Finne Ponce De Leons pille: Utfordringer i screening for antialdringsmolekyler

Abstrakt

Aldring er preget av progressiv akkumulering av degenerative forandringer, som kulminerer med nedsatt funksjon og økt sannsynlighet for død. Det er den betydelige risikofaktoren for mange menneskelige patologier – inkludert kreft,Type 2 diabetes, ogkardiovaskulærognevrodegenerative sykdommer– og har følgelig en enorm sosial og økonomisk belastning. Det primære målet med aldringsforskning er å utvikle intervensjoner som kanforsinke utbruddet av flere aldersbestemte sykdommerogforlenge en sunn levetid(helsespenning). Observasjonen at økt levetid og helse kan oppnås i modellorganismerved diettrestriksjoner eller enkel genetisk manipulasjonerhar satt i gang jakten på kjemiske forbindelser som kan øke levetiden. De fleste av veiene som modulerer aldringshastigheten hos pattedyr har homologer i gjær, fluer og ormer, noe som antyder at innledende screening for å identifisere slike farmakologiske intervensjoner kan være mulig ved bruk av virvelløse dyrmodeller. De siste årene er det identifisert flere forbindelser som kanforlenge levetiden hos virvelløse dyr, og til og med hos gnagere. Her oppsummerer vi strategiene som er brukt, og fremgangen som er gjort, for å identifisere forbindelser som er i stand til å forlenge levetiden i organismer som spenner fra virvelløse dyr til mus, og diskuterer de formidable utfordringene med å oversette dette arbeidet til menneskelige terapier.

Anti-Aging Molecules In Cistanche

Klikk her for å få mer informasjon om antialdringsmolekyler i Cistanche

Nøkkelordaldring,medisin mot aldring, aldersrelaterte sykdommer

Introduksjon

Aldringer preget av molekylære, cellulære og organismendringer som kulminerer i en organismes manglende evne til å opprettholde fysiologisk integritet1. Hos mennesker er aldring assosiert med en sterkt økt disposisjon for en rekke sykdommer, inkludert kreft, diabetes type 2 (T2D), nevrodegenerasjon og hjerte- og karsykdommer, noe som fører til økt sykelighet og dødelighet1,2. Det langsiktige målet med aldringsforskning er å utvikle intervensjoner som kan forsinke utbruddet av aldersassosierte sykdommer og fremme lang levetid. Med dette målet er forskning innen biogerontologi fokusert på å belyse de grunnleggende mekanismene for aldring. Nåværende bevis tyder på at mange av disse mekanismene er bevart blant eukaryoter, fra gjær til pattedyr.

I de siste tiårene har arbeid i forskjellige organismer identifisert cellulære signalveier som modulerer aldringshastigheten3,4. Mange av disse banene fungerer normalt for å registrere ernæringsstatusen til organismen (Figur 1) og initierer signalkaskader som modulerer spesifikke inter- og intracellulære veier og endrer målcellefysiologien tilsvarende2. Disse næringssansende banene, som inkluderer insulin og insulinlignende vekstfaktor (IGF) signalering (IIS)5 , målet for rapamycin (mTOR)-signalering6, adenosinmonofosfat (AMP)-aktivert proteinkinase (AMPK) signalering7, og sirtuiner8, koordinere cellulære vekst- og metabolismerelaterte prosesser og integrere dem med nivåer av næringsstoffer, energi, vekstfaktorer og stress. Når næringsnivåer og vekstsignaler reduseres, endres signalering gjennom disse banene. Genetisk eller, i noen tilfeller, farmakologisk manipulasjon av disse banene kan føre til levetidsforlengelse, mens aldersassosiert dysregulering kan bidra til organismal senescens.

Kostholdsbegrensning (DR), et kosthold som involverer enten en reduksjon i det totale kaloriinntaket uten underernæring eller redusert inntak av spesifikkekostholdskomponentersom for eksempelechinacoside, er den best karakteriserte intervensjonen sombremser aldring og forsinker sykdom hos et bredt spekter av arter9,10. Molekylære effektorer som er involvert i å formidle de bemerkelsesverdige effektene av DR inkluderer disse næringssansingsveiene9. Innledende bevis tyder på at noen av de samme veiene kan påvirke aldring og sykdom hos mennesker også. For eksempel genetiske varianter iFOXO3Agenet, som koder for en transkripsjonsfaktor nedstrøms for IIS, har vært knyttet til menneskelig levetid11–16. Personer med Laron dvergvekst har i stor gradreduserte serum-IGF1-nivåer og dyp beskyttelse mot T2D og kreft17. Farmakologiske intervensjoner som delvis etterligner DR ved å modulere aktivitetene til disse næringssansende banene har potensial til å forbedre helsen og fremme lang levetid. For eksempel har rapamycin, en spesifikk hemmer av mTOR, blitt foreslått for å provosere noen av de gunstige effektene av DR under standard fôrings- og næringsforhold.18. På samme måte har en håndfull andre molekyler som metformin og resveratrol vist seg å modulere næringssignalering og fremme helsespenning i flere modellorganismer og diskuteres i detalj senere.

