Сенесценция

Tasdemir, N. & Lowe, S. W. Senescent cells spread the word: non-cell autonomous propagation of cellular senescence. The EMBO journal 32, 1975–1976 (2013).

Определение, маркеры, взаимосвязь с другими процессами, лежащими в основе старения

Сенесценция определяется как репликативное старение клеток, то есть состояние клетки, при котором она не может больше делиться. Было выделено несколько причин сенесценции, в том числе повреждение ДНК, укорочение теломер, оксидативный стресс, дисфункция митохондрий, активация некоторых онкогенов, прием определенных препаратов. Подобные стрессоры могут привести к различному ответу клетки от попыток починить вызванные повреждения до активации апоптоза, т.е. гибели. Клетки в состоянии сенесценции же не способны справиться со стрессорами, но и не готовы самоуничтожиться. Однако, в отличие от клеток в G0-фазе, также известной как фаза покоя, при которой клетки перестают делиться в виду, например, отсутствия нутриентов, но способны продолжить деление при улучшения условий, сенесцентные клетки перестают делиться терминально. Вместе с тем, несмотря на отсутствие репликативной активности, сенесцентные клетки влияют на клеток-соседей, активируют клетки иммунной системы, вызывают хроническое воспаление и запускают другие процессы за счет секретирования определенных факторов, известных как SASP (атлас секретома сенесцентных клеток можно найти здесь), и внеклеточных везикул.

Компоненты SASP включают в себя различные факторы роста (IGFBPs, EGF и др.), цитокины (IL-6, IL-1β и др.), хемокины (IL-8, MCP-2 и др.), протеазы (MMPs и др.) и компоненты внеклеточного матрикса (коллагены, фибронектин, ламинин). Некоторые из этих молекул являются постоянными составляющими SASP, несмотря на разнородность сенесцентных клеток, и используются в качестве маркеров сенесценции, например, IL-6 и IL-8. Было показано, что SASP ответствен за 1. феномен, получивший название пассивной сенесценции (bystander senescence) — сенесценция нормальных клеток, вызванная секретируемыми сенесцентными клетками факторами. 2. активацию иммунной системы для очистки ткани от сенесцентных клеток 3. хроническое воспаление 4. промитогенную стимуляцию, т.е. деление клеток, что является противоположным явлению 1 и обуславливает регенеративную составляющую сенесценции, а также говорит о контекстной зависимости сенесценции и её последствий (2 вида воздействия сенесценции: противопролиферативная и пропролиферативная).
Интересным составляющим SASP являются внеклеточные везикулы, секретируемые сенесцентными клетками, которые содержат молекулы, способные вызывать сенесценцию, и подавление биосинтеза которых может оказаться успешной стратегией для предотвращения распространения пассивной сенесценции. Одним из таких компонентов является, например, IFITM3 (составляющий противовирусного механизма) — один из белков, присутствующих в большом количестве в везикулах, выбрасываемых сенесцентными клетками.

К маркерам сенесценции также относятся β-галактозидаза (активация лизосомального пути), р16, р21 и р53 (арест клеточного цикла), и измененная морфология клеток (увеличение размера). Вместе с тем, в виду разнородности сенесцентных клеток разных тканей и в зависимости от причины сенесценции, ученые ищут универсальный маркер сенесценции. Так, в результате транскриптомного анализа было показано, что одним из самых высоко и систематично экспрессируемых в сенесцентных клетках транскриптов оказалась длинная некодирующая РНК (lncRNA) PURPL – регулятор уровня р53, сам регулируемый p53. Отметим, что выявление надежных маркеров сенесценции важно для оценки успешности применения тех или иных сенолитических терапий.

С возрастом число сенесцентных клеток увеличивается, хотя даже в глубокой старости их количество относительно мало. Не стоит, однако, недооценивать их роль в старении и развитии ВЗЗ. На данный момент сложно сказать, что их накопление является основным драйвером старения или же того или иного ВЗЗ, но их удаление оказывает положительный эффект, как было показано в многочисленных исследованиях на модельных организмах различных ВЗЗ. Успешность таких исследований привела к тестированию веществ, либо вызывающих гибель сенесцентных клеток, сенолитиков, либо на подавление SASP, сеностатиков, для применения на людях. Сенолитики, на данный момент являются одним из самых перспективных подходов в борьбе со старением и, возможно, станут первыми анти-эйджинговыми препаратами, доступными на рынке. В 2018 году сенолитики даже были включены в список “Подрывных инноваций”, кардинально меняющих рынок в ближайшем будущем. А в ноябре 2019 было опубликовано заявление исследователей, призывающих ВОЗ, правительства государств и представителей медицины внедрить систему классификации стадий старения органов основанную на сенесценции для решения целого числа проблем, связанных с лечением старения.

