ГЛАВА II.10 “Митовитаны” — вещества или воздействия, мешающие реализации программ, контрпродуктивных для организма
Мы привыкли считать, что лекарственные препараты при правильной дозировке и правильном способе применения помогают организму в его борьбе с болезнью. Так, антибиотик убивает патогенные бактерии, т. е. сотрудничает с организмом, который пытается сделать то же самое.
В то же время, воздействия, блокирующие такую контрпродуктивную для организма программу как феноптоз, мешают организму реализовывать эту программу. Если речь идет о старении или внезапной смерти после кризиса, то организм сам организует свою смертельную болезнь. Антибиотики несут гибель микробам и тем самым спасают от смерти макроорганизм. Блокаторы феноптоза тоже спасают от смерти макроорганизм, но не ценой гибели других живых существ, а путем отмены программы самоликвидации, заложенной в геноме макроорганизма. Чтобы подчеркнуть это принципиальное различие, мы предлагаем термин “митовитан” для названия веществ или воздействий, помогающих сохранить жизнь, затормозив феноптоз[40].
На сегодня, как мы убедились выше, ассортимент митовитанов невелик: это соединения типа SkQ, адресная доставка внутрь митохондрий фермента каталазы, ограничение питания и серьезная мышечная нагрузка, причем в последних двух случаях молекулярный механизм антифеноптозного эффекта остается гипотетическим.
Четыре воздействия, перечисленные выше, неодинаковы в смысле перспективы их применения в медицинской практике. Официально Минздравом разрешен к применению на людях только SkQ1, да и то пока что исключительно как глазные капли при одном-единственном старческом недуге — синдроме «сухого глаза» (см. раздел II.7.1). Что касается ограничения питания, то здесь имеются две научные публикации по одному и тому же опыту на людях в Аргентине, проведенному более полувека тому назад (см. раздел II.7.4). Два других митовитана исследованы только на мышах, хотя благоприятное влияние физической нагрузки на престарелых давно известно гериатрам и рекомендуется для улучшения здоровья. Беда только в том, что остаётся открытым вопрос, насколько тяжелой и продолжительной должна быть эта нагрузка. В обоих исследованиях, сделанных на мышах, нагрузка была достаточно серьезной. Более легкие варианты пока не изучались. Использование адресной доставки каталазы в митохондрии на сегодня вообще нереально применить к человеку, поскольку здесь речь идет об изменении генома организма на ранней стадии его эмбрионального развития (раздел II.6.5).
Несколько слов о перспективах применения группы веществ типа SkQ как геропротекторов локального (глазные капли) и общего (таблетки) действия. В нашем «мегапроекте» уже завершаются клинические исследования визомитина (глазных капель, содержащих 250 нМ раствор SkQ1) как средства для лечения старческих заболеваний, иных, чем синдром сухого глаза, а именно катаракты и глаукомы. Планируются клинические исследования по макулодистрофии и увеиту. Создана стабильная форма SkQ1, пригодная для применения per os. Запрошено разрешение Минздрава на ее клинические испытания.
Наряду с опытами с SkQ1 продолжается разработка других вариантов проникающих катионов типа Sk+. Перспективным здесь представляется, прежде всего, SkQR1, содержащий родамин-19 в качестве ионизованной (катионной) группы. Это вещество, как уже упоминали выше, служит не только гасителем свободнорадикальных производных липидов, но и «мягким разобщителем» окислительного фосфорилирования (SkQR1, в отличие от SkQ1, не требует присутствия жирных кислот для проявления этого типа антиоксидантной активности) [4]. Кроме того, SkQR1 имеет более высокую (по сравнению с SkQ1) способность проникать через мембраны. Указанные обстоятельства могли бы объяснить более яркое терапевтическое воздействие SkQR1, наблюдавшееся в случае некоторых патологий почек и мозга, которое мы пытались лечить как SkQ1, так и SkQR1. Отдельный интерес представляет C12R1, аналог SkQR1 без пластохинона (см. выше, рисунок II.7.2.1), способный, как и SkQR1, к «мягкому» разобщению, но лишенный такого недостатка, как прооксидантное действие его высоких концентраций, обусловленное хиноновым остатком. Интересен также SkQ3 (метилированное производное SkQ1), отличающееся от SkQ1 более низкой антиоксидантной активностью, но гораздо большей стабильностью. Открытое (пятое) положение хинонового кольца в SkQ1 обусловливает способность SkQ1 реагировать с группами — SH и — NH2, что, во-первых, уменьшает время жизни SkQ1 в клетке, а во-вторых, делает SkQ1 потенциальным ингибитором многих ферментов, содержащих эти группы в своих активных центрах. К счастью, действующие концентрации SkQ1 столь низки, что количество молекул SkQ1, попавших в организм при лечении, оказывается несоразмерно малым по сравнению с количеством групп — SH и — NH2 в белках. Что касается малого времени жизни SkQ1, то в одних случаях это недостаток (если все хорошо и SkQ1 не дает нежелательных побочных эффектов), но в других случаях может оказаться весьма желательным (если такие эффекты все-таки обнаружатся). SkQ1 — новое для химиков вещество, и небывалое для врачей лечебное средство — ингибитор феноптоза. Поэтому хотя бы на первых порах, пока мы многократно не убедимся в безвредности SkQ1 для человека, его быстрый распад в организме представляется скорее желательным свойством. Ведь ДДТ исключили из практического использования прежде всего потому, что этот агент, накапливаясь в биомембранах, остается там навсегда, будучи чрезвычайно стабильным соединением.