Anti-Aging Molecules In Cistanche

Figur 1.Oppsummering av ulike faktorer som kan bidra til aldring.Dysregulering av næringssansende veier, mitokondriell dysfunksjon, tap av proteostase, stamcelleslitasje, akkumulert DNA-skade, redusert autofagi, akkumulering av senescentceller og økt steril betennelse er noen viktige veier som antas å drive aldring.1.

I tillegg til dysregulering av næringssansingsveier, inkluderer andre bevarte mekanismer som er involvert i de skadelige manifestasjonene av aldring (Figur 1) i)mitokondriell dysfunksjon, som fører til nedsatt respiratorisk metabolisme, økt generering av reaktive oksygenarter (ROS), så vel som potensielt andre følgetilstander,ii)økt akkumulering av DNA-skade, indusert av eksogene fornærmelser og endogene farer, inkludert DNA-replikasjonsfeil og ROS,iii)redusert proteostase assosiert med økt proteinfeilfolding og aggregering,iv)cellulær senescens, som bidrar til vevsdysfunksjon,v)økt steril betennelse,vi)stamcelleslitasje, ogvii)epigenetiske endringer1,19. For en mer fullstendig diskusjon av konserverte aldringsmekanismer henvises leseren til andre steder1. Farmakologiske midler rettet mot noen av disse endringene representerer kandidater mot aldringsmedisin. I denne gjennomgangen vil vi gi en oversikt over farmakologiske intervensjoner med kjente eller potensielle evner til å forsinke aldring og fremme helse i slutten av livet. Først oppsummerer vi de viktigste bidragene som studier i invertebratmodellsystemer har gitt til screening for å identifisere antialdringsmedisiner med små molekyler. Deretter fokuserer vi i dybden på molekyler som for tiden studeres for deres potensial til å forlenge levetiden og forsinke sykdom. Til slutt vil utfordringer i screening for nye antialdringsmedisiner og i å oversette dette arbeidet til mennesker bli diskutert.

Virvelløse dyr som modellsystemer for å screene små molekyler med lang levetid

På grunn av en rekke faktorer - spesielt inkludert enkel genetisk manipulering og fysiologi som ligner på mennesker - har musen blitt den fremtredende pattedyrmodellorganismen innen aldringsbiologi20. Men i lys av de høye boligkostnadene og relativt lange levetiden til mus, er storskala objektiv screening for å identifisere antialdringsmedisiner ikke mulig i denne organismen. Med erkjennelsen av at mange aldringsrelaterte veier er evolusjonært bevart, selv blant vidt divergerende arter, har kortlivede virvelløse dyr i stedet blitt brukt for slik screening. NematodenCaenorhabditis elegans– med sin korte levetid på ~3 uker, enkel kultur og genetisk manipulasjon, og godt karakterisert aldringsbiologi – representerer et svært attraktivt modellsystem for kjemisk screening for å identifisere forbindelser som modulerer levetid og aldersrelaterte fenotyper. Faktisk har flere studier identifisert en rekke kandidat-anti-aldringsforbindelser som brukerC. eleganssom en modellorganisme. Til dags dato, den mest omfattende små molekyl levetid skjermen brukerC. elegansble utført av Petraschecket al., som evaluerte 88,000 kjemikalier for deres evne til å øke levetiden21. De identifiserte 115 forbindelser som betydelig økte ormens levetid. Interessant nok viste en av disse en strukturell likhet med humane antidepressiva som påvirker signalering av nevrotransmitteren serotonin. De fant senere at mianserin, en serotoninreseptorantagonist brukt som et antidepressivum hos mennesker, strekker segC. eleganslevetid når administrert ved 50 μM, sannsynligvis via mekanismer knyttet til DR21. I en evaluering av 19 forbindelser med kjente effekter på menneskelig fysiologi, Evasonet al.rapporterte at antikonvulsiva etosuksimid (dosert ved 2 og 4 mg/ml), trimetadion (4 mg/ml) og 3,3-dietyl-2-pyrrolidinon (2 mg/ml) forsinket aldersrelaterte endringer og økteC. eleganslevetid22

Anti-Aging Molecules In Cistanche

Ved å bruke en bioinformatikktilnærming for å identifisere DR-mimetikk, Calvertet al.analyserte medikamenter som induserer genekspresjonsendringer som ligner de som er assosiert med DR og identifiserte 11 små molekyler med denne egenskapen23. Interessant nok, blant fem testede legemidler, provoserte fire – rapamycin (administrert ved 10 μM), allantoin (250 μM), trichostatin A (100 μM) og LY-294002 (100 μM) – økt levetid og helse i vill- type (WT)C. elegans. Motsatt ble ingen levetidseffekter observert ispise-2mutant bakgrunn, en genetisk DR-modell, som antyder at de livsforlengende effektene av disse stoffene faktisk kan oppstå via DR-relaterte mekanismer23.

