מציאת הגלולה של פונס דה ליאון: אתגרים בהקרנה למולקולות אנטי-אייג'ינג

תַקצִיר

הְזדַקְנוּתמאופיין בהצטברות מתקדמת של שינויים ניווניים, שהגיעו לשיא בתפקוד לקוי והסתברות מוגברת למוות. זהו גורם הסיכון העיקרי לפתולוגיות אנושיות רבות - כולל סרטן, סוכרת מסוג 2, וקרדיווסקולרי ומחלות נוירודגנרטיביות- וכתוצאה מכך גובה מחיר חברתי וכלכלי עצום. ההמטרה העיקרית של מחקר ההזדקנותזה לפתח התערבויות שיכולותלעכב את הופעתן של מחלות רבות הקשורות לגילולהאריך תוחלת חיים בריאה(תוחלת בריאות). התצפית שניתן להשיג אריכות ימים ובריאות משופרים באורגניזמים מודל על ידיהגבלה תזונתיתאו פשוטמניפולציות גנטיותעורר את המצוד אחר תרכובות כימיות שיכולותלהגדיל את תוחלת החיים.לרוב המסלולים המווסתים את קצב ההזדקנות ביונקים יש הומולוגים בשמרים, זבובים ותולעים, מה שמצביע על בדיקה ראשונית לזיהוי כאלההתערבויות תרופתיותעשוי להיות אפשרי באמצעות מודלים חסרי חוליות. בשנים האחרונות זוהו מספר תרכובות שיכולות להאריך את תוחלת החיים בחסרי חוליות, ואפילו במכרסמים. כאן, אנו מסכמים את האסטרטגיות שהופעלו, ואת ההתקדמות שנעשתה, בזיהוי תרכובות המסוגלות להאריך את תוחלת החיים באורגניזמים, החל מחסרי חוליות ועד עכברים ודנים באתגרים האדירים בתרגום עבודה זו לטיפולים אנושיים.

לחץ כדי לדעת את ההתערבויות התרופתיות הטובות ביותר וצמחי מרפא לאנטי אייג'ינג

מילות מפתחהְזדַקְנוּת, תרופות אנטי אייג'ינג,מחלות הקשורות לגיל

מבוא

ההזדקנות מאופיינת בשינויים מולקולריים, תאיים ואורגנימיים אשר מגיעים לשיאם בחוסר יכולת של אורגניזם לשמור על שלמות פיזיולוגית1. בבני אדם, הזדקנות קשורה לנטייה מוגברת מאוד למגוון רחב של מחלות, כולל סרטן, סוכרת מסוג 2 (T2D), ניוון עצבי ומחלות לב וכלי דם, מה שמוביל לעלייה בתחלואה ותמותה.1,2. המטרה ארוכת הטווח של חקר ההזדקנות היא לפתח התערבויות שיכולות לעכב את הופעתן של מחלות הקשורות לגיל ולקדם אריכות ימים. במטרה זו, המחקר בביוגרונטולוגיה מתמקד בהבהרת מנגנוני ההזדקנות הבסיסיים. עדויות עדכניות מצביעות על כך שרבים מהמנגנונים הללו נשמרים בקרב איקריוטים, משמרים ועד יונקים.

בעשורים האחרונים, עבודה באורגניזמים מגוונים זיהתה מסלולי איתות תאיים המווסתים את קצב ההזדקנות3,4 . רבים מהמסלולים הללו פועלים בדרך כלל כדי לחוש את המצב התזונתי של האורגניזם (איור 1) וליזום אשדות איתות המווסתות מסלולים בין-תוך-תאיים ספציפיים ומשנים את הפיזיולוגיה של תאי המטרה בהתאם2. מסלולי חישת תזונה אלה, הכוללים איתותים של אינסולין וגורם גדילה דמוי אינסולין (IGF) (IIS)5 , המטרה של איתות rapamycin (mTOR).6, איתות חלבון קינאז (AMPK) המופעל על אדנוזין מונופוספט (AMPK).7, וסירטואינים8, לתאם תהליכים הקשורים לגדילה וחילוף חומרים בתא ולשלב אותם עם רמות של חומרים מזינים, אנרגיה, גורמי גדילה ומתח. כאשר רמות חומרי הזנה ורמזי גדילה מופחתים, האותות דרך המסלולים הללו משתנה. מניפולציה גנטית או, במקרים מסוימים, תרופתית של מסלולים אלה יכולה להוביל להארכת תוחלת החיים, בעוד שחוסר ויסות הקשור לגיל שלהם עשוי לתרום להזדקנות האורגניזם.

הגבלה תזונתית (DR), משטר תזונתי הכולל הפחתה בצריכת הקלוריות הכוללת ללא תת תזונה או צריכה מופחתת של רכיבים תזונתיים ספציפיים כגון חומצות אמינו, היא ההתערבות המתאפיינת בצורה הטובה ביותר שמאטה את ההזדקנות ומעכבת מחלות במגוון רחב של מינים.9,10. אפקטורים מולקולריים המעורבים בתיווך ההשפעות המדהימות של DR כוללים את מסלולי חישת התזונה הללו9. עדויות ראשוניות מצביעות על כך שחלק מאותם מסלולים עשויים להשפיע על הזדקנות ומחלות גם בבני אדם. לדוגמה, וריאנטים גנטיים ב-FOXO3Aהגן, המקודד לגורם שעתוק במורד הזרם של IIS, נקשרו לאריכות ימים אנושית11–16. אנשים עם גמדות לרון הפחיתו מאוד את רמות IGF1 בסרום והגנה עמוקה מפני T2D וסרטן17. התערבויות פרמקולוגיות המחקות באופן חלקי DR על ידי מווסת פעילויות של מסלולי חישת תזונה אלו, בעלות פוטנציאל לשפר את תוחלת הבריאות ולקדם אריכות ימים. לדוגמה, rapamycin, מעכב ספציפי של mTOR, הוצע כדי לעורר כמה מההשפעות המועילות של DR בתנאי האכלה ותזונתיים סטנדרטיים18. באופן דומה, קומץ מולקולות אחרות כמו מטפורמין ורזברטרול הוכחו כמכווננות איתותים תזונתיים ומקדמים את תוחלת הבריאות ביצורי מודל מרובים, והן נדונות בפירוט לאחר מכן.