Важно, что сенесценция, несомненно, связана с другими пагубными изменениями, сопровождающими старение. Соответственно, снижая уровень сенесценции, возможно будет благотворно повлиять и на другие аспекты старения. Например, всё больше накапливается данных об изменение экспрессии генов, участвующих в построении/разрушении межклеточного матрикса (ECM), вызванном сенесценцией, и улучшение состояния ECM за счет подавления SASP. В то же время как уже было упомянуто, сенесцентные клетки активируют клетки иммунной системы, которые, в свою очередь, распознают и удаляют сенесцентные клетки. Однако, с возрастом функционирование иммунных клеток нарушается, в том числе из-за сенесценции их самих (иммуносенесценция), что приводит к неспособности иммунной системы очищать ткань от клеток-зомби, как назвал их известный Обри де Грей. Сенесценция также является одной из причин воспалительного старения (inflammaging) за счет выбрасываемых сенесцентными клетками провоспалительных цитокинов. Вместе с тем такие отличительные черты старения как сокращение теломер, оксидативный стресс, дисфункция митохондрий, жесткость межклеточного матрикса способны вызвать и усугубить сенесценцию. О существующих и разрабатываемых методах борьбы с ними мы расскажем в соответствующих разделах.

Методы борьбы и состояние на данный момент: сенолитики и сеностатики

UBX0101 — II фаза клинических исследований

Вероятно, самым первым сенолитиком доступным на рынке станет препарат UBX0101 (ингибитор взаимодействия p53, регулятора клеточного цикла, с MDM2, убеквитин-лигазой, регулирующей уровень р53) компании Unity Biotechnolоgy. В конце октября 2019 Unity Biotechnolоgy объявила о начале второй фазы клинического исследования UBX0101 для лечения остеоартрита колена. В июне 2019 были опубликованы успешные результаты тестирования препарата в рамках первой фазы клинического исследования (подробнее здесь). Во второй фазе примут участие 180 пациентов, а результаты 12-месячного рандомизированного, двойного слепого, плацебо-контролируемого исследования ожидаются во второй половине 2020 года. В рамках исследования будут опробованы 3 дозы: 0,5 мг, 2 мг и 4 мг, вводимые путем инъекции в коленный сустав. Отметим, что Unity Biotechnolоgy также разрабатывает сенолитики для лечения других возраст-зависимых заболеваний. Так, препараты UBX1967 и UBX1325 для лечения офтальмологических нарушений (глаукома, диабетическая ретинопатия и др.) нацелены на ингибирование определенных белков Bcl-2 — регуляторов апоптоза необходимых для выживания сенесцентных клеток. Однако, подача документов на заявку для одобрения экспериментальных препаратов (Investigational New Drug (IND) Application), что предшествует началу клинических испытаний, запланирована только на начало 2020 года.

Комбинация из дазатиниба и кверцетина (QD) — I фаза клинических исследований

Комбинация из дазатиниба (противоопухолевого препарата) и кверцетина (полифенола растительного происхождения), известная под аббривиатурой QD, является первой сенолитической терапией, уже показавшей успех в нескольких исследованиях на животных. В связи с достаточным количеством накопленных данных, ученые перешли к испытанию данных препаратов на людях. В феврале 2019 были опубликованы результаты первого пилотного исследования с применением QD у пациентов с идиопатическим фиброзом легких. В результате терапии были отмечены улучшения функционального статуса пациентов. А в сентябре 2019 появились результаты I фазы клинического исследования по применению QD на протяжении 3 дней пациентами с диабетическим поражением почек, согласно которым было подтверждено, что данная терапия действительно приводит к удалению сенесцентных клеток и снижению циркулирующих факторов SASP. Далее ожидается запуск II фазы клинических исследований QD, однако, информации о начале еще не поступало.

Физетин — II фаза клинических исследований

Еще одним многообещающим сенолитиком является физетин — полифенол растительного происхождения, содержащийся в некоторых фруктах, ягодах и овощах, а также доступный в виде добавки. Физетин и его синтетические производные (CMS121 и CAD31) успешно борются с сенесцентными клетками, как было показано на животных моделях. Для оценки успешности применения физетина на людях было запущено клиническое исследование II фазы с участием пожилых женщин в период постменопаузы. В результате будут оценены уровень маркеров воспаления, дряблости, инсулиновой резистентности и атрофии кости. Завершение исследование планируется на вторую половину 2020 года. Эффективность физетина будет также оценена по результатам еще одного клинического исследования II фазы у пациентов с хроническим заболеванием почек в возрасте от 40 до 80 лет, завершение которого назначено на 2025 год.

