II.7.1 «Мегапроект» по SkQ. Как мы взялись лечить неизлечимую болезнь — синдром сухого глаза
Как было мудро замечено устами М. Шермана в главе I.7.4, хороший способ запустить проект по изучению вещества, противодействующего старению — это вылечить с его помощью одну какую-нибудь неизлечимую старческую болезнь. Синдром сухого глаза был идеальным вариантом. Это неизлечимое заболевание широко распространено (в США насчитывается почти 10 млн. пациентов; в Японии — около 25 млн. [249,363]); имеющиеся лекарства помогают лишь симптоматически, облегчая страдания, но не влияя на причину болезни. Итак, мы начали испытания нашего вещества SkQ 1 на людях, с пациентов, страдающих от “сухого глаза”[25].
Независимо от нас в Японии биолог с редкой для этой страны фамилией Субота (через одно “б”) и его коллеги из Токио опубликовали в 2010 году две работы, посвященные попытке действительно вылечить «сухой глаз». В одной из них [146] шестимесячных крыс ограничивали в пище на 35 % в течение следующих шести месяцев. Годовалые животные контрольной группы ели без ограничений. Кроме того, были изучены молодые (двухмесячные) крысы, также не ограниченные в питании. Как показали результаты опыта, за год жизни у крыс происходят большие дегенеративные изменения в слезных железах. Уменьшается количество клеток-продуцентов слезной жидкости и уровень белков в ней, увеличиваются концентрации окисленного гуанозина и оксиноненаля (продукта перекисного окисления липидов), резко нарушается структура митохондрий в клетках слезных желез. Все эти неблагоприятные эффекты значительно ослабляются (а некоторые — полностью отменяются) ограничением в питании. По-видимому, слезные железы относятся к рано стареющим органам, причем их старение обусловлено окислительным стрессом (о замедлении программы старения и снижении окислительного стресса путем ограничения питания см. ниже, раздел II.7.4).
О роли АФК в старении слезной железы говорят также результаты работы Бьянки и др. [11], показавших, что капсаицин (вещество, обусловливающее горечь перца и блокирующее комплекс I дыхательной цепи в его «ротеноновом» участке [269]), вызывает резкое подавление работы слезных желез, ведущее к кератоувеиту. Известно, что блокада цепи в этом месте повышает продукцию супероксида при окислении NADH [269].
Рис. II.7.1.1
В том же 2010 году Субота опубликовал результаты опыта, поставленного им на самом себе [363]. Дело в том, что с 1985 года сам японский исследователь страдал тяжелой формой синдрома «сухого глаза» и попытался вылечиться все тем же способом, ограничением питания, которое уже помогло животным. В 2001 году он перешел на ограниченное питание. В течение первого года никаких изменений в лучшую сторону не произошло. Но в начале второго года жизни впроголодь наметился устойчивый рост слезообразования, который продолжился и на третий год (рис. II.7.1.1).
Чтобы избавиться от болезненных явлений, Суботе приходилось капать слезозаменитель 50 раз в сутки до 2008 года, а в 2009 году — только два раза. Субота, окрыленный успехом, основал Японское общество борьбы с синдромом «сухого глаза» и заявил, что “в недалеком будущем этот тяжелый недуг будет рассматриваться как болезнь, поддающаяся лечению”. Ниже, в разделе II.7.4, мы специально рассмотрим сходство эффектов нашего SkQ1 и ограничения питания. Именно это сходство обнадеживало нас при планировании первых клинических испытаний SkQ1. Параллельно мы проверили действие SkQ1 на старение крысиных слезных желез. Результаты электронно-микроскопического исследования, проведенного у нас Л.Е. Бакеевой и В.Б. Сапруновой, показаны на рис. II.7.1.2. На этих микрофотографиях видна массовая деградация секреторных клеток у 22-месячной крысы по сравнению с 3-месячной. Деградации не наблюдается, если животное получало с пищей SkQ1[26].
А на рис. II.7.1.3 показан один из результатов клинического исследования капель SkQ1, проведенного в московском институте им. Гельмгольца на больных синдромом “сухого глаза”.
Видно, что в 60 % случаев трехнедельный курс SkQ1 привел к полному исчезновению симптомов болезни. Контрольная группа больных получала весьма популярное средство — “слеза натуральная” одной западной фирмы (если честно, то вполне искусственная смесь, содержащая вязкие полимеры) оказалось эффективным только в 20 % случаев. Характер зависимости эффекта SkQ1 от времени ясно показывает, что 60 % за три недели — не предел и можно надеяться на еще больший процент при более длительном лечении. Однако уже ясно, что SkQ1 действует куда быстрее ограничения питания в опыте, поставленном на себе Суботой (сравните рис. II.7.1.1 и II.7.1.3).
