II.7.2 Результаты "мегапроекта". SkQ как геропротектор

II.7.2 Результаты "мегапроекта". SkQ как геропротектор

По существу первым нашим результатом был синтез группы совершенно новых соединений, отсутствующих в живой природе и лабораторных коллекциях химиков. Это были, прежде всего, вещества, состоящие из пластохинона и проникающих катионов Sk+. В качестве последних решено было использовать децилтрифенилфосфоний и децилродамин. В обоих случаях децильный остаток служил связкой (линкером) между пластохиноном (Q) и (Sk+). Здесь решающую роль сыграли замечательные химики-синтетики Института физикохимической биологии МГУ (Г.А. Коршунова и Н.В. Сумбатян) и Института биоорганической химии РАН (Е.С. Ефремов). Некоторые из веществ, впервые синтезированных этой командой, показаны на рис. II.7.2.1 (метод синтеза см. [409]).

Рис. II.7.2.1

Результаты исследований SkQ, проведенных нами в течении 2004–2013 годов, можно суммировать следующим образом.

1) Прежде всего, оказалось, что SkQ1 имеет низкую растворимость как в воде, так и в углеводородах, но отлично растворяется в октаноле. Коэффициент распределения SkQ1 в системе октанол/вода приближался к 10⁴, что свидетельствовало о его очень высоком сродстве к мембранным структурам (В.Н. Ташлицкий и соавт.) [287,329].

2) Опыты на плоской бислойной фосфолипидной мембране (БЛМ) показали, что катион SkQ1 отлично проникает через такую мембрану (И.И. Северина, Ю.Н. Антоненко и соавт.) [409,328] (рис. II.7.2.2).

Рис. II.7.2.2

Концентрация в другом отсеке указана на абсциссе. Данные И.И. Севериной [409].

3) В БЛМ, липосомах, мицеллах и митохондриях SkQ1 выступал как чрезвычайно активный антиоксидант (М.Ю. Высоких, Ю.Н. Антоненко) [409,328,329] (рис. II.7.2.3). Перекисное окисление липидов митохондрий, начинающееся с разрушения кардиолипина, резко тормозилось наномолярными концентрациями SkQ1 (М.Ю. Высоких) [409,328,329] (рис. II.7.2.4).

4) Энергизация митохондрий in vitro вела к накоплению в них SkQ1 (М.С. Мунтян) [409].

Рис. II.7.2.3

Рис. II.7.2.4

5) SkQ1 восстанавливался дыхательной цепью митохондрий в центре i комплекса III (подобно другим производным пластохинона [50,114]). Этот процесс блокировался ингибитором центра i антимицином А. Окисление SkQ1H2 в центре о происходит гораздо медленнее, чем восстановление SkQ1 в центре i. Это позволило нам заключить, что SkQH2 служит возобновляемым антиоксидантом, существующим в митохондриях преимущественно в своей активной (восстановленной) форме (М.Ю. Высоких и соавт.) [409,329]].

6) В наномолярных концентрациях SkQ1 проявлял антиоксидантное действие за счет пластохиноновой части, и его аналог без пластохинона (С12ТРР, см. рис. II.7.2.1) оказывался неактивным. Повышение концентрации SkQ1 приводило к появлению другого антиоксидантного эффекта, который воспроизводится также с С12ТРР, но требовал присутствия свободных жирных кислот. Было показано, что SkQ1 и С12ТРР могут служить переносчиками анионов жирных кислот, резко усиливая их разобщающее действие на митохондрии (Ф.Ф. Северин и соавт.) [301,315].

7) SkQR1 (флуоресцирующий аналог SkQ1) специфически прокрашивал все митохондрии, и только митохондрии в культурах человеческих клеток (Б.В. Черняк и соавт.) [409,328,315] (рис. II.7.2.5).

Рис. II.7.2.5

8) На тех же клеточных культурах SkQ1 являлся мощным ингибитором апоптоза, вызываемого добавкой Н₂О₂ (рис. II.7.2.6).