בנוסף לחוסר ויסות של מסלולי חישת תזונה, מנגנונים משומרים אחרים המעורבים בביטויים המזיקים של ההזדקנות כוללים (איור 1) i)תפקוד לקוי של המיטוכונדריה, המוביל לפגיעה בחילוף החומרים בדרכי הנשימה, יצירה מוגברת של מיני חמצן תגובתיים (ROS), כמו גם תופעות המשך אחרות,ii)הצטברות מוגברת של נזקי DNA, הנגרמים על ידי עלבונות אקסוגניים וסכנות אנדוגניות כולל שגיאות שכפול DNA ו-ROS,iii)פרוטאוסטזיס מופחת הקשור לעלייה בקיפול שגוי של חלבון והצטברות,iv)הזדקנות תאית, תורמת לתפקוד לקוי של רקמות,v)דלקת סטרילית מוגברת,vi)שחיקה של תאי גזע, וvii)שינויים אפיגנטיים1,19. לדיון שלם יותר על מנגנוני הזדקנות משומרים, הקורא מופנה למקום אחר1. תרופות פרמקולוגיות המכוונות לחלק מהשינויים הללו מייצגים תרופות אנטי-אייג'ינג מועמדות. בסקירה זו, נספק סקירה כללית של התערבויות תרופתיות עם יכולות ידועות או פוטנציאליות לעכב את ההזדקנות ולקדם בריאות בסוף החיים. ראשית, אנו מסכמים את התרומות העיקריות שעשו מחקרים במערכות מודל חסרי חוליות לקראת מאמצי הסקר לזיהוי תרופות אנטי-אייג'ינג מולקולות קטנות. לאחר מכן אנו מתמקדים לעומק במולקולות הנבדקות כעת על הפוטנציאל שלהן להאריך את תוחלת החיים ולדחות מחלות. לבסוף, יידונו אתגרים בבדיקת תרופות אנטי-אייג'ינג חדשות ובתרגום עבודה זו לבני אדם.

חסרי חוליות כמודלים של מערכות לסינון מולקולות קטנות למען אריכות ימים

בשל מגוון של גורמים - כולל קלות מניפולציה גנטית ופיזיולוגיה דומה לזו של בני אדם - העכבר הפך לאורגניזם המודל היונקי הבולט בביולוגיה של ההזדקנות20. עם זאת, לאור עלויות הדיור הגבוהות ותוחלת החיים הארוכה יחסית של עכברים, בדיקה לא מוטה בקנה מידה גדול לזיהוי תרופות אנטי-אייג'ינג אינן ריאליות באורגניזם זה. עם ההבנה שמסלולים רבים הקשורים להזדקנות נשמרים מבחינה אבולוציונית, אפילו בקרב מינים שונים מאוד, מודלים קצרי מועד של חסרי חוליות הופעלו במקום להקרנה כזו. הנמטודה Caenorhabditis elegans - עם תוחלת החיים הקצרה שלה של ~3 שבועות, קלות התרבות ומניפולציה גנטית, וביולוגיית ההזדקנות המאופיינת היטב - מייצגת מערכת מודלים אטרקטיבית מאוד להקרנה כימית לזיהוי תרכובות המווסתות תוחלת חיים ופנוטיפים הקשורים לגיל. ואכן, מספר מחקרים זיהו מספר תרכובות אנטי-אייג'ינג מועמדות המשתמשות ב-C. elegans כמודל של אורגניזם. עד כה, מסך תוחלת החיים של מולקולות קטנות באמצעות C. elegans נערך על ידי Petrascheck וחב', שהעריכו 88,{11}} כימיקלים על יכולתם לשפר את אורך החיים21. הם זיהו 115 תרכובות שהגדילו משמעותית את תוחלת החיים. מעניין לציין שאחד מאלה הראה דמיון מבני לנוגדי דיכאון אנושיים המשפיעים על האיתות על ידי הנוירוטרנסמיטר סרוטונין. לאחר מכן הם מצאו כי מיאנסרין, אנטגוניסט לקולטן לסרוטונין המשמש כנוגד דיכאון בבני אדם, מאריך את תוחלת החיים של C. elegans כאשר הוא מנוהל ב-50 מיקרומטר, ככל הנראה באמצעות מנגנונים הקשורים ל-DR21. בהערכה של 19 תרכובות עם השפעות ידועות על הפיזיולוגיה האנושית, Evason et al. דיווחו שהתרופות נוגדות פרכוסים אתוסוקסימיד (במינון של 2 ו-4 מ"ג/מ"ל), טרימתדיון (4 מ"ג/מ"ל) ו-3,3-דיאתיל-2-פירולידינון (2 מ"ג/מ"ל) עיכבו שינויים הקשורים לגיל והגדיל את תוחלת החיים של C. elegans22.

באמצעות גישה ביואינפורמטיקה לזיהוי מימטיקה של DR, Calvert et al. ניתחו תרופות המעוררות שינויים בביטוי גנים הדומים לאלו הקשורים ל-DR וזיהו 11 מולקולות קטנות עם תכונה זו23. מעניין לציין שבין חמש תרופות שנבדקו, ארבע - רפמיצין (ניתן ב-10 מיקרומטר), אלנטואין (250 מיקרומטר), טריכוסטטין A (100 מיקרומטר) ו-LY-294002 (100 מיקרומטר) - עוררו תוחלת חיים ותוחלת בריאות מוגברת בטבע- סוג (WT) C. elegans. לעומת זאת, לא נצפו השפעות אריכות ימים ברקע המוטנטי לאכול-2, מודל DR גנטי, המצביע על כך שההשפעות מאריכות חיים של תרופות אלו אכן עשויות להתרחש באמצעות מנגנונים הקשורים ל-DR23.