В качестве будущих кандидатов на митовитаны можно рассматривать воздействие, замедляющее ход «больших биологических часов» (см. раздел II.6.6.1), но для этого надо сначала узнать, что представляют собой эти часы.
Другой кандидат — гипотетический ювенильный гормон, концентрация которого падает с возрастом, разрешая митохондриям постепенно повышать уровень своих АФК. Одним из кандидатов здесь может быть мелатонин (см. раздел II.6.6.2). И вполне может статься, что когда-нибудь старение будут лечить именно мелатонином. Большим сторонником этой идеи является знаменитый итальянский геронтолог В. Пьерпаоли [262]. Однако в этом случае надо получить прямые свидетельства того, что старение действительно связано с возрастным падением уровня мелатонина. Кроме того, следует помнить, что в данном случае мы пытаемся искусственно навязать организму отмену программы, записанной в его генах. Не исключено, что организм страхует себя от несвоевременной (с точки зрения реализации этой программы) стабилизации уровня мелатонина, и введение гормона вызовет контрмеры, которые примет организм, пытаясь все же выполнить программу старения. Такой контрмерой может стать активация ферментативного расщепления мелатонина в клетках организма. Огромным преимуществом SkQ1 по сравнению с гормоном или любым природным регулятором служит то обстоятельство, что это — чужеродное соединение, не прибегающее к помощи каких-либо биологических систем на пути к своему адресу — внутренней мембране митохондрий. Накопление SkQ1 в месте назначения есть следствие чисто физических обстоятельств: наличия ?? на внутренней митохондриальной мембране («минус» внутри органеллы) и очень высокого сродства SkQ1 к мембране. Пока митохондрия жива, на ее мембране существует ??, генерируемая дыханием или Н+-АТФ-синтазой. Исчезновение этой ?? есть сигнал к митофагии, т. е. поглощению митохондрии аутофагосомой с дальнейшей ее деградацией [237].
Специальные опыты показали, что в тех очень малых концентрациях SkQ1, которые используются для терапии, это соединение не индуцирует синтез цитохрома Р450 в микросомах печени, чем отличается от ?-токоферола (витамина Е) [429]. Последний, будучи также как и SkQ1 антиоксидантом, содержащим хинон, но не имеющим положительного заряда и потому неспособным накапливаться в митохондриях под действием ??, вводится в организм в гораздо больших, чем SkQ1, количествах для достижения измеримого эффекта. Эти количества, как показали наши опыты, индуцируют синтез цитохрома Р450 [408], превращающего избыток ?-токоферола в канцерогенные продукты.
