Сенолитики продлили мышам жизнь и улучшили ее качество

Рис. 1. Сенесцентные клетки жировой ткани, трансплантированные в организм самки мыши. Донором жировых сенесцентных клеток стала трансгенная мышь, несущая фермент люциферазу, поэтому трансплантированные клетки светятся. Красным обозначена максимальная люминесценция, синим — минимальная. Видно, что клетки оказались в области жировых отложений, то есть достигли своего пункта назначения. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статьи в Nature Medicine

Одной из причин старения организма считается накопление старых, или сенесцентных, клеток. Недавнее исследование показало, что пересадка этих клеток молодым мышам ускоряет старение организма. Напротив, избирательное уничтожение сенесцентных клеток с помощью препаратов-сенолитиков улучшает здоровье мышей и продлевает им жизнь. Более того, уже сейчас начинаются клинические испытания сенолитиков для лечения старческих болезней у людей.

В течение жизни организма его клетки постепенно стареют (см. Клеточное старение). Однако под этим понимается не столько возраст клеток (который может быть разным в зависимости от ткани), сколько изменение их активности. Они теряют способность к делению, хуже выполняют свои функции в организме и вместо этого стимулируют воспаление и перестройку тканей. Такие клетки называют «сенесцентными», чтобы не путать старение организма в целом со старением отдельных клеток (см. Клетки голых землекопов стареют не так, как клетки мышей, «Элементы», 28.02.2018). На данный момент не существует однозначного объяснения, почему обычные клетки превращаются в сенесцентные. Вероятно, это происходит в результате действия множества факторов: в ходе делений укорачиваются хромосомы, накапливаются мутации в ДНК и повреждения в белках. Затем, согласно теории гиперфункционирования, если поврежденная клетка продолжает получать сигналы о том, что нужно делиться и расти, чего она сделать уже не может, она становится сенесцентной (M. V. Blagosklonny, 2012. Answering the ultimate question «What is the Proximal Cause of Aging?»).

Обнаружить сенесцентные клетки в организме можно несколькими способами. Например, часто используют окраску на ассоциированную со старением бета-галактозидазу — фермент, активность которого изменяется в сенесцентных клетках. Другой вариант — измерять активность генов, блокирующих клеточную гибель: ведь сенесцентные клетки, подобно раковым, несут в себе множество повреждений и, чтобы не погибнуть, должны быть устойчивы к апоптозу (программируемой клеточной гибели). Наконец, третий вариант — обратить внимание на вещества, которые эти клетки выделяют наружу. Оказалось, что это фиксированный набор молекул, специфичный для сенесцентных клеток, — его называют SASP (Senescence-associated secretory phenotype). В него входят, среди прочих, белки-протеазы), расщепляющие межклеточное вещество и запускающие его перестройку, факторы роста для окружающих клеток и провоспалительные сигнальные молекулы (цитокины), привлекающие иммунные клетки.

Влияние SASP на другие клетки в организме оказывается неоднозначным. В небольших дозах оно скорее благоприятное и стимулирует стволовые клетки делиться и обновлять клеточный состав тканей (см. B. Ritschka et al., 2017. The senescence-associated secretory phenotype induces cellular plasticity and tissue regeneration). Но когда белков SASP накапливается много, они действуют на соседние клетки угнетающе, и «заражают их старостью» — соседи тоже становятся сенесцентными (аналогичные процессы описаны и при действии экстрактов старых организмов на клетки молодых, см. Экстракт из старых сородичей ускоряет старение, «Элементы», 20.02.2017).

Авторы обсуждаемой статьи проверяли влияние сенесцентных клеток на старение мышей. Для этого они забирали жировые стволовые клетки одной мыши (поскольку такие клетки хорошо приживаются при пересадке), вызывали в них старение (двумя способами — с помощью облучения или с помощью токсических веществ, нарушающих синтез ДНК) и трансплантировали другой мыши. Чтобы отслеживать судьбу пересаженных клеток, в качестве мыши-донора использовали трансгенное животное, производящее люциферазу — биолюминесцентный фермент. На рис. 1 можно видеть, как с помощью люциферазы отследили место расположения трансплантированных клеток в организме мыши; они сохранялись там в течение примерно 40 дней.