מחקר של Alavez et al. דיווח כי תרכובות קושרות עמילואיד שומרות על הומאוסטזיס חלבוני ומאריכות את תוחלת החיים ב-C. elegans24. חשיפה של תולעי WT לצבע הקושר עמילואיד Thioflavin T (ThT) ב-50 או 100 מיקרומטר לאורך הבגרות העלתה את תוחלת החיים החציונית ב-60 אחוזים ואת תוחלת החיים המקסימלית ב-43-78 אחוזים. C. elegans מודלים של מחלת אלצהיימר (AD), וכתוצאה מכך ירידה בשיעור התולעים המשותקות. מתן ThT גם דיכא את הרעילות הקשורה לחלבונים גרורות יציבים בתולעים מוטנטיות24. דיכוי תיווך של ThT של צבירה חלבון והארכת תוחלת החיים תלויים בצ'פרונים מולקולריים, אוטופגיה, תפקוד פרוטאזומלי, גורם הלם חום של מווסת פרוטאוסטזיס 1 (HSF-1), וגורם שעתוק עמידות למתח ואורך חיים SKN-124 . תרכובות בעלות דמיון מבני ל-ThT גם האריכו את תוחלת החיים של התולעים בעד 40 אחוז, אך בריכוזים נמוכים משמעותית מ-ThT. יתרה מכך, חשיפה לתרכובות אחרות הקושרות חלבונים כמו כורכומין (100 מיקרומטר) וריפמפיצין (10-100 מיקרומטר) האריכה את תוחלת החיים של עד 45 אחוזים 24. תוצאות אלו מדגישות את החשיבות של פרוטאוסטזיס בתוחלת בריאות התולעת ובתוחלת החיים ומספקות עוד יותר. דחף לפיתוח התערבויות המסוגלות לשמור על פרוטאוסטזיס לדיכוי הזדקנות ומחלות הקשורות לגיל.

המכון הלאומי להזדקנות נתן לאחרונה חסות לתוכנית התערבות תרופתית המשתמשת ב-Caenorhabditis כמערכת מודל, בדומה למאמצים מתמשכים דומים בעכבר. תוכנית בדיקת ההתערבות של Caenorhabditis (CITP) היא מאמץ רב-מוסדי שמטרתו לזהות תרכובות עם יכולת להאריך את תוחלת החיים ולשפר את תוחלת הבריאות, תוך שימוש במספר מיני Caenorhabditis ובזנים מרובים של C. elegans. זיהוי תרכובות היעילות באוכלוסיות תולעים מגוונות מבחינה גנטית עשוי להאיץ את גילוי התערבויות שיכולות להאריך את תוחלת החיים/תוחלת הבריאות במינים אחרים, שעשויים לכלול בני אדם.

זבוב הפירות Drosophila melanogaster מייצג מודל נוסף המתאים להקרנה של תרכובות אנטי אייג'ינג25. מגוון רחב של זנים גנטיים של D. melanogaster זמינים, עם תוחלת חיים ממוצעת שונה, שימושיים לאימות יעילות התרכובת על פני רקעים גנטיים מרובים. בדומה ל-C. elegans, לדרוזופילה תוחלת חיים קצרה, והכלים הגנטיים הרבים הזמינים באורגניזם זה מקלים על המחקר המכניסטי של תרכובות עופרת25. המחקר הראשון שדיווח על הארכת תוחלת החיים ב-Drosophila על ידי מתן תרופה בוצע על ידי Kang וחב', שהראו כי האכלה של Drosophila 4-פניל-בוטיראט ב-5-10 mM - תרופה בעלת פעילויות מרובות, כולל עיכוב היסטון דאצטילאז - באופן משמעותי הגדילה את תוחלת החיים החציונית והמקסימלית ללא השפעות שליליות על תנועה, עמידות למתח או רבייה26. מחקר עדכני יותר תיאר את ההקרנה של מעכבי חלבון קינאז לאיתור השפעות על תוחלת החיים של תסיסנית27. מבין 80 המעכבים שנבדקו במחקר זה, 17 הגדילו משמעותית את תוחלת החיים של תסיסנית מבלי להשפיע על צריכת המזון או הצריכה, מה שמעיד על כך שההשפעות של מעכבים אלו על תוחלת החיים של תסיסנית אינן כרוכות ב-DR27. בהקשר זה, מחקר שנערך לאחרונה על ידי Slack et al. דיווח כי הנחתה של איתות RAS-Erk-ETS גורמת להפחתת IIS ומעוררת הארכת תוחלת חיים ב- Drosophila28. טרמטיניב (1.56-15.6 מיקרומטר), מעכב MEK ספציפי ביותר המחליש את האותות במורד ה-RAS, יכול להאריך את תוחלת החיים החציונית של תסיסנית נשית בעד 12 אחוז (p=1.92 × 10-10), וכן במינונים גבוהים יותר (156 מיקרומטר), משפר את ההישרדות בסוף החיים28. מתן טרמטיניב היה יעיל בקידום אריכות ימים של זבובים גם כאשר ניתן לבעלי חיים בגיל העמידה. ממצאים אלו ודומים עם תרופות אחרות - ראה. הארכת תוחלת החיים של עכברים על ידי טיפול ברפמיצין החל בגיל העמידה, ראה להלן - מעלה את האפשרות שתרופות אנטי-אייג'ינג בבני אדם עשויות להיות יעילות גם כאשר הן ניתנות לאנשים מבוגרים יותר, ובכך למנוע תופעות לוואי התפתחותיות אפשריות של תרופות אלו.

תרכובות המווסתות הזדקנות ופנוטיפים הקשורים לגיל ביונקים

מעכב mTOR rapamycin

mTOR הוא סרין/תראונין קינאז שמור שמרגיש ומגיב לזמינות של חומרים מזינים, גורמי גדילה ולחץ סביבתי וממלא תפקיד מפתח בהפעלת צמיחה6,29. באאוקריוטים רב-תאיים, mTOR קיים בשני קומפלקסים מרובי-חלבונים ברורים, mTORC1 ו-mTORC2, המובחנים על ידי הקשר שלהם עם החלבון הרגולטורי הקשור ל-mTOR (RAPTOR) ולוויה לא רגיש ל-rapamycin של mTOR (RICTOR), בהתאמה30,31. Rapamycin יוצר קומפלקס עם חלבון FKBP12, הנקשר ל-mTORC1 ומעכב את פעילותו 32. חשוב לציין, טיפול כרוני ברפמיצין מעכב גם את mTORC233. פעילות mTORC1 מווסתת על ידי חומרים מזינים (גלוקוז וחומצות אמינו), ציטוקינים, הורמונים (אינסולין או IGF1), אנרגיה (רמות ATP) ולחץ חמצוני באמצעות איתות PI3K, AKT ו-AMPK6. מתווכים מרכזיים במורד הזרם של איתות mTORC1 הם מסלולים השולטים בצמיחת תאים, התפשטות, תגובת לחץ ואוטופגיה29,34. mTORC1, לפיכך, משלב באופן קריטי צמיחה ותחזוקה תאית עם זמינות חומרי הזנה, רמזים הורמונליים וגירויים סביבתיים אחרים.