En studie av Alavezet al.rapporterte at amyloidbindende forbindelser opprettholder proteinhomeostase og forlenger levetiden iC. elegans24. Eksponering av WT-ormer for det amyloidbindende fargestoffet Thioflavin T (ThT) ved enten 50 eller 100 μM gjennom voksen alder økte median levetid med 60 prosent og maksimal levetid med 43–78 prosent24. ThT-behandlingen reduserte A -aggregering og bevart muskelintegritet iC. elegansmodeller av Alzheimers sykdom (AD), noe som resulterer i en redusert andel av lammede ormer. ThT-administrasjon undertrykte også toksisiteten assosiert med metastabile proteiner i mutante ormer24. ThT-mediert undertrykkelse av proteinaggregering og levetidsforlengelse var avhengig av molekylære chaperoner, autofagi, proteasomal funksjon, proteostaseregulatorens varmesjokkfaktor 1 (HSF-1), og stressresistens og lang levetid transkripsjonsfaktor SKN-124. Forbindelser med strukturell likhet med ThT forlenget også ormens levetid med opptil 40 prosent, men ved betydelig lavere konsentrasjoner enn ThT. Dessuten forlenget eksponering for andre proteinaggregatbindende forbindelser som curcumin (100 μM) og rifampicin (10–100 μM) ormens levetid med opptil 45 prosent24. Disse resultatene fremhever viktigheten av proteostase i ormens helse og levetid og gir ytterligere drivkraft for utviklingen av intervensjoner som er i stand til å opprettholde proteostase for å undertrykke aldring og aldersrelaterte sykdommer.

National Institute of Aging har nylig sponset et farmakologisk intervensjonsprogram ved hjelp avCaenorhabdittsom et modellsystem, analogt med lignende pågående innsats i musen. DeCaenorhabdittIntervention Testing Program (CITP) er en multiinstitusjonell innsats som tar sikte på å identifisere forbindelser med evnen til å forlenge levetiden og forbedre helsespennet, ved å bruke flereCaenorhabdittarter og flere stammer avC. elegans. Identifiseringen av forbindelser som er effektive i genetisk forskjellige ormepopulasjoner kan akselerere oppdagelsen av intervensjoner som kan forlenge levetiden/helsetiden hos andre arter, potensielt inkludert mennesker.

FruktfluaDrosophila melanogasterrepresenterer en annen modell som er egnet for screening av antialdringsforbindelser25. Et bredt utvalg av genetiske stammer avD. melanogasterer tilgjengelige, med forskjellige gjennomsnittlige levetider, nyttige for validering av sammensattes effekt på tvers av flere genetiske bakgrunner. LikC. elegans, Drosophilahar en kort levetid, og de mange genetiske verktøyene som er tilgjengelige i denne organismen letter mekanistisk studie av blyforbindelser25. Den første studien som rapporterte levetidsforlengelse iDrosophilaved administrering av et medikament ble utført av Kanget al.,som viste den fôringenDrosophila4-fenylbutyrat ved 5–10 mM – et medikament med flere aktiviteter, inkludert histon-deacetylase-hemming – økte signifikant både median og maksimal levetid uten negativ innvirkning på bevegelse, stressmotstand eller reproduksjon26. En nyere studie beskrev screening av proteinkinasehemmere for effekter påDrosophilalevetid27. Blant de 80 inhibitorene som ble testet i denne studien, økte 17 signifikantDrosophilalevetid uten å påvirke matinntak eller forbruk, noe som indikerer at effekten av disse hemmere påDrosophilalevetid involverer ikke DR27. I denne forbindelse, en fersk studie av Slacket al.rapporterte at demping av RAS-Erk-ETS-signalering resulterer i redusert IIS og provoserer levetidsforlengelse iDrosophila28. Trametinib (1,56–15,6 μM), en svært spesifikk MEK-hemmer som demper signalering nedstrøms for RAS, kan forlenge median levetid for kvinnerDrosophilamed opptil 12 prosent (p=1,92 × 10-10), og ved høyere doser (156 μM), forbedrer overlevelsen i slutten av livet28. Administrering av trametinib var effektiv for å fremme flues levetid selv når det ble administrert til middelaldrende dyr. Disse og lignende funn med andre stoffer –jfr. forlengelse av levetiden til mus ved rapamycinbehandling initiert i middelalderen, se nedenfor – øke muligheten for at antialdringsmedisiner hos mennesker kan være effektive selv når de administreres til eldre individer, og dermed unngå potensielle utviklingsbivirkninger av disse legemidlene.

Forbindelser som modulerer aldring og aldersassosierte fenotyper hos pattedyr

mTOR-hemmeren rapamycin

mTOR er en konservert serin/treoninkinase som registrerer og reagerer på næringstilgjengelighet, vekstfaktorer og miljøstress og spiller en nøkkelrolle i å utløse vekst6,29. I multicellulære eukaryoter eksisterer mTOR i to distinkte multiproteinkomplekser, mTORC1 og mTORC2, kjennetegnet ved deres assosiasjon med henholdsvis det regulatoriske assosierte proteinet til mTOR (RAPTOR) og rapamycin-ufølsom følgesvenn av mTOR (RICTOR).30,31. Rapamycin danner et kompleks med FKBP12-proteinet, som binder seg til mTORC1 og hemmer dets aktivitet 32. Viktigere, kronisk behandling med rapamycin hemmer også mTORC233. mTORC1-aktiviteten reguleres av næringsstoffer (glukose ogechinacoside), cytokiner, hormoner (insulin eller IGF1), energi (ATP-nivåer) og oksidativt stress via PI3K-, AKT- og AMPK-signalering6. Viktige nedstrømsmediatorer for mTORC1-signalering er veier som kontrollerer cellevekst, spredning, stressrespons og autofagi29,34. mTORC1 integrerer derfor cellulær vekst og vedlikehold kritisk med tilgjengelighet av næringsstoffer, hormonelle signaler og andre miljøstimuli.