Здоровье мышей оценивали по множеству параметров: максимальная скорость бега, мышечная сила (при захвате предметов), физическая выносливость (время, в течение которого мышь может бежать по беговой дорожке и висеть на проволоке), интенсивность дневной активности, потребление еды и масса тела. Не все эти параметры изменялись при трансплантации сенесцентных клеток по сравнению с трансплантацией здоровых клеток или уколами чистого раствора для инъекций (рис. 2). Но некоторые показали значительное снижение (например, скорость бега или сила захвата). Это позволяет авторам говорить о том, что сенесцентные клетки действительно ухудшают здоровье организма, в который попадают. При этом 200 000 клеток недостаточно, чтобы вызвать серьезное ухудшение, а начиная с 500 000 клеток изменения становятся достоверными. Пересчитав это на общее количество клеток в организме мыши, авторы заключили, что одной сенесцентной клетки на 7–15 тысяч клеток в теле (0,01–0,03%) или одной из 350 клеток в жировой ткани (0,28%) достаточно, чтобы вызвать видимые ухудшения здоровья (такие как снижение скорости бега или силы захвата).

Рис. 2. Показатели здоровья мышей через месяц после трансплантации сенесцентных клеток. d — максимальная скорость бега (в процентах от изначальной); e — сколько мышь смогла провисеть на проволоке (секунды, умноженные на вес мыши в граммах); f — сила захвата (в Ньютонах); g — дневная активность (количество движений). Мышам вводили: синий цвет — фосфатный буфер (контрольный раствор), черный — 1 000 000 здоровых клеток, розовый — 200 000 сенесцентных клеток, оранжевый — 500 000 сенесцентных клеток, красный — 1 000 000 сенесцентных клеток. Достоверные различия (те, которые нельзя объяснить разбросом данных) обозначены скобками и звездочками. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Medicine

Затем авторы статьи проверили остальные, изначально здоровые, клетки организма-реципиента на маркеры старения (ассоциированную со старением бета-галактозидазу и другие). Оказалось, что через 2 месяца после трансплантации в организме мыши можно обнаружить 10 15% сенесцентных клеток. При этом люциферазы в них нет, то есть это не клетки донора, а собственные клетки реципиента. Это значит, что «старость» клеток действительно заразна и сенесцентные клетки влияют на своих соседей.

Для того чтобы бороться с сенесцентными клетками, необходимо придумать стратегию их избирательного уничтожения. Вещества, которые позволяют это сделать, называют сенолитиками. Общий принцип их работы следующий: подобно раковым клеткам, сенесцентные клетки устойчивы к апоптозу, то есть в них активны специальные белки, и эти белки можно заблокировать. Так работают многие противораковые лекарства, и их же можно попробовать применить и в качестве сенолитиков. Одними из первых кандидатов на эту роль стали дазатиниб и кверцетин — первый уже активно используется в борьбе с раком, эффективность второго не столь очевидна. Однако многие ученые полагают, что их сочетание может оказаться более успешным, чем применение каждого из них поодиночке (см. Yi Zhu et al., 2015. The Achilles’ heel of senescent cells: from transcriptome to senolytic drugs).

Прежде чем переходить к испытаниям на животных, авторы обсуждаемой статьи протестировали действие дазатиниба и кверцетина на клеточных культурах. Они использовали жировую ткань, полученную от пациентов с ожирением в ходе операции (считается, что ожирению сопутствует ускоренное старение клеток; см. C. Franceschi, 2017. Healthy ageing in 2016: Obesity in geroscience — is cellular senescence the culprit?). Сразу после операции клетки в течение двух дней обрабатывали сенолитиками или чистым раствором. Через два дня измеряли количество сенесцентных клеток (несущих соответствующие маркеры) и количество SASP в среде культивирования. Оба параметра существенно уменьшились под действием сенолитиков, а также вырос уровень апоптоза в культуре — значит, противоапоптотические механизмы удалось заблокировать.