Итак, из четырех известных на сегодня способов замедлить старение организма применение SkQ1 имеет пока что очевидные преимущества. Это не означает, однако, что с SkQ1 уже все ясно. SkQ1 — новое вещество, биологические и даже химические свойства которого изучены еще далеко не полностью. Опыты на животных, проведенные в рамках нашего «мегапроекта», не исчерпали всего разнообразия проявлений старения млекопитающих и поэтому не позволяют утверждать, что SkQ1 тормозит развитие любых таких проявлений. Более того, в некоторых случаях уже ясно, что SkQ1 эффективен в рамках лишь ограниченного периода жизни. Так, SkQ1 тормозит исчезновение тимуса, ускоренное у прогерических крыс линии OXYS по сравнению с нормой. Однако с течением времени тимус в конце концов все же резко уменьшается в размерах даже у животных, получавших SkQ1 [408,242]. Терапевтическое действие SkQ1 на уже развившиеся катаракту и ретинопатию у крыс OXYS ослаблено у очень старых крыс (двух лет и старше). На дрозофилах было обнаружено, что для продления жизни насекомых достаточно скармливать им SkQ1 в течение первой недели жизни. При этом SkQ1 был неэффективен, если дрозофилы получали препарат в течение пятой недели, но проявлял свое действие, если его добавляли в пищу, начиная с 30-го дня и далее в течение всей оставшейся жизни [343]. Возможно, что в поздних возрастах действие программы старения приводит к нарушениям контроля качества белков или других аспектов жизнедеятельности, а это, в свою очередь, имеет следствием накопление ошибок, которые уже не могут купироваться последующим введением SkQ (см. выше, раздел II.6.3).
Большую роль в действии SkQ1 на такой параметр, как продление жизни, играет линия подопытных животных. Как показали опыты, проведенные на мышах в стерильном виварии, где действие SkQ1 на старение иммунной системы оказалось несущественным для выживания из-за отсутствия инфекций, SkQ 1 не влиял на продолжительность жизни самок аутбредных мышей SHR и инбредных мышей BALB/с и, но увеличивал продолжительность жизни самцов инбредных линий. Сказанное не означает, что самки мышей в стерильном виварии вообще не подвержены геропротекторному действию SkQ 1. В этом виварии наш препарат резко увеличивал период жизни, когда у самок наблюдались регулярные эстральные циклы, и тормозил развитие такого старческого изменения, как увеличение массы сердца [2]. Еще одна инбредная линия мышей, 129/sv, имела в контроле б0льшую продолжительность жизни, чем мыши других линий и аутбредные мыши, причем у самок регулярные эстральные циклы сохранялись практически до самой смерти, как если бы они получали SkQ1. По-видимому, программа старения у этой линии заторможена даже без введения искусственного антиоксиданта.
Вообще линии инбредных животных обычно отягощены грузом мутаций, которые не компенсируются половым размножением из-за генетической близости половых партнеров. Все они — результат длительной череды «внутрисемейных браков», что отрицательно сказывается на фенотипе. Это может создавать трудности при попытках удачно повторить опыт на другой линии организмов того же вида, особенно если речь идет о такой в общем-то необязательной функции, как запрограммированное старение индивида. Не случайно, в частности, что попытки продлить жизнь мышей таким воздействием, как ограничение питания, дают не всегда одинаковый (а иногда и просто курьезный) результат. Например, Ч.-Ю. Лиао и соавторы (США) [188] сравнили продолжительность жизни инбредных мышей 41 различной линии. В каждой линии было изучено 20 животных: по 5 самцов и самок, евших вдоволь либо ограниченных в питании на 40 %. Мышей содержали по пять животных в одной клетке. Как показал опыт, длившийся более трех лет, ограничение питания увеличивало продолжительность жизни у 21 % линий мышей в случае самок и у 5 % линий в случае самцов. У 26 % линий (самки) и 27 % линий (самцы) происходило уменьшение продолжительности жизни, а в остальных линиях, которых было большинство, ни у самок, ни у самцов достоверного эффекта ограничение питания не вызывало. Подобный результат вряд ли может быть отнесен к неожиданным. По мнению нашего известного зоолога
С.П. Маслова, мышей (особенно самцов) нельзя держать такими малыми группами как 5 животных в одной клетке. В такой небольшой компании достаточно оказаться одному скандалисту, и он отравит жизнь всем остальным: соседи будут жить меньше из-за постоянного стресса. Этот эффект приведет к резкому увеличению разброса данных по величинам продолжительности жизни. Особенно плохо дело с мышами, которые недоедают и поэтому находятся в состоянии постоянного беспокойства, обостряющего социальные конфликты с «сокамерниками».
Гораздо более убедительной представляется работа А. Туртурро и сотрудников [364], где грызунов держали каждого в своей клетке, а выборка составляла в каждом варианте не пять, а несколько сот животных (всего в опытах участвовало более 60 тыс. мышей и крыс).
Правда, было изучено всего 4 линии мышей и 3 линии крыс. Во всех случаях ограничение питания на 40 % достоверно продлевало жизнь животных, хотя степень этого эффекта зависела от пола грызунов.
Наименьшее влияние ограничение питания оказало на линию мышей DBA/2. Исследования других лабораторий [94,92,336,128] показали, что мыши