Куркумин — I фаза клинических исследований

Наряду с физетином куркумин относится к полифенолам, обладающим сенолитическими свойствами. Было показано, что аналог куркумина EF24 селективно удаляет сенесцентные клетки в различных тканях, а его синтетические производные обладают нейропротекторными свойствами. В связи с этим было запущено клиническое исследование I фазы синтетического производного куркумина J147 для оценки безопасности препарата с последующим применением для лечения болезни Альцгеймера.

Сероводород (H2S) и навитоклакс — исследования на животных

Навитоклакс — сенолитик, действующий путем ингибирования белков группы Bcl-2. На модели старых мышей с инфарктом миокарда было показано, что навитоклакс снижает экспрессию маркеров сенесценции и улучшает функциональность сердца.

В нескольких исследованиях на культуре клеток и мышах были продемонстрированы сенолитические свойства H2S, а применение экзогенного источника сероводорода рассматривается как потенциально эффективное средство борьбы с атеросклерозом или нейродегенерацией. В то же время, повышение уровня H2S путем сокращения потребляемого с пищей метионина может оказаться легкодоступной стратегией снижения уровня сенесценции.

Нутрицевтики, обладающие противосенесцентными и антиоксидантными свойствами — исследования на животных

Продолжая разговор о способности правильно подобранной диеты снижать уровень сенесценции, важно отметить известные компоненты известные своими противосенесцентными свойствами, некоторые из которых уже были протестированы на животных, например, глюкорафанин, содержащийся в брокколи и кудрявой капусте. К полифенолам, обладающим либо сенолитическими либо сеностатическими свойствами, также относятся токотриенолы (представители группы витаминов Е), содержащиеся в овсе, маисе, ржи;; пиперлонгумин (PL) – компонент длинного перца; нарингенин, содержащийся в грейпфруте; кемпферол, содержащийся в каперсах; резвератрол, содержащийся в красном вине и клюкве; витамины B3, содержащийся в белом мясе, арахисе и грибах; флюроглюцин, содержащийся в разнообразных водорослях; гинзенозиды, содержащийся в женшени; олеуропеин, содержащийся в оливковом и органном масле; спермидин, содержащийся в печени курицы, зеленом горошке, кукурузе. Несмотря на то, что данные компоненты по-отдельности не были протестированы в клинических исследованиях для оценки их эффективности борьбы с сенесценцией, люди, придерживающиеся диеты, богатой этими веществами, отличаются высокой ПЖ.

Подходы, протестированные на культуре клеток

— Антибиотики (Азитромицин и Рокситромицин)
— Внеклеточные везикулы стволовых клеток
— Фибраты (фенофибрат — агонист рецептора PPARα, играющего важную роль в метаболизме жиров)
— b-HB (эндогенный сенолитик клеток сердечно-сосудистой системы) и подобные ему компоненты

Влияние на причины смерти

Ввиду того, что были получены положительные результаты не только экспериментов по применению сенолитических терапий на животных моделях различных ВЗЗ, но и предварительные обнадеживающие результаты исследований на людях, предполагаем, что снижение уровня сенесценции поможет бороться почти со всеми известными болезнями, ассоциированными со старением, тем самым снижая вероятность умереть от:

— Сердечно-сосудистых заболеваний
— Артрита
— Нейродегенерации
— Остеопороза
— Диабета
— Онкозаболеваний
— Инфекций за счет снижения уровня хронического воспаления и улучшения функционирования иммунной системы.

Оценить уровень влияния на продолжительность жизни в настоящее время количественным образом не представляется возможным.

Источники

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4166495/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3715860/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18555777
https://academic.oup.com/nar/article/47/14/7294/5525056
https://www.cell.com/cell-reports/pdf/S2211-1247(19)30734-X.pdf
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867419311213
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221112471930734X
https://science.sciencemag.org/content/366/6465/576
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnmol.2019.00194/full
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6366974/
https://www.cell.com/trends/pharmacological-sciences/fulltext/S0165-6147(18)30178-0
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6429134/
https://www.aging-us.com/article/101943/text
https://iubmb.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/biof.1512
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0047637419301290
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31164038
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.9b02725
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1568163718300199
https://www.aging-us.com/article/101633/text
https://stemcellsjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/stem.2996
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S235239641930430X
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/acel.12945
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30197300
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/acel.13052

Автор обзора: Лариса Шелоухова.

Перепечатка разрешается при сохранении ссылок на источник публикации.