En rekke studier har etablert en kobling mellom mTOR-signalveier og lang levetid i organismer som spenner fra gjær til pattedyr. Hemming av mTOR-signalering med genetiske eller farmakologiske midler forlenger levetiden i gjær35–37, nematoder38,39, fruktfluer40, og mus33,41–47. På samme måte øker genetisk sletting hos mus av nedstrøms mTORC1-effektoren, S6 kinase 1, oksidativ metabolisme, beskytter mot alders- og diettindusert fedme og øker kvinnens levetid47,48. Økt aktivitet av mTORC1-målet 4E-BP1 i skjelettmuskulatur resulterer konsekvent i økt oksidativt stoffskifte og beskytter mus mot kosthold og aldersindusert metabolsk dysfunksjon49.

I en landemerkestudie viste NIAs Interventions Testing Program (ITP) at behandling av en genetisk heterogen musestamme med mTOR-hemmeren rapamycin (administrert med 14 mg/kg mat; 2,24 mg/kg kroppsvekt/dag) startet ved enten 9 måneder eller 20 måneders alder forlenget levetid hos begge kjønn43,50. En oppfølgingsstudie viste at økningen i muselevetid indusert av rapamycin er dose- og kjønnsavhengig. Ved en gitt matkonsentrasjon av rapamycin viste hunnmus en større økning i levetid enn hanner, noe som korrelerte med høyere blodnivåer av rapamycin oppnådd hos hunner i forhold til hanner.51. Rapamycin-behandling induserte helt distinkte genuttrykksendringer hos menn og kvinner, noe som antyder eksistensen av kjønnsspesifikke responser på mTOR-hemming51. Videre skilte ekspresjonsmønstrene av xenobiotiske metaboliserende enzymer i leveren til rapamycin-behandlede (14 mg/kg mat) mus påfallende fra de hos DR-eksponerte dyr ved 12 måneders alder51. Faktisk er DR mindre effektiv i levetidsforlengelse når den initieres senere i livet52–54, mens rapamycinbehandling forlenger levetiden til mus, selv når den starter i middelalderen43,55. Avgjørende, rapamycin-indusert levetidsforlengelse hos mus har også blitt observert i forskjellige genetiske bakgrunner41,42,44,56.

Mekanismer for levetidsforlengelse av rapamycin er fortsatt et heftig diskutert tema i aldringsbiologi 56,57. Rapamycin har anti-neoplastiske egenskaper58–60, og kreft er den viktigste dødsårsaken i de fleste musestammer som viser rapamycin-mediert levetidsforlengelse43,61. I denne sammenhengen er en plausibel forklaring på forlengelsen av muselevetiden med rapamycin at dette stoffet undertrykker utbruddet og/eller aggressiviteten til dødelige kreftformer. Noen etterforskere har imidlertid rapportert at rapamycin også hemmer aldersassosierte fenotyper i tillegg til neoplasi62,63, noe som tyder sterkt på at dette stoffet har bredere anti-aldringseffekter. I kontrast, en nylig uttømmende studie av Neffet al.hevdet at effekten av rapamycin på aldringsfenotyperper sevar ganske begrenset56. I denne forbindelse er det gjort motstridende observasjoner angående effekten av rapamycinbehandling i musemodeller av AD64. Langvarig rapamycinbehandling førte til atferdsforbedringer i muse-AD-modeller og induserte en autofagi-mediert reduksjon i A og hyperfosforylerte tau-nivåer65,66. Motsatt har rapamycin vist seg å fremme A produksjon67,68og førte til en økning i A - indusert celledød69.

Rapamycin har betydelige bivirkninger - spesielt metabolsk dysfunksjon, katarakt og testikkelatrofi - som kan begrense dets langsiktige bruk som anti-aldringsbehandling hos mennesker70,71. Viktigst, på grunn av de immunmodulerende effektene av mTOR-hemmere, er behandling av menneskelige pasienter med det rapamycinlignende stoffet everolimus/RAD001 assosiert med en høyere forekomst av infeksjon hos individer med sykdommer som kreft72,73og tuberøs sklerosekompleks (TSC)74. Omvendt viste en fersk studie at kortvarig administrering av everolimus/RAD001 til friske eldre individer forsterket den immunologiske responsen på influensavaksine, med beskjedne bivirkninger 75. Redusert influensavaksinerespons er en stor klinisk utfordring i eldre populasjoner76. Disse funnene tyder på at intermitterende eller kortvarig administrering av rapamycin eller andre mTOR-hemmere kan undertrykke visse funksjonelt viktige effekter av aldring, slik som dårlig immuniseringsrespons samtidig som man unngår de negative konsekvensene forbundet med kronisk bruk av disse midlene. En fersk studie på mus stemmer overens med dette synet, og identifiserer et intermitterende rapamycinadministrasjonsregime hos mus som minimerer metabolsk dysfunksjon og samtidig opprettholder kronisk mTORC1-undertrykkelse i fettvev, men ikke i andre vev 77. Det vil være av stor interesse å evaluere effekten av slike intermitterende doseringsregimer på et bredt spekter av aldersassosierte fenotyper og på levetid.