מספר מחקרים ביססו קשר בין מסלולי איתות mTOR לבין אריכות ימים באורגניזמים החל משמרים ועד יונקים. עיכוב איתות mTOR באמצעים גנטיים או תרופתיים מאריך את תוחלת החיים בשמרים35-37, נמטודות38,39, זבובי פירות40 ועכברים33,41-47. כמו כן, מחיקה גנטית בעכברים של אפקטור mTORC1 במורד הזרם, S6 kinase 1, מגבירה את חילוף החומרים החמצוני, מגנה מפני השמנת גיל ותזונה, ומגדילה את תוחלת החיים של הנקבה47,48. באופן עקבי, פעילות מוגברת של מטרת mTORC1 4E-BP1 בשרירי השלד גורמת לחילוף חומרים חמצוני מוגבר ומגנה על עכברים מפני חוסר תפקוד מטבולי הנגרמת על ידי תזונה וגיל49. במחקר ציון דרך, תוכנית בדיקות ההתערבויות של NIA (ITP) הראתה שטיפול במניות עכברים הטרוגניות מבחינה גנטית עם מעכב mTOR rapamycin (ניתן ב-14 מ"ג/ק"ג מזון; 2.24 מ"ג/ק"ג משקל גוף/יום) החל לאחר 9 חודשים או גיל 20 חודשים האריך את תוחלת החיים בשני המינים43,50. מחקר מעקב הראה שהעלייה בתוחלת החיים של העכבר הנגרמת על ידי rapamycin תלויה במינון ובמין. בריכוז נתון של rapamycin, עכברים נקבות הראו עלייה גדולה יותר בתוחלת החיים מאשר זכרים, אשר נמצאה בקורלציה עם רמות גבוהות יותר של rapamycin בדם שהושגו בנקבות ביחס לזכרים51. טיפול ב- Rapamycin גרם לשינויי ביטוי גנים ברורים לחלוטין בזכרים ובנקבות, מה שמרמז על קיומן של תגובות ספציפיות למין לעיכוב mTOR51. יתרה מזאת, דפוסי הביטוי של אנזימים קסנוביוטיים המטבולים בכבדים של עכברים שטופלו ברפמיצין (14 מ"ג/ק"ג מזון) היו שונים באופן מדהים מאלו של בעלי חיים שנחשפו ל-DR בגיל 12 חודשים51. ואכן, DR פחות יעיל בהארכת תוחלת החיים כאשר הוא מתחיל מאוחר יותר בחיים52-54, בעוד שטיפול ברפמיצין מאריך את תוחלת החיים של עכברים, גם כשהם מתחילים בגיל העמידה43,55. באופן מכריע, הארכת תוחלת חיים הנגרמת על ידי rapamycin בעכברים נצפתה גם ברקע גנטי מגוון41,42,44,56.

במחקר ציון דרך, תוכנית בדיקות ההתערבויות של NIA (ITP) הראתה שטיפול במניות עכברים הטרוגניות מבחינה גנטית עם מעכב mTOR rapamycin (ניתן ב-14 מ"ג/ק"ג מזון; 2.24 מ"ג/ק"ג משקל גוף/יום) החל לאחר 9 חודשים או גיל 20 חודשים האריך את תוחלת החיים בשני המינים43,50. מחקר מעקב הראה שהעלייה בתוחלת החיים של העכבר הנגרמת על ידי rapamycin תלויה במינון ובמין. בריכוז נתון של rapamycin, עכברים נקבות הראו עלייה גדולה יותר בתוחלת החיים מאשר זכרים, אשר נמצאה בקורלציה עם רמות גבוהות יותר של rapamycin בדם שהושגו בנקבות ביחס לזכרים51. טיפול ב- Rapamycin גרם לשינויי ביטוי גנים ברורים לחלוטין בזכרים ובנקבות, מה שמרמז על קיומן של תגובות ספציפיות למין לעיכוב mTOR51. יתרה מזאת, דפוסי הביטוי של אנזימים קסנוביוטיים המטבולים בכבדים של עכברים שטופלו ברפמיצין (14 מ"ג/ק"ג מזון) היו שונים באופן מדהים מאלו של בעלי חיים שנחשפו ל-DR בגיל 12 חודשים51. ואכן, DR פחות יעיל בהארכת תוחלת החיים כאשר הוא מתחיל מאוחר יותר בחיים52-54, בעוד שטיפול ברפמיצין מאריך את תוחלת החיים של עכברים, גם כשהם מתחילים בגיל העמידה43,55. באופן מכריע, הארכת תוחלת חיים הנגרמת על ידי rapamycin בעכברים נצפתה גם ברקע גנטי מגוון41,42,44,56.

מנגנוני הארכת תוחלת החיים על ידי rapamycin נותרו נושא שנוי במחלוקת חריפה בביולוגיה של ההזדקנות 56,57. לרפאמיצין יש תכונות אנטי-ניאופלסטיות58-60, וסרטן הוא הגורם העיקרי למוות ברוב זני העכברים שמראים הארכת תוחלת חיים בתיווך רפמיצין43,61. בהקשר זה, הסבר מתקבל על הדעת להארכת תוחלת החיים של עכברים על ידי rapamycin הוא שתרופה זו מדכאת את הופעת ו/או אגרסיביות של סרטן קטלני. עם זאת, כמה חוקרים דיווחו כי rapamycin גם מעכב פנוטיפים הקשורים לגיל מלבד ניאופלזיה 62,63, מה שמצביע על כך שלתרופה זו יש השפעות אנטי-אייג'ינג רחבות יותר. לעומת זאת, מחקר ממצה שנערך לאחרונה על ידי Neff et al. טען שההשפעות של rapamycin על פנוטיפים הזדקנות כשלעצמם היו די מוגבלות56. בהקשר זה, נעשו תצפיות סותרות לגבי ההשפעות של טיפול ברפמיצין במודלים של עכברים של AD64. טיפול ארוך טווח ברפמיצין הוביל לשיפורים התנהגותיים במודלים של AD עכברים וגרם לירידה בתיווך אוטופגיה ברמות A ו-Hyperphosphorylated tau65,66. לעומת זאת, rapamycin הוכח כמקדם ייצור A67,68 והוביל לעלייה במוות תאי המושרה על ידי A69.