Наконец, чтобы оценить действие сенолитиков на животных, авторы статьи использовали немолодых мышей, возрастом 20 месяцев (средняя продолжительность жизни мыши — около двух лет). В течение четырех месяцев одна группа (контрольная) получала плацебо, вторая (опытная) — комбинацию сенолитиков. После этого авторы снова оценивали их здоровье по множеству параметров, и опытная группа оказалась успешнее во всём (рис. 3). А количество белков SASP в их организме снизилось.

Рис. 3. Показатели здоровья мышей, которые два месяца получали плацебо (V) или комбинацию сенолитиков (D+Q). b — максимальная скорость бега (в процентах от изначальной); c — сколько мышь смогла провисеть на проволоке (секунды, умноженные на вес мыши в граммах); d — сила захвата (в Ньютонах); e — масса тела; f — сколько энергии мышь потратила на беговой дорожке (в килоджоулях); g — дневная активность (количество движений); h — потребление пищи (в граммах). Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Medicine

После этого авторы проверили влияние сенолитиков на продолжительность жизни мышей. Они давали препараты очень старым мышам, возрастом 24–27 месяцев (что соответствует 75–90 годам у человека). Эти животные жили на 36% дольше, чем их сверстники, получавшие плацебо (рис. 4), и до последних недель физическая активность мышей-долгожителей оставалась не ниже, чем у контрольной группы.

Рис. 4. Кривые выживания мышей, получавших плацебо (V, черная линия) и сенолитики (D+Q, красная линия). Слева — выживаемость в днях после первого приема, справа — выживаемость в днях жизни. Напротив 50-процентной выживаемости отмечены средние продолжительности жизни по группам. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Medicine

Это позволяет говорить, о том что сенолитики продлевают полноценную жизнь без ущерба для здоровья (рис. 5).

Рис. 5. Показатели здоровья мышей, проживших дольше всего (топ-40%). Верхний ряд — самцы, нижний — самки. Черные — контрольная группа, красные — опытная. Слева направо: максимальная скорость бега (максимальное количество оборотов дорожки в минуту, на котором мышь может удержаться), сколько мышь смогла провисеть на проволоке (секунды, умноженные на вес мыши в граммах), общая продолжительность жизни (в днях). Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Medicine

Более того, набор возрастных заболеваний, которые могли стать причиной смерти, у контрольной и опытной групп не различался (рис. 6).

Рис. 6. Количество заболеваний, которые могли привести к смерти, у контрольной (V, черные) и опытной (DQ, красные) групп. N.s. (not significant) — различия, не обладающие статистической значимостью. Слева направо: самцы+самки, самцы, самки. Левые столбцы — количество болезней у каждой мыши, правые — количество опухолей у каждой мыши. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Medicine

Таким образом, дазатиниб и кверцетин показали себя очень хорошо на мышах, снижая количество SASP в их организме и продлевая им жизнь. При этом не было обнаружено никаких побочных эффектов и новых угрожающих жизни заболеваний, а физическая активность сохранялась до самой смерти. Не стоит, конечно, делать преждевременных выводов о том, насколько подобная терапия могла бы помочь людям. Сами авторы работы предупреждают о необходимости доклинических исследований, которые бы проверили возможную токсичность препаратов для здоровых клеток. К тому же не всегда то, что хорошо работает у мышей, оказывается таким же эффективным для человека.

В то же время, компания UNITY Biotechnology недавно объявила о начале клинических испытаний сенолитиков. Компания предлагает два продукта: это не дазатиниб и кверцетин, а другие препараты, но механизм работы похож — они тоже нацелены на противоапоптотические белки. В пробном клиническом исследовании первый сенолитик будет использован для лечения остеоартроза. Это заболевание связано с возрастом, и считается, что одним из его механизмов является накопление сенесцентных клеток. Таким образом, маленькими шагами, начиная с терапии отдельных заболеваний, мы приближаемся к клиническим испытаниям лекарств, замедляющих старение, на людях.

Источник: 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.

Полина Лосева