Metformin og andre biguaniderMetformin, et oralt antiglykemisk middel av biguanid, er det mest brukte stoffet i behandlingen av metabolsk syndrom og T2D. Metformins virkningsmekanisme er ikke fullstendig forstått og vil sannsynligvis være multifaktoriell. Det ble rapportert å redusere serumglukosenivået ved å hemme respiratorisk kjedekompleks I i hepatocytter78, noe som resulterer i redusert ATP-produksjon og aktivering av LKB1- og AMPK-kinasene, undertrykker hepatisk glukoneogenese79,80. Metformin er rapportert å aktivere AMPK i mange andre vev, inkludert fett, skjelettmuskulatur, hjerte, bukspyttkjertel -celler og hypothalamus med potensielle gunstige fysiologiske effekter hos pasienter med T2D81,82. Imidlertid utøver metformin også viktige effekter uavhengig av AMPK og LKB183, e.g.ved å motvirke virkningen av glukagon84. Nylig har en annen AMPK-uavhengig mekanisme blitt avslørt for metformin. En studie av Madirajuet al.viste at metformin ikke-konkurrerende hemmer redoks skyttelenzymet mitokondriell glyserofosfat dehydrogenase, øker den cytosoliske redokstilstanden og reduserer mitokondriell redokstilstand.85. Dette undertrykker hepatisk glukoneogenese ved å redusere omdannelsen av laktat og glyserol til glukose 85. Selv om metformin for tiden er godkjent for behandling av T2D, tyder en stor litteratur på effekten av metformin mot andre tilstander, spesielt hjerte- og karsykdommer og kreft78. I denne forbindelse viste en fersk studie at metformin reduserer tumorgenese ved å hemme mitokondriekompleks I i kreftceller86.

Anti-Aging Molecules In Cistanche

AMPK-aktivering provoserer lang levetid hos fluer og ormer 87,88. En rekke studier tyder på at metforminbehandling sent kan gjenopprette enkelte effekter av DR. I denne sammenhengen har flere studier undersøkt effekten av metformin og andre biguanider på levetid og rapportert en rekke utfall. Metformin og andre biguanider forlengerC. eleganslevetid på en doseavhengig måte89–91. Økningen iC. eleganslevetid av metformin medieres gjennom hemming av bakteriell folat- og metioninmetabolisme, som igjen endrer metioninmetabolismen i ormen, noe som resulterer i redusert S-adenosylmetionin og økte S-adenosylhomocysteinnivåer89. Imidlertid forlenger metformin tilsynelatende ikke levetidenD. melanogaster92,93. Faktisk, til tross for robust aktivering av AMPK, reduserer høye doser metformin faktisk levetiden til både hann- og hunnfluer93, kanskje på grunn av forstyrrelse av tarmvæskehomeostase93. Metforminbehandling undertrykte imidlertid aldersrelaterte fenotyper i intestinale mellomtarmstamceller94og utøvde også gunstige effekter i en fluefedmemodell95. En fersk studie viste at metforminbehandling forårsaker en betydelig forlengelse av gjennomsnittlig og maksimal levetid hos begge kjønn av cricketAcheta domesticus96. Det er utført flere studier på gnagere for å teste effekten av metformin og andre biguanider på levetiden; resultatene har variert med genotype, kjønn og dose og behandlingsvarighet97. Kronisk behandling med metformin (100 mg/kg i drikkevannet) økte gjennomsnittlig levetid for kreftutsatte HER-2/neu transgene, utavlede SHR- og innavlede 129/Sv hunnmus med 8 prosent (p<0.05), 37.8% (p<0.01), and 4.4% (p<0.05), respectively98–100. Metforminbehandling forlenget også den maksimale levetiden til HER{{0}/neu transgene og utavlede SHR hunnmus med henholdsvis 9 prosent og 10,3 prosent, mens det ikke ble observert noen effekt på maksimal levetid hos innavlede 129/Sv hunnmus.98–100. Omvendt, behandling av innavlede 129/Sv hannmus med en lignende dose metformin faktiskredusertgjennomsnittlig levetid med 13,4 prosent100. Imidlertid forlenget metforminbehandling (2 mg/ml i drikkevann) i en transgen musemodell av Huntingtons sykdom (HD) mannlig gjennomsnittlig levetid med 20,1 prosent (p=0.017), men påvirket ikke kvinnens overlevelse101. Det er rapportert at metforminbehandling (100 mg/kg i drikkevannet) av fremavlede hunnmus som ble startet ved 3 måneders alder induserte en trend mot økt gjennomsnittlig levetid102. Metforminbehandling utsatte også utbruddet av påvisbare svulster når de startet i ung eller middelalder, men ikke i høy alder102. Neonatal metforminbehandling av 129/Sv mus (100 mg/kg via subkutan injeksjon) førte til en 20 prosent (p<0.001) increase in male mean lifespan and also slightly increased maximum lifespan by 3.5%103. Hos kvinner ble imidlertid gjennomsnittlig og maksimal levetid i metforminbehandlede grupper redusert med henholdsvis 9,1 prosent og 3,8 prosent .103. I en fersk studie av Martin Montalvoet al., C57BL/6-hannmus tilsatt 0.1 prosent metformin i dietten viste en 5,8 prosent økning i gjennomsnittlig levetid (p=0.02, Gehan–Breslow overlevelsestest), mens tilskudd med 1 prosent metformin var giftig og reduserte gjennomsnittlig levetid med 14,4 prosent104. Tilskudd av B6C3F1 hannmus med 0,1 prosent metformin resulterte imidlertid i en forlengelse av gjennomsnittlig levetid bare med 4,2 prosent (p=0.064, Gehan–Breslow)104. Behandling med et annet biguanid, fenformin (2 mg/mus i 0,2 mL drikkevann), reduserte signifikant spontan tumorutvikling hos C3H/Sn hunnmus og forlenget gjennomsnittlig levetid med 21 prosent eller mer (p<0.05)105,106og maksimal levetid med 26 prosent105. Evaluering av levetidseffektene av metformin hos mus av ITP-konsortiet pågår, og resultatene bør være tilgjengelige snart.