При этом предотвращалась также фрагментация протяженных митохондрий на мелкие шаровидные органеллы (Б.В. Черняк и соавт.) [409,328,329];

Рис. II.7.2.6

9) Добавление SkQ1 к пище или воде в течение всей жизни организма повышало продолжительность жизни гриба (подоспоры), растения (резушки), ракообразного (цериодафнии), насекомого (дрозофилы), рыбы (зубастого карпика N. furzeri), а также млекопитающих: мышей, слепушонок и хомячков (В.Н. Анисимов и соавт., Б. Кэннон, Я. Недергард и соавт., Е.А. Новиков и соавт., К.А. Роговин и соавт., В.Д. Самуилов и соавт.) [343,2,315,415]. На мышах наибольшее (двукратное) повышение медианной продолжительности жизни достигалось при содержании животных в нестерильном виварии (рис. II.7.2.7). На крысах линии OXYS, характеризующихся ускоренным старением, действие SkQ1 сопровождалось торможением характерных признаков возрастного угасания иммунной системы, таких как инволюция тимуса[28] и фолликул селезенки и снижение отношения лимфоциты/нейтрофилы в крови.

Рис. II.7.2.7

Эти эффекты позволили объяснить резкое уменьшение смертности от инфекций животных, получивших SkQ1 [328,309,343,315]. В то же время, смертность старых мышей от рака практически не менялась[29]. В результате SkQ 1 снижал смертность в нестерильном виварии на начальных и средних стадиях старения, но не на поздних его стадиях, когда рак становился преобладающей причиной смерти. В стерильном виварии действие SkQ1 на продолжительность жизни мышей было значительно меньшим.

10) Геропротекторному действию SkQ1 сопутствует торможение, прекращение и в ряде случаев обращение развития большой группы типичных признаков старения, таких как остеопороз и горбатость, поседение, облысение, потеря вибрисс, замедление заживления ран, саркопения, увеличние левого желудочка сердца, исчезновение эстральных циклов у самок и полового влечения у самцов, ослабление исследовательского рефлекса и т. д. (см ниже, табл.1). Особенно ярко проявляется действие SkQ1 на старение зрительной системы животных и человека. Здесь нами было описано торможение развития ретинопатий и их обращение посредством SkQ1. То же наблюдалось при катаракте, глаукоме, увеите[30], конъюнктивите и синдроме сухого глаза. В последнем случае были успешно проведены клинические исследования на людях и получено разрешение Минздрава России на лечение каплями SkQ 1 пациентов, страдающих этой старческой болезнью (см. выше, раздел II.7.1). В июле 2012 г. препарат «Визомитин» с 250 нМ SkQ1 в качестве действующего начала поступил в продажу в российские аптеки. На сегодня продано уже более 90 000 флаконов Визомитина [408,429,328,309,343,2,315,326,303][31].

При всем разнообразии эффектов SkQ1 на стареющих животных было бы ошибочно оценивать это соединение как панацею от всех болезней. Его действие ограничено, прежде всего, теми патологиями, которые развиваются с возрастом. Так, ничего не дала попытка лечить молодых мышей, зараженных туберкулезом (А.С. Ант, личное сообщение). В этом отношении весьма показательны опыты Н.Г. Колосовой и сотрудников в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения РАН по поведению крыс линии Вистар [429,326] (рис. II.7.2.8).

Рис. II.7.2.8

Четырнадцатимесячных животных сравнивали с трехмесячными по ряду поведенческих тестов. Наиболее яркие различия обнаружились при использовании так называемого "приподнятого крестообразного лабиринта”. На высоте около одного метра над полом укрепляли крест вроде того, что используют для установки новогодней елки. При этом два луча креста были с высокими стенками, страхующими крысу от падения, а два — без таких стенок. Подопытное животное помещали в центр этого сооружения, то есть на перекрестье четырех лучей, и регистрировали, куда оно направит свой путь. Оказалось, что молодые крысы с равной вероятностью направлялись в открытые лучи и в лучи со стенками. А вот пожилые крысы неизменно выбирали лучи со стенками и, если на момент и заглядывали в один из открытых лучей, то тотчас разворачивались и покидали опасное место. Добавление в пищу небольших количеств SkQ1 (250 нмоль/кг веса животного в день) в течение десяти недель "вылечивало" пожилых крыс и возвращало им юношескую отвагу и любзнательность: и они с равной вероятностью направлялись исследовать любой из лучей. Интересно, что у пожилых крыс вообще притуплялся исследовательский рефлекс, и даже в лучи со стенками они заходили вдвое реже, чем молодые, предпочитая оставаться в центре креста, то есть там, куда их посадили. SkQ1 снимал также и этот возрастной дефект, повышая посещаемость лучей со стенками[32]. Тест на подвижность (частота пересечения квадратов в открытом поле) показал, что этот показатель снижается у четырнадцатимесячных крыс на 25 %. SkQ1 полностью предотвращал это изменение, но не увеличивал подвижность выше уровня, наблюдавшегося у молодых.