לרפאמיצין יש תופעות לוואי משמעותיות - תפקוד מטבולי לקוי, קטרקט וניוון אשכים בפרט - שעלולות להגביל את התועלת ארוכת הטווח שלו כטיפול אנטי אייג'ינג בבני אדם70,71. והכי חשוב, בשל ההשפעות האימונומודולטוריות של מעכבי mTOR, טיפול בחולים אנושיים בתרופה דמוית הרפמיצין everolimus/RAD001 קשור בשכיחות גבוהה יותר של זיהום אצל אנשים עם מחלות כמו סרטן72,73 ותסביך טרשת שחפת (TSC)74 . לעומת זאת, מחקר שנערך לאחרונה הראה שמתן קצר טווח של everolimus/RAD001 לאנשים מבוגרים בריאים הגביר את התגובה האימונולוגית לחיסון נגד שפעת, עם תופעות לוואי מתונות 75. ירידה בתגובת החיסון נגד שפעת היא אתגר קליני גדול באוכלוסיות מבוגרות76. ממצאים אלו מצביעים על כך שמתן לסירוגין או קצר טווח של rapamycin או מעכבי mTOR אחרים עשוי לדכא השפעות חשובות פונקציונליות מסוימות של הזדקנות, כגון תגובת חיסון לקויה תוך הימנעות מההשלכות השליליות הקשורות לשימוש כרוני בחומרים אלו. מחקר שנערך לאחרונה בעכברים עולה בקנה אחד עם תפיסה זו, זיהה משטר מתן רפמיצין לסירוגין בעכברים שממזער חוסר תפקוד מטבולי, תוך שמירה על דיכוי mTORC1 כרוני ברקמת שומן, אם כי לא ברקמות אחרות77. זה יהיה עניין רב להעריך את ההשפעות של משטרי מינון לסירוגין כאלה על מגוון רחב של פנוטיפים הקשורים לגיל ועל תוחלת החיים.

מטפורמין וביגואנידים אחרים

מטפורמין, חומר אנטי-גליקמי של ביגואניד דרך הפה, היא התרופה הנפוצה ביותר בטיפול בתסמונת מטבולית ו-T2D. מנגנון הפעולה של מטפורמין אינו מובן לחלוטין וסביר להניח שהוא רב-פקטוריאלי. דווח על הורדת רמות הגלוקוז בסרום על ידי עיכוב של קומפלקס I של שרשרת הנשימה בהפטוציטים78, וכתוצאה מכך ייצור ATP מופחת, מה שמוביל להפעלה של קינאזות LKB1 ו-AMPK, דיכוי גלוקונאוגנזה בכבד79,80. דווח כי מטפורמין מפעיל AMPK ברקמות רבות אחרות, כולל שומן, שרירי שלד, לב, תאי לבלב והיפותלמוס עם השפעות פיזיולוגיות מועילות פוטנציאליות בחולים עם T2D81,82. עם זאת, מטפורמין מפעיל גם השפעות חשובות ללא תלות ב-AMPK וב-LKB183, למשל על ידי אנטגוניזציה של הפעולה של גלוקגון84. לאחרונה נחשף מנגנון נוסף שאינו תלוי AMPK עבור מטפורמין. מחקר של Madiraju et al. הראה כי מטפורמין מעכב באופן לא תחרותי את האנזים המעבורת חיזור מיטוכונדריאלי glycerophosphate dehydrogenase, מגביר את מצב החיזור הציטוסולי ומפחית את מצב החיזור המיטוכונדריאלי 85. זה מדכא את הגלוקוניאוגנזה בכבד על ידי הפחתת ההמרה של לקטט וגליצרול metformin ל-glucoseform לגליצרול כיום. בטיפול ב-T2D, ספרות גדולה מציעה את היעילות של מטפורמין נגדמצבים אחרים, במיוחד מחלות לב וכלי דםוסרטן78. בהקשר זה, מחקר שנערך לאחרונה הראה כי מטפורמין מפחית את התפתחות הגידול על ידי עיכוב מיטוכונדריה קומפלקס I בתאי סרטן86.

הפעלת AMPK מעוררת אריכות ימים בזבובים ותולעים 87,88. מספר מחקרים מצביעים על כך שטיפול במטפורמין יכול לשחזר כמה השפעות של DR. בהקשר זה, מספר מחקרים בחנו את ההשפעות של מטפורמין וביגואנידים אחרים על תוחלת החיים ודיווחו על מגוון תוצאות. מטפורמין וביגואנידים אחרים מאריכים את תוחלת החיים של C. elegan באופן תלוי מינון89-91. העלייה בתוחלת החיים של C. elegans על ידי מטפורמין מתווכת באמצעות עיכוב של חילוף החומרים פולאט ומתיונין חיידקיים, אשר בתורו משנה את חילוף החומרים של מתיונין בתולעת, וכתוצאה מכך מופחתת S-adenosylmethionine והעלאת רמות S-adenosylhomo cysteine89. עם זאת, מטפורמין ככל הנראה אינו מאריך אריכות ימים ב-D. melanogaster92,93. ואכן, למרות הפעלה חזקה של AMPK, מינונים גבוהים של מטפורמין למעשה מקטינים את תוחלת החיים של זבובים זכרים ונקבות כאחד93, אולי בגלל הפרעה בהומאוסטזיס של נוזל המעי93. עם זאת, טיפול במטפורמין דיכא פנוטיפים הקשורים לגיל בתאי גזע באמצע המעי94 וגם הפעיל השפעות מועילות במודל של השמנת זבובים95. מחקר שנערך לאחרונה הראה שטיפול במטפורמין גורם להארכה משמעותית בתוחלת החיים הממוצעת והמקסימלית בשני המינים של הצרצר Acheta domesticus96. בוצעו מספר מחקרים במכרסמים כדי לבדוק את ההשפעות של מטפורמין וביגואנידים אחרים על תוחלת החיים; התוצאות השתנו בהתאם לגנוטיפ, מין ומינון ומשך הטיפול97. טיפול כרוני עם מטפורמין (100 מ"ג/ק"ג במי השתייה) הגביר את תוחלת החיים הממוצעת של עכברי נקבות HER-2/נואו-טרנסגניים, שמקורם ב-SHR, ועכברי 129/Sv, הסובלים מסרטן, ב-8 אחוזים (p<0.05), 37.8% (p<0.01), and 4.4% (p<0.05), respectively98–100. Metformin treatment also extended the maximum lifespan of HER-2/neu transgenic and outbred SHR female mice by 9% and 10.3%, respectively, while no effect was observed on maximal lifespan in inbred 129/Sv female mice98–100. Conversely, treatment of inbred 129/Sv male mice with a similar dose of metformin actually reduced mean lifespan by 13.4%100. However, metformin treatment (2 mg/mL in drinking water) in a transgenic mouse model of Huntington's disease (HD) prolonged male mean lifespan by 20.1% (p=0.017), but did not affect female survival101. It has been reported that metformin treatment (100 mg/kg in the drinking water) of female outbred SHR mice initiated at 3 months of age-induced a trend towards increased mean lifespan102. Metformin treatment also postponed the onset of detectable tumors when started at young or middle ages, but not at old age102. Neonatal metformin treatment of 129/Sv mice (100 mg/kg via subcutaneous injection) led to a 20% (p<0.001) increase in male mean lifespan and also slightly increased maximum lifespan by 3.5%103. However, in females, the mean and maximum lifespan in metformin-treated groups were decreased by 9.1% and 3.8%, respectively103. In a recent study by MartinMontalvo et al., male C57BL/6 mice supplemented with 0.1% metformin in the diet showed a 5.8% increase in mean lifespan (p=0.02, Gehan–Breslow survival test), whereas supplementation with 1% metformin was toxic and reduced mean lifespan by 14.4%104. However, supplementation of B6C3F1 male mice with 0.1% metformin resulted in the extension of mean lifespan only by 4.2% (p=0.064, Gehan–Breslow)104. Treatment with another biguanide, phenformin (2 mg/mouse in 0.2 mL of drinking water), significantly reduced spontaneous tumor development in female C3H/Sn mice and prolonged mean lifespan by 21% or more (p<0.05)105,106 and maximum lifespan by 26%105. Evaluation of the lifespan effects of metformin in mice by the ITP consortium is ongoing, and the results should be available soon.