Hos rotter førte buforminbehandling (5 mg/rotte i 1 mL drikkevann) til en ikke-signifikant økning på 7,3 prosent i gjennomsnittlig levetid for LIO-hunndyr, mens fenformin (5 mg/rotte i 1 mL drikkevann) hadde ingen effekt105. Imidlertid økte administrasjon av både buformin og fenformin den maksimale levetiden til LIO hunnrotter med henholdsvis 5,5 prosent og 9,8 prosent.105. Behandling med metformin (300 mg/kg/dag) økte verken gjennomsnitt eller maksimal levetid for F344 hannrotter107. I samme rapport klarte imidlertid ikke en parallell gruppe F344-hannrotter utsatt for DR å vise levetidsforlengelse107, noe som gjør metforminresultatene i denne studien noe usikre. Mekanistisk har behandling med metformin blitt foreslått for å etterligne noen effekter av DR, spesielt ved å øke AMPK-aktiviteten og også aktivere antioksidantresponser, noe som fører til en reduksjon i både akkumulering av oksidativ skade og kronisk betennelse104.

Selv om ingen studie formelt har analysert effekten av langvarig metforminbehandling på levetid hos friske mennesker, randomisertekliniske studier av metformin viste gunstige effekter på helse og overlevelse hos overvektige/ overvektige pasienter med T2D, som vist ved redusert forekomst av hjerte- og karsykdommer og kreft og redusert total dødelighet108–110. Men når det kombineres med sulfonylurea, metforminøktrisikoen for diabetesrelatert død og dødelighet av alle årsaker i en blandet gruppe av ikke-overvektige og overvektige/fedme individer med T2D78,108. I samsvar med disse observasjonene, en fersk studie av Bannisteret al.rapporterte at pasienter med T2D behandlet med metformin viste forbedret overlevelse sammenlignet med matchede, ikke-diabetiske kontroller, mens de som ble behandlet med sulfonylurea viste redusert overlevelse111.

Gitt de relativt lovende gnagerdataene, hintene om at metformin kan undertrykke kreft og andre aldersassosierte tilstander hos mennesker, og metformins relativt godartede sikkerhetsprofil, er det nå stor interesse for å formelt teste evnen til dette legemidlet til å forsinke den aldersassosierte sykdommen. hos mennesker112. Faktisk godkjente US Food and Drug Administration (FDA) nylig en studie kalt Targeting Aging With Metformin (TAME) for evaluering av metformin som et antialdringsmedisin. TAME-prosjektet vil involvere omtrent 3000 deltakere mellom 70 år og 80 år som enten allerede har en, to eller alle tre tilstandene: kreft, hjertesykdom eller kognitiv svikt eller står i fare for å utvikle dem. Rettssaken vil finne sted ved omtrent 15 sentre rundt om i USA over 5–7 år, og vil koste omtrent 50 millioner dollar113. Målet med studien er å finne ut om metformin kan forhindre utbruddet av aldersrelatert sykdom. Denne landemerkeforsøket vil representere den første testingen av en antialdringskandidat hos mennesker.

