сих пор непонятно, является ли это эффективной стратегией для борьбы со старением людей. В связи с этим важно разобраться, защищены ли люди с более длинными теломерами от ВЗЗ и более ранней смерти. В связи с тем, что у людей длина теломер в большой мере определяется генетикой (по оценкам от 34% до 82%), авторы нового исследования сначала определили варианты генов, ассоциированных с длиной теломер (как было показано в исследованиях полногеномного поиска ассоциаций — GWAS), а затем провели статистический анализ рандомизации Менделя для выявления связи между вариантами и риском развития некоторых ВЗЗ, а также другими чертами старения такими как сила хвата, когнитивные функции и одряхление.
Для выявления связи между генетически обусловленной длиной теломер и состоянием здоровья в старости были использованы данные 379 758 участников европейского происхождения возрастом от 40 до 70 лет, состояние здоровья которых отслеживали на протяжении 7,5 лет. Было показано, что 13 вариантов (в таким генах как TERC, TERT, NAF1, OBFC1, и RTEL1) сильно коррелировали с более длинными теломерами лейкоцитов периферической крови (используются как аппроксимация длины теломер клеток разных тканей). Генетически обусловленные более длинные теломеры были ассоциированы с более низком риском развития ишемической болезни сердца, но более высоким риском развития рака и гипертонией. Согласно анализу исследования, ни на одну другую ВЗЗ или черту старения генетически обусловленная длина теломер не влияет и не обуславливает более длинную ПЖ. Таким образом, удлинение теломер, скорее всего, не сможет оказаться успешной стратегией для улучшения состояния здоровья в старости или увеличения ПЖ.
Новости организаций: спонсирование Juvenescence и запуск the Long Life Family Study.
Juvenescence (подробнее здесь) привлекла 100 миллионов долларов для продвижения своих анти-эйджинговых программ. В целом компании, основанная Джимом Меллоном, удалось собрать 165 миллионов долларов за 18 месяцев. Juvenescence была основана в 2017 году, после чего компания решила сформировать связи с разными организациями, работающими в сфере продления жизни, в том числе сотрудничая с ИИ стартапами и инвестируя в биотех. Несмотря на привлечение значительных сумм, однако, в индустрии биофармы есть скептицизм по поводу выполнимости заявлений Juvenescence относительно продления жизни. Для разработки 12 кандидатов для увеличения ПЖ, как запланировано Juvenescence, вероятно, действительно понадобится больше средств. В связи с этим компания планировала первичное публичное предложение (IPO) на 2019 год. Так, вполне вероятно, что скоро можно будет купить акции Juvenescence.
Международная группа ученых во главе с исследователями из Университета Вашингтона в Сент-Луисе получила грант от NIH (Национального института здоровья США) в размере 68 миллионов долларов на пятилетний проект, посвященный генетической составляющей чрезвычайно высокой ПЖ человека. На данный момент было выделено 18,4 миллиона долларов на первый год исследования, получившего название the Long Life Family Study (LLFS). В нем принимают участие 4953 человека из 539 семей США и Дании. Отличительной чертой участников является высокая ПЖ, а дизайн этого лонгитюдного исследования подразумевает два тщательных осмотра фенотипов старения участников на дому. В результате первого этапа исследования уже была установлена сильная генетическая составляющая таких черт здорового старения как отличные когнитивные способности и отсутствие симптомов болезни Альцгеймера, что, однако, не объясняется вариантами SNPs, полученными в результате GWAS исследований. В следующем этапе LLFS планируется провести полногеномное секвенирование когорты для выявления редких “защитных” вариантов и дополнительные осмотры участников на дому с более формальной оценкой на присутствие деменции. В дополнение к этому планируются транскриптомный, метиломный, протеомный и метаболомный анализы для выявления как вариантов защитных генов и их активности, так и новые биомаркеры здорового старения.
Автор обзора: Лариса Шелоухова.
Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.