בחולדות, טיפול בבופורמין (5 מ"ג/חולדה ב-1 מ"ל מי שתייה) הוביל לעלייה לא מובהקת של 7.3 אחוז בתוחלת החיים הממוצעת של חיות LIO נקבות, בעוד שלפנפורמין (5 מ"ג/חולדה ב-1 מ"ל מי שתייה) לא היה אפקט105. עם זאת, מתן של בופורמין וגם של פנפורמין העלה את תוחלת החיים המקסימלית של חולדות LIO נקבות ב-5.5% ו-9.8%, בהתאמה105. טיפול במטפורמין (300 מ"ג/ק"ג/יום) לא העלה את תוחלת החיים הממוצעת או המקסימלית של חולדות F344 זכריות107. עם זאת, באותו דוח, קבוצה מקבילה של חולדות F344 זכרים שנחשפו ל-DR גם לא הצליחה להציג הארכת תוחלת חיים107, מה שהותיר את תוצאות המטפורמין במחקר זה מעט לא חד משמעיות. מבחינה מכאנית, טיפול במטפורמין הוצע כדי לחקות כמה השפעות של DR, במיוחד על ידי הגברת פעילות AMPK וגם הפעלת תגובות נוגדי חמצון, מה שמוביל להפחתה הן בהצטברות נזקי חמצון והן בדלקת כרונית104.

למרות שאף מחקר לא ניתח רשמית את ההשפעות של טיפול ארוך טווח במטפורמין על תוחלת החיים בבני אדם בריאים, ניסויים קליניים אקראיים של מטפורמין הראו השפעות מועילות על בריאות והישרדות בחולים הסובלים מעודף משקל/השמנת יתר עם T2D, כפי שהוכח על ידי ירידה בשכיחות של מחלות לב וכלי דם וסרטן והפחתת התמותה הכללית108-110. עם זאת, בשילוב עם סולפונילאוריאה, מטפורמין העלה את הסיכון למוות הקשור לסוכרת ולתמותה מכל הסיבות בקבוצה מעורבת של אנשים שאינם בעלי עודף משקל ובעלי עודף משקל/שמנת יתר עם T2D78,108. בהתאם לתצפיות אלו, מחקר שנערך לאחרונה על ידי Bannister et al. דיווחו כי מטופלים עם T2D שטופלו במטפורמין הציגו הישרדות משופרת בהשוואה לקבוצת ביקורת תואמת ללא סוכרת, בעוד שאלו שטופלו בסולפונילאוריאה הראו הישרדות מופחתת111.

בהתחשב בנתוני המכרסמים המבטיחים יחסית, הרמזים לכך שמטפורמין עשוי לדכא סרטן ומצבים אחרים הקשורים לגיל בבני אדם, ופרופיל הבטיחות השפיר יחסית של מטפורמין, קיים עניין רב כיום בבדיקה רשמית של יכולתה של תרופה זו לעכב את המחלה הקשורה לגיל. בבני אדם112. ואכן, מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) אישר לאחרונה מחקר שנקרא Targeting Aging With Metformin (TAME) להערכת מטפורמין כתרופה אנטי-אייג'ינג. בפרויקט TAME ישתתפו כ-3,000 משתתפים בגילאי 70 עד 80 שנה שכבר סובלים מאחד, שניים או כל שלושת המצבים: סרטן, מחלות לב או ליקוי קוגניטיבי או שנמצאים בסיכון לפתח אותם. הניסוי יתקיים בכ-15 מרכזים ברחבי ארצות הברית במשך 5-7 שנים, בעלות של כ-50 מיליון דולר113. מטרת המחקר היא לקבוע האם מטפורמין יכול למנוע הופעת מחלה הקשורה לגיל. ניסוי זה ייצג את הבדיקה הראשונה של תרכובת אנטי-אייג'ינג מועמדת בבני אדם.

רזברטרול ותרכובות אחרות המפעילות סירטואין

הסירטואינים הם משפחה של דהאצטילאזות/ADP ריבוסילטרנספראזות/דאצטילאזות תלויות ב-NAD פלוס המעורבים בוויסות תגובות תזונתיות והיבטים רבים אחרים של ביולוגיה של התא8. ביטוי יתר של Sir2, החבר המייסד של משפחת הסירטואין, מאריך את תוחלת החיים השכפול בשמרים הניצנים Saccharomyces cerevisiae על ידי דיכוי הצטברות של פלסמידים חוץ-כרומוזומליים של rDNA, מקדם הפרדה של פרוטאום לא פגום לתא הבת, אכיפת מנגנונים תת-טלומריים, ואולי גם השתקה תת-טלומרית,114 115. כמה חוקרים, אם כי לא כולם, מצאו שביטוי יתר של סירטואינים בתולעים ובזבובים מגדיל באופן צנוע את תוחלת החיים באורגניזמים אלה116-123. מעניין שההומולוג Sir2 Sir-2.1 יכול להאריך את תוחלת החיים של C. elegan באופן בלתי תלוי בפעילות ה-deacetylase שלו116. ואכן, ניקוטינאמיד (NAM), תוצר של פעילות סירטוין, והמטבוליט שלו, 1-מתיל ניקוטינמיד (MNA), מסוגלים להאריך את תוחלת החיים של תולעים, אולי על ידי גרימת איתות ROS חולף116. ביונקים, SIRT1 הוא ההומולוג Sir2 הקרוב ביותר; ביטוי יתר של חלבון זה במוח (אך לא בכל האורגניזם) מאריך את תוחלת החיים124, כנראה על ידי שיפור התפקוד ההיפותלמוס במהלך ההזדקנות125. ביטוי יתר עולמי של סירטואין אחר, SIRT6, מאריך את תוחלת החיים של העכבר בזכרים באופן ספציפי, לפחות בחלקו באמצעות דיכוי של סרטן ריאות, גורם מוות מרכזי אצל זכרים מקבוצת העכברים בשימוש126,127. ביטוי יתר של SIRT2 מייצב רמות של חלבון המחסום המיטוטי BubR1 בעכברי פרוגרואיד BubR1H/H ומאריך את תוחלת החיים החציונית והמקסימלית בעכברים זכרים של זן זה128. אין מידע זמין לגבי ההשפעות הפוטנציאליות של ביטוי יתר כרוני של SIRT2 בחיות WT. עדויות מצטברות מצביעות על כך שרמות ה-NAD פלוס עשויות לרדת במהלך ההזדקנות, ולפגוע בפעילות ה-sirtuin, וכי היכולת של ביטוי יתר של sirtuin להגדיל את תוחלת החיים מנוגדת חלקית להשפעה זו על-ידי שמירה על תפקוד ה-sirtuin מול מאגר NAD plus מופחת באורגניזמים מבוגרים129.

רזברטרול ופוליפנולים מסוימים אחרים זוהו במקור כמפעילי Sir2/SIRT1 שהאריכו את תוחלת החיים הממוצעת והמקסימלית של שמרים130. חשוב לציין כי רזברטרול היא תרופה מופקרת ביותר ומפעילה השפעות חשובות מבחינה תפקודית על מטרות סלולריות רבות131. טיפול בתולעים וזבובים עם res veratrol (במינון של 100 מיקרומטר בתולעים ו-10-100 מיקרומטר בזבובים) דווח גם כמאריך את תוחלת החיים, תלוי בנוכחות של Sir-2.1 ו-dSir2 פונקציונליים, בהתאמה132. עם זאת, מחקר של Bass et al. טען שלטיפול ברזברטרול (1-1000 מיקרומטר) לא היו השפעות משמעותיות על תוחלת החיים של תסיסנית133. אותו מחקר דיווח גם שטיפול ברזברטרול ב-100 מיקרומטר גרם רק לעלייה קלה וספוראדית בתוחלת החיים של C. elegans הן בבעלי חיים WT והן בסר-2.1 מוטנטים, מה שמצביע על כך שהעליות הקטנות הללו בתוחלת החיים של C. elegans שנגרמו על ידי רזברטרול עשוי להיות Sir-2.1 independent133. רזברטרול מגן על תולעים מלחץ חמצוני, נזק שנגרם מקרינה ורעילות עמילואיד134-136 וגם משרה הגנת רדיו בזבובים137. טיפול ברזברטרול מגדיל את תוחלת החיים הממוצעת והמקסימלית בדבורת הדבש138 ובדגים קצרי החיים Nothobranchius furzeri ו-Nothobranchius guentheri139–141.

דווח כי רזברטרול ותרכובות אחרות המפעילות סירטואין (STACs) מפעילות את Sir2/SIRT1 באופן אלוסטרי130. עם זאת, קבוצות אחרות מצאו שתרכובות אלו לא הצליחו לשפר את פעילות SIRT1 כלפי פפטידים מקוריים במבחנה 142,143. בהקשר זה, הוצע כי פעילות מוגברת של SIRT1 הנגרמת על ידי רסברטרול תלויה בנוכחות של פלואורופור לא מקורי המצומד לרצף הפפטידים ששימש במקור בהקרנה של מפעילי SIRT1142,143. דיווחים אחרונים, לעומת זאת, הראו ש-resveratrol ו-STACs אחרים נקשרים ישירות ל-SIRT1 ומשפרים באופן אלוסטרי את פעילות ה-deacetylase שלו כלפי מצעי פפטידים שאינם מתויגים144,145. כמו כן, דווח כי רזברטרול מעכב את הפעילות הקטליטית של סינתטאז טירוסיל טרנספר-RNA (tRNA) אנושי (TyrRS), וכתוצאה מכך טרנסלוקציה גרעינית שלו וגירוי של הפעלה תלוית NAD פלוס של פולי (ADP-ribose) פולימראז 1 (PARP1)146 . PARP1 ממלא תפקידים חשובים גם בתיקון DNA וגם בתעתיק147.