Resveratrol og andre sirtuin-aktiverende forbindelser

Sirtuinene er en familie av NADPlus-avhengige deacetylaser/ADP-ribosyltransferaser/deacetylaser involvert i regulering av næringsresponser og en rekke andre aspekter ved cellebiologi8. Overuttrykk av Sir2, det grunnleggende medlemmet av sirtuin-familien, forlenger replikativ levetid i den spirende gjærenSaccharomyces cerevisiaeved å undertrykke akkumuleringen av ekstrakromosomale rDNA-plasmider, fremme segregering av et uskadet proteom til dattercellen, fremtvinge subtelomer demping og kanskje andre mekanismer114,115. Flere, men ikke alle, etterforskere har funnet ut at overekspresjon av sirtuiner i ormer og fluer øker levetiden til disse organismene.116–123. Interessant nok kan Sir2-homologen Sir-2.1 utvidesC. eleganslevetid på en måte uavhengig av dens deacetylaseaktivitet116. Faktisk er nikotinamid (NAM), et produkt av sirtuin-aktivitet, og dets metabolitt, 1-metylnikotinamid (MNA), i stand til å forlenge ormens levetid, potensielt ved å indusere forbigående ROS-signalering116. Hos pattedyr er SIRT1 den nærmeste Sir2-homologen; overekspresjon av dette proteinet i hjernen (men ikke hele organismen) forlenger levetiden124, sannsynligvis ved å forbedre hypotalamisk funksjon under aldring125. Global overekspresjon av en annen sirtuin, SIRT6, forlenger muselevetiden hos menn spesifikt, i det minste delvis via undertrykkelse av lungekreft, en hovedårsak til død hos hanner av musebestanden som brukes126,127. SIRT2-overuttrykk stabiliserer nivåene av det mitotiske sjekkpunktproteinet BubR1 i progeroidBubR1H/H mus og forlenger både median og maksimal levetid hos hannmus av denne stammen128. Ingen informasjon er tilgjengelig om de potensielle effektene av kronisk SIRT2-overekspresjon hos WT-dyr. Akkumulerende bevis tyder på at NADPlusnivåene kan avta under aldring, svekke sirtuin-aktiviteten, og at evnen til sirtuin-overuttrykk for å øke levetiden delvis motvirker denne effekten ved å opprettholde sirtuin-funksjonen i møte med en redusert NADPlusbasseng i eldre organismer129.

Resveratrol og visse andre polyfenoler ble opprinnelig identifisert som Sir2/SIRT1-aktivatorer som forlenget gjennomsnittlig og maksimal levetid for gjær130. Det er viktig å merke seg at resveratrol er et svært promiskuøst medikament og utøver funksjonelt viktige effekter på mange cellulære mål131. Behandling av ormer og fluer med res veratrol (dosert ved 100 μM hos ormer og 10–100 μM hos fluer) er også rapportert å forlenge levetiden, avhengig av tilstedeværelsen av henholdsvis funksjonell Sir-2.1 og dSir2.132. Imidlertid en studie av Basset al.hevdet at resveratrolbehandling (1–1000 μM) ikke hadde noen signifikant effekt påDrosophilalevetid133. Den samme studien rapporterte også at resveratrolbehandling ved 100 μM bare induserte en liten og sporadisk økning iC. eleganslevetid i både WT ogsir-2.1mutante dyr, noe som tyder på at disse små økningene iC. eleganslevetid indusert av resveratrol kan væreSir-2.1uavhengig133. Resveratrol beskytter ormer mot oksidativt stress, strålingsindusert skade og amyloid toksisitet134–136og induserer også strålebeskyttelse hos fluer137. Resveratrolbehandling øker gjennomsnittlig og maksimal levetid hos honningbien138og de kortlivede fiskeneNothobranchius furzeriogNothobranchius guentheri139–141.

Det ble rapportert at resveratrol og andre sirtuin-aktiverende forbindelser (STAC) aktiverer Sir2/SIRT1 allosterisk130. Imidlertid har andre grupper funnet at disse forbindelsene ikke var i stand til å øke SIRT1-aktiviteten mot native peptiderin vitro142,143. I denne sammenhengen har det blitt foreslått at økt SIRT1-aktivitet indusert av resveratrol avhenger av tilstedeværelsen av en ikke-nativ fluorofor konjugert til peptidsekvensen som opprinnelig ble brukt i screening for SIRT1-aktivatorer142,143. Nyere rapporter har imidlertid vist at resveratrol og andre STAC-er binder seg direkte til SIRT1 og allosterisk øker dens deacetylaseaktivitet mot ikke-merkede peptidsubstrater144,145. Resveratrol har også blitt rapportert å hemme den katalytiske aktiviteten til human tyrosyl transfer-RNA (tRNA) syntetase (TyrRS), noe som resulterer i kjernefysisk translokasjon og stimulering av NADPlus-avhengig aktivering av poly (ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1)146. PARP1 spiller viktige roller i både DNA-reparasjon og transkripsjon147.