Рис. II.7.1.2
Судя по данным электронной микроскопии, в случае SkQ1, как и в случае ограничения питания, мы имеем дело с истинным лечением слезных желез, а не c попыткой заменить слезы чем-то искусственным. Последнее обстоятельство имеет важнейшее значение, т. к. слезы безусловно выполняют, помимо “смазки”, еще и множество других функций, жизненно важных для глаза.
Рис. II.7.1.3
В настоящее время мы проводим более длительные клинические исследования капель SkQ1 (“Визомитин”) в 10 клиниках России и Украины.
Начало проекта. А теперь по порядку: что же такое наш SkQ1 и откуда он взялся?
В основу проекта было положено предположение, что можно попытаться прервать программу старения, предотвратив происходящий с возрастом подъем уровня митохондриальных АФК. Подчеркнем, что речь здесь должна идти не о любых АФК, а лишь об их избытке, возникающем внутри митохондрий в процессе старения организма. Дело в том, что АФК, как уже отмечалось, не только участвуют в
реализации программы старения, но и выполняют целый ряд полезных
184
функций, таких как активация генов пролиферации; защита организма от бактерий; ликвидация клеток, зараженных вирусами, а также клеток, вставших на путь малигнизации, «бездомных» клеток, случайно покинувших свою ткань и попавших в другую и т. д.
Снизить избыточный уровень АФК внутри митохондрий, не затрагивая другие АФК, можно двумя способами, а именно: направленными в митохондрии антиоксидантами или разобщителями-протонофорами. Первые могли бы убирать АФК, уже образованные в митохондриях, а вторые — предотвращать наращивание их генерации. Но как адресовать антиоксидант или разобщитель в митохондрии?
рис. II.7.1.4
Пауль Эрлих сто лет тому назад мечтал о «магической пуле» — лекарстве, адресованном в больную ткань, а нам нужно в качестве мишени использовать не ткань, а нечто гораздо более мелкое — внутриклеточную органеллу. Здесь нам придется возвратиться к работе, выполненной одним из нас (В.П.С.) совместно с Е. А. Либерманом (рис. II.7.1.4) в конце 60-х гг. [190], а именно — к описанию проникающих ионов, впоследствии названных Дэвидом Грином «ионами Скулачёва» (Sk+ и Sk-) [107]. Заряд этих ионов, таких как, например, тетрафенилфосфоний, экранирован крупными гидрофобными остатками и сильно делокализован, что препятствует образованию «водной шубы» вокруг иона и резко повышает его способность проходить через липидный барьер биомембран [190,316,438,358]. Тогда же мы высказали предположение, что проникающие катионы могут использоваться как «молекулы-электровозы» для адресной доставки в митохондрии других соединений, лишенных положительного заряда или заряженных, но не проникающих через мембраны [434][27]. Эта мысль была использована нами для объяснения роли катионной группы карнитина в транспорте в митохондрии остатков жирных кислот [434,316], а затем М. Мерфи и Р. Смитом для конструирования антиоксидантов, адресованных в митохондрии [36,333,148,149,136,297,135,232]. В большинстве своих работ М. Мерфи использовал вещество под названием MitoQ, где в качестве антиоксиданта был выбран убихинон, а в качестве Sk+ — катион децилтрифенилфосфония.
Мы подтвердили способность микромолярных концентраций MitoQ накапливаться в митохондриях и защищать их от окислительного стресса. Однако оказалось, что даже небольшая передозировка этого вещества ведет к изменению знака эффекта: из антиоксиданта MitoQ превращается в мощный прооксидант, катализируя генерацию митохондриями перекиси водорода с рекордной скоростью [440,409]. Такие же наблюдения были сделаны и в трех других лабораториях, в том числе и в группе самого Мерфи [135,77,93]. Как тут не вспомнить Чехова: «От чего умер ваш дядя? — Он вместо 15 капель Боткина, как прописал доктор, принял 16!»