בעכברים, רזברטרול מגן מפני כמה השפעות מזיקות של דיאטות עתירות שומן/קלוריות 148-151, מפחית באופן משמעותי את הצמיחה וההתפתחות של סוגים מרובים של סרטן 152-154, ומעכב או מונע את הופעת AD155,156. יתרה מכך, במכרסמים ובני אדם, רזברטרול מגן הן מפני סוכרת מסוג 1 והן מפני T2D157,158 ומחלות לב וכלי דם159 ובעל פעילות אנטי-דלקתית160 ואנטי-ויראלית161. תוסף רזברטרול (בין אם ב-0.016-0.1 אחוז מהתזונה או 25 מ"ג/ק"ג ליום) דווח כמגדיל את תוחלת החיים במודלים של עכברים של השמנת יתר148, AD162, HD163 וטרשת צדדית אמיוטרופית164,165. טיפול ברזברטרול (2-8 מ"ג/ק"ג/יום) מגדיל את תוחלת החיים של עכברים שטופלו ב-LPS166 ומחליש תמותה כתוצאה מקטכולמין בחולדות שמנות (20 מ"ג/ק"ג/יום)167. יתר על כן, רזברטרול (10 מ"ג/מ"ל, הזרקה תוך-צפקית) מאריך את ההישרדות במודל עכבר של פגיעה כלייתית חריפה הנגרמת על ידי אלח דם ומשקם את המיקרו-סירקולציה הכלייתית168. מתן רזברטרול (18 מ"ג/ק"ג/יום בתזונה) גם משפר את ההישרדות במודל של יתר לחץ דם בחולדות169. עם זאת, חשוב לציין שטיפול ברזברטרול (100-1200 מ"ג/ק"ג מזון) אינו מגדיל את תוחלת החיים בעכברים רגילים שניזונים ממזון 50,170,171. תוספת רזברטרול גורמת לשינויי ביטוי גנים במספר רקמות הדומות לאלו הקשורות להגבלת קלוריות בעכברים171,172

בבני אדם, תוספת של 30-יום רזברטרול (150 מ"ג ליום) בגברים שמנים גרמה לשינויים מטבוליים, כולל הפחתת קצב חילוף החומרים בשינה ובמנוחה, תכולת שומנים תוך-כבדית, רמות גלוקוז במחזוריות, סמנים דלקתיים ולחץ דם סיסטולי173. שרירי השלד מחפצים שטופלו ברזברטרול הראו פעילות מוגברת של AMPK, עלייה ברמות החלבון SIRT1 ו-PGC-1 ושיפור נשימה מיטוכונדריאלית של חומצות שומן173. לעומת זאת, תוספת של 12 שבועות עם רזברטרול (75 מ"ג ליום) בנשים לאחר גיל המעבר ללא השמנת יתר עם סבילות תקינה לגלוקוז לא גרמה לשינוי ניכר בהרכב הגוף, רגישות לאינסולין, קצב חילוף החומרים במנוחה, שומנים בפלזמה או סמנים דלקתיים174. יתרה מכך, לתוספת רזברטרול לא הייתה השפעה על המטרות המולקולריות המשוערות שלו, כולל AMPK, SIRT1, NAMPT ו-PPARGC1A, בשריר השלד או ברקמת השומן174.

מחקר חשוב שנערך לאחרונה על ידי Cai et al. הדגימה תגובה במינון לא ליניארי להשפעות המגן של רזברטרול בבני אדם ועכברים175. כאשר ניתן יחד עם דיאטה עתירת שומן (HFD), רזברטרול במינון נמוך (~0.{{10}}7 מ"ג/ק"ג/יום) נראה יעיל יותר מאשר גבוה מינון (14 מ"ג/ק"ג/יום) בהפחתת מספר אדנומה והפחתת עומס הגידול הכולל בעכברי Apcmin, מודל של קרצינוגנזה במעיים. באופן מעניין, עכברים נקבות במינון נמוך יותר של רזברטרול הפגינו ביטוי והפעלה גבוהים משמעותית של AMPK ברירית המעי מאשר אלה בקבוצת המינון הגבוה175. באופן עקבי, רקמות המעי הגס אנושיות שנחשפו לריכוזים תזונתיים נמוכים (0.01 עד 0.1 מיקרומטר) של רזברטרול ex vivo הציגו הפעלה מהירה של AMPK ואוטופגיה מוגברת בריכוזים נמוכים והשפעה פחות בולטת או אפילו ללא השפעה במינונים גבוהים יותר (1 עד 10 מיקרומטר)175. השפעה יוצאת דופן זו עשויה לסייע ברציונליזציה של הדיווחים הסותרים על יעילותו של רזברטרול בבני אדם, ומחקרים עתידיים בבני אדם המשתמשים ברזברטרול חייבים להיות מתוכננים תוך תשומת לב קפדנית למינון ולרמות הסרום ולהערכה יסודית של ההשפעות על המטרות המולקולריות המשוערות של רזברטרול.

STACs אחרים סונתזו ודווחו כמשפרים את תוחלת הבריאות ומאריכים את תוחלת החיים בעכברים. ה-STAC SRT1720 (100 מ"ג/ק"ג/יום) דווח כמאריך את תוחלת החיים הממוצעת של עכברי זכר C57BL/6J בוגרים שניזונו מתזונה סטנדרטית ב-8.8 אחוזים (p=0.096), ועד 21.7 אחוזים ( p=0.0193) על HFD, מבלי להגדיל את תוחלת החיים המקסימלית באף אחד מהקשרים176,177. טיפול SRT1720 שיפר את הפרמטרים הפיזיולוגיים בבעלי חיים שניזונו עם HFD, הפחתת סטאטוזיס בכבד, הגברת רגישות לאינסולין, הגברת פעילות תנועתית, וגם גרמה לפרופיל ביטוי גנים דומה לזה הקשור לתזונה סטנדרטית176. תוספת SRT1720 עיכבה ביטוי גנים פרו-דלקתי בכבד ובשריר של עכברים שניזונו בדיאטה סטנדרטית ועיכבה את תחילתה של מחלה מטבולית הקשורה לגיל177. באופן דומה, תוספת תזונתית (100 מ"ג/ק"ג) עם SRT2104, STAC סינתטי נוסף, העלתה הן את תוחלת החיים הממוצעת והן המקסימלית של עכברי C57BL/6J זכרים שניזונו מדיאטת צ'או ב-9.7 אחוזים (p<0.05) and 4.9% (p<0.001), respectively, and increased insulin sensitivity and motor coordination while reducing inflammation178. Short-term treatment with SRT2104 preserves bone and muscle mass in an experimental atrophy model178. These findings indicate that resveratrol and other STACs can exert beneficial effects on health, particularly in the context of HFD, and that some STACs can modestly extend lifespan under normal feeding conditions; however, additional studies are warranted to better evaluate their effects on longevity in females and other strains of mice. In this regard, there is great current interest in evaluating the effects of NAD+ precursors as therapies for metabolic disease and candidate anti-aging drugs129.