Anti-Aging Molecules In Cistanche

Hos mus er resveratrol beskyttende mot noen skadelige effekter av dietter med høyt fett/kalori høyt148–151, reduserer veksten og utviklingen av flere typer kreft152–154, og forsinker eller forhindrer utbruddet av AD155,156. Dessuten, hos gnagere og mennesker er resveratrol beskyttende mot både type 1 diabetes og T2D157,158 og hjerte- og karsykdommer159og har anti-inflammatorisk160 og antivirale aktiviteter161. Resveratroltilskudd (enten ved {{0}},016–0,1 prosent av dietten eller 25 mg/kg/dag) har blitt rapportert å øke levetiden i musemodeller for fedme148, AD162, HD163og amyotrofisk lateral sklerose164,165. Resveratrolbehandling (2–8 mg/kg/dag) øker levetiden til LPS-behandlede mus166 og demper katekolamin-indusert dødelighet hos overvektige rotter (20 mg/kg/dag)167. Videre forlenger resveratrol (10 mg/ml, intraperitoneal injeksjon) overlevelsen i en musemodell av sepsis-indusert akutt nyreskade og gjenoppretter nyremikrosirkulasjonen168. Resveratroladministrasjon (18 mg/kg/dag i dietten) forbedrer også overlevelsen i en rottehypertensjonsmodell169. Det er imidlertid viktig at resveratrolbehandling (100–1200 mg/kg mat) ikke øker levetiden hos mus som mates med chow.50,170,171. Resveratrol-tilskudd induserer genekspresjonsendringer i flere vev som ligner de som er assosiert med kalorirestriksjon hos mus171,172.

Hos mennesker induserte 30-dagers resveratroltilskudd (150 mg/dag) hos overvektige menn metabolske endringer, inkludert reduksjoner i stoffskifte i søvn og hvile, intrahepatisk lipidinnhold, sirkulerende glukosenivåer, inflammatoriske markører og systolisk blodtrykk173. Skjelettmuskler fra resveratrol-behandlede gjenstander viste økt AMPK-aktivitet, økt SIRT1 og PGC-1 proteinnivåer, og forbedret mitokondriell respirasjon av fettsyrer173. I motsetning til dette induserte 12 ukers tilskudd med resveratrol (75 mg/dag) hos ikke-overvektige, postmenopausale kvinner med normal glukosetoleranse ingen tilsynelatende endring i kroppssammensetning, insulinfølsomhet, hvilemetabolsk hastighet, plasmalipider eller inflammatoriske markører.174. Dessuten hadde resveratroltilskudd ingen effekt på dets antatte molekylære mål, inkludert AMPK,SIRT1, NAMPT, ogPPARGC1A, i enten skjelettmuskulatur eller fettvev174.

En viktig fersk studie av Caiet al.viste en ikke-lineær doserespons for de beskyttende effektene av resveratrol hos mennesker og mus175. Når det ble administrert sammen med en diett med høyt fettinnhold (HFD), så lavdose resveratrol (~0,07 mg/kg/dag) ut til å være mer effektivt enn høydose (14 mg/kg/dag) i å redusere adenomtallet og redusere den totale tumorbyrden iApcminmus, en modell av intestinal karsinogenese. Interessant nok viste hunnmus på den lavere dosen av resveratrol betydelig høyere ekspresjon og aktivering av AMPK i tarmslimhinnen enn de i høydosegruppen175. Konsekvent menneskelig tykktarmsvev utsatt for lave diettkonsentrasjoner ({{0}}.01 til 0.1 μM) av resveratrolex vivoviste rask AMPK-aktivering og økt autofagi ved lave konsentrasjoner og en mindre uttalt eller til og med ingen effekt ved høyere doser (1 til 10 μM)175. Denne uvanlige effekten kan bidra til å rasjonalisere de motstridende rapportene om resveratrols effektivitet hos mennesker, og fremtidige studier på mennesker med resveratrol må utformes med nøye oppmerksomhet på dosering og serumnivåer og til en grundig vurdering av effekter på resveratrols antatte molekylære mål.

Andre STAC-er har blitt syntetisert og er rapportert å øke helsen og forlenge levetiden hos mus. STAC SRT1720 (100 mg/kg/dag) har blitt rapportert å forlenge den gjennomsnittlige levetiden til voksne C57BL/6J-hannmus matet en standard diett med 8,8 prosent (p=0.096), og opptil 21.7 prosent ( p=0.0193) på en HFD, uten å øke maksimal levetid i noen sammenheng176,177. SRT1720-behandling forbedret fysiologiske parametere hos HFD-fôrede dyr, reduserte leversteatose, økt insulinfølsomhet, økt bevegelsesaktivitet og induserte også en genekspresjonsprofil som ligner den som er forbundet med en standard diett176. SRT1720-tilskudd hemmet pro-inflammatorisk genuttrykk i leveren og musklene til mus som ble matet med en standard chow-diett og forsinket utbruddet av aldersrelatert metabolsk sykdom177. På samme måte økte kosttilskudd (100 mg/kg) med SRT2104, en annen syntetisk STAC, både gjennomsnittlig og maksimal levetid for C57BL/6J-hannmus som fikk en chow-diett med 9,7 prosent (p<0.05) and 4.9% (p<0.001), respectively, and increased insulin sensitivity and motor coordination while reducing inflammation178. Korttidsbehandling med SRT2104 bevarer bein- og muskelmasse i en eksperimentell atrofimodell178. Disse funnene indikerer at resveratrol og andre STAC-er kan ha gunstige effekter på helsen, spesielt i sammenheng med HFD, og at noen STAC-er kan forlenge levetiden moderat under normale fôringsforhold; Imidlertid er ytterligere studier berettiget for å bedre evaluere effekten deres på lang levetid hos hunner og andre musestammer. I denne forbindelse er det nå stor interesse for å evaluere effekten av NADPlusforløpere som terapier for metabolsk sykdom og kandidater mot aldring129.