Тогда мы обратились к пластохинону — переносчику электронов, действующему вместо убихинона в фотосинтетических электронтранспорных цепях хлоропластов растений и цианобактерий. В процессе эволюции возможной причиной замены убихинона, участвующего в дыхательной цепи митохондрий, на пластохинон в хлоропластной редокс-цепи той же растительной клетки могли бы быть именно лучшие антиоксидантные свойства пластохинона по сравнению с убихиноном, описанные в химических опытах на модельных системах [166,286]. Фактически, хлоропласт, образующий кислород, всегда находится в условиях гораздо более сильного окислительного стресса по сравнению с митохондриями, поглощающими этот кислород. Пластохинон, в отличие от убихинона, имеет две метильные группы вместо метоксильных, а единственная метильная группа убихинона заменена на водород. Оказалось, что такие замены резко повышают антиоксидантную активность полученного соединения в биологических системах. Если для MitoQ концентрации, вызывающие анти- и прооксидантные эффекты, различаются менее чем вдвое (в опытах на митохондриях — соответственно 300 и 500 нМ), то для пластохинонового производного децилтрифенилфосфония, названного SkQ1, это различие возросло до 32 раз (25 и 800 нМ) [409,328] (см. ниже рис. II.7.2.1). С получением этого результата стало ясно, что в наших руках оказался уникальный по своей эффективности антиоксидант, действие которого специфически направлено на митохондрии и в малых дозах не осложнено опасностью побочного прооксидантного действия. Это наблюдение принципиального характера побудило нас организовать амбициозный «мегапроект», главной целью которого явилось создание на основе SkQ препарата, замедляющего действие гипотетической программы старения человека. С самого начала нам было совершенно ясно, что это будет очень дорогой проект. Ведь если наше новое вещество действительно тормозит программу старения, то оно должно действовать на самые разные организмы, у которых старение существует. Далее, его действие не должно ограничиваться вылечиванием какой-то одной старческой болезни — это вещество должно помогать сразу от всего их букета. Хотя целью проекта было заявлено создание средства для борьбы со старением человека, начать нужно было с доклинических испытаний множества возрастных патологий на самых разных животных, чтобы затем, в случае успеха, перейти к длительным клиническим испытаниям на людях.
За финансовой поддержкой этой громадной, долгой и рискованной работы мы решили обратиться к О.В. Дерипаске, тогда самому богатому бизнесмену в России, благо сам он — выпускник физфака МГУ, нашей Alma Mater, и член попечительского совета университета. Один из авторов книги (В.П.С.) встретился с Олегом Владимировичем в конце 2003 г и сказал ему, что замедлить старение мы попытаемся, но успех не гарантируем. Однако в любом случае «от заусенец мы, пожалуй, в конце концов, поможем». О.В. согласился нас поддержать, хотя речь шла о сумме более чем внушительной (как сказал Марк Аврелий, «каждый стоит столько, сколько стоит то, о чем он хлопочет»). Наши работы по SkQ финансировались в 2003–2005 гг. за счет гранта благотворительного фонда «Паритет» (позже «Вольное дело») О. В. Дерипаски, а с 2005 по 2008 г. — им же, но уже как инвестиционный проект, получивший у помощников олигарха, не одобрявших рискованное решение их шефа, обидное прозвище «дохлая крыса». За эти годы на исследования было потрачено около 16 млн. долларов, что сделало возможным проведение широкого круга экспериментов — от синтеза новых веществ до их испытаний in vivo на различных живых организмах. В проекте были задействованы сотрудники Института физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского и ряда факультетов МГУ, а также более 30 других исследовательских институтов в России, Швеции, Германии, Австрии, США и на Украине.
Осенью 2008 г. О.В. Дерипаска не смог дальше поддерживать никакие рискованные проекты, и в частности наш “мегапроект”, из-за разразившегося в это время экономического кризиса. В течение 7 месяцев проект, в котором к тому времени было занято на полный или частичный рабочий день около 300 человек, не имел никакого финансирования. Проблему, как всегда в подобных случаях в МГУ, решил наш ректор академик В.А. Садовничий. Он взял на себя руководство математической группой проекта и обратился за помощью к генеральному директору госкорпорации РОСНАНО А.Б. Чубайсу, который для начала представил В.П.С. своему знакомому — А.В. Чикунову, помогшему нам продержаться во время длительной процедуры рассмотрения заявки на инвестиционный проект РОСНАНО. В результате корпорация одобрила проект, и с осени 2010 г. по настоящее время мы финансируемся этой организацией на равных паях с новым, уже третьим по счету частным инвестором, решившимся вложить свои средства в нашу разработку.
