Сложности поиска пилюли бессмертия (3)
Ингибитор белка-мишени рапамицина млекопитающих (mTOR)
(Продолжение. Начало статьи см. здесь.)
mTOR – сохранившаяся в ходе эволюции сериновая/треониновая киназа, регистрирующая доступность питательных веществ, факторов роста и внешнего стресса и реагирующая на них. Этот фермент играет ключевую роль в стимуляции процесса роста. У многоклеточных эукариотов mTOR существует в составе двух отличающихся мультибелковых комплексов: mTORC1 и mTORC2, различающихся ассоциацией с регуляторным белком mTOR (RAPTOR) и рапамицин-нечувствительным компаньоном mTOR (RICTOR) соответственно. Рапамицин формирует комплекс с белком FKBP12, связывающимся с mTORC1 и ингибирующим его активность. Важен тот момент, что хроническая терапия рапамицином также подавляет активность mTORC. Активность mTORC1 регулируется питательными веществами (глюкозой и аминокислотами), цитокинами, гормонами (инсулин или инсулиноподобный фактор роста-1), энергией (уровни АТФ) и окислительным стрессом через сигнальные механизмы, опосредуемые фосфоинозитол-3-киназой (PI3K), протеинкиназой В (AKT) и АМФ-зависимой киназой (AMPK). Ключевые медиаторы нижних звеньев сигнального пути, опосредуемого mTORC1, представляют собой механизмы, регулирующие рост клеток, пролиферацию, реакцию на стресс и аутофагию. Поэтому mTORC1 принадлежит ключевая роль в интегрировании роста и поддержания функционирования клеток с доступностью питательных веществ, гормональными сигналами и другими стимулами окружающей среды.
В ряде исследований была установлена взаимосвязь между опосредуемым mTORC сигнальным путем и долголетием целого спектра организмов, начиная от дрожжей и заканчивая млекопитающими. Ингибирование сигналов mTORC с помощью генетических и фармакологических методов увеличивает продолжительность жизни дрожжей, нематод, плодовых мух и мышей. Аналогичным образом делеция гена мышей, кодирующего эффектор нижних этапов опосредуемого mTORC сигнального механизма S6-киназу, повышает окислительный метаболизм, защищает от развития возрастного и индуцированного диетой ожирения, а также увеличивает продолжительность жизни самок. Соответствующим образом повышенная активность мишени mTORC1 4E-BP1 в скелетной мускулатуре приводит к повышению окислительного метаболизма и защищает мышей от индуцированных диетой и возрастом метаболических нарушений.
В знаковом исследовании NIA’s Interventions Testing Program (ITP) было продемонстрировано, что терапия генетически гетерогенных мышей ингибитором mTORC рапамицином (в дозе 14 мг/кг пищи; 2,24 мг/кг массы тела/день), начатая в возрасте 9 или 20 месяцев, увеличивала продолжительность жизни обоих полов. Последующее наблюдение показало, что индуцированное рапамицином увеличение продолжительности жизни является дозо- и поло-зависимым. При указанном содержании рапамицина в корме самки мышей демонстрировали более выраженное увеличение продолжительности жизни, чем самцы, что коррелировало с более высокими уровнями рапамицина в крови самок, по сравнению с самцами. Терапия рапамицином индуцировала у самок и самцов совершенно разные изменения генной экспрессии, что свидетельствует о существовании полоспецифичных реакций на ингибирование mTORC. Более того, профили экспрессии метаболизирующих ксенобиотики ферментов в печени подвергшихся терапии рапамицином (14 мг/кг корма) мышей очень сильно отличались от профилей экспрессии 12-месячных мышей, содержащихся на низкокалорийной диете. В действительности низкокалорийная диета менее эффективно увеличивает продолжительность жизни при начале воздействия на поздних этапах жизни, тогда как терапия рапамицина оказывает свое действие на мышей даже при начале в среднем возрасте. Исключительно важен тот факт, что индуцируемое рапамицином увеличение продолжительности жизни наблюдается у мышей с разными генотипами.
Механизмы увеличения продолжительности жизни под действием рапамицина являются темой, горячо обсуждаемой в области биологии старения. Рапамицин обладает антинеопластическими свойствами, а рак является основной причиной смерти у большинства линий мышей, демонстрирующих опосредуемое рапамицином увеличение продолжительности жизни. В данном контексте правдоподобным объяснением увеличения продолжительности жизни мышей под действием рапамицина является способность препарата подавлять появление и/или агрессивность летальных опухолей. Однако некоторые исследователи продемонстрировали, что рапамицин помимо неоплазий также ингибирует возрастные фенотипы, что свидетельствует о большой вероятности того, что препарат оказывает более широкие антивозрастные эффекты. Напротив, согласно результатам недавнего очень детального исследования Neff et al., само по себе влияние рапамицина на возрастные фенотипы достаточно ограничено. В этом отношении были сделаны противоречащие наблюдения, касающиеся влияния терапии рапамицином на мышиные модели болезни Альцгеймера. Долгосрочная терапия рапамицином обеспечивала поведенческие улучшения у таких моделей и индуцировала опосредуемое аутофагией снижение уровней бета-амилоида и гиперфосфорилированного тау-протеина. В других исследованиях рапамицин, напротив, стимулировал продукцию бета-амилоида и вызывал усиление индуцированной бета-амилоидом клеточной гибели.
Рапамицин имеет серьезные побочные эффекты, которые могут ограничить возможности его долгосрочного применении в качестве антивозрастной терапии, в особенности это касается метаболической дисфункции, катаракты и атрофии семенников. Наиболее важен тот факт, что в силу иммуномодулирующих эффектов ингибиторов mTOR клиническое применение подобных рапамицину препаратов, таких как эверолимус/RAD001, ассоциировано с более высокой частотой инфекций у пациентов с такими заболеваниями, как рак и комплекс туберозного склероза. Результаты недавнего исследования, напротив, продемонстрировали, что краткосрочное применение эверолимуса/RAD001 здоровыми людьми преклонного возраста усиливало иммунную реакцию на вакцинацию против гриппа с умеренными побочными эффектами. Сниженная реакция на противогриппозную вакцинацию является важной клинической проблемой для пожилых людей. Эти данные свидетельствуют о том, что периодический или краткосрочный прием рапамицина или других ингибиторов mTOR может подавлять определенные функционально важные эффекты старения, такие как слабый ответ на иммунизацию, без отрицательных последствий, ассоциированных с хроническим применением таких препаратов. Результаты недавней работы на мышах подкрепляют эту гипотезу, подтверждая способность периодического приема рапамицина минимизировать проявления метаболической дисфункции у мышей, поддерживая хроническую супрессию mTOR в жировой ткани, но не в других тканях. Было бы очень интересно оценить эффекты такого периодического протокола на широкий спектр возрастных фенотипов и продолжительность жизни.
Продолжение: Метформин и другие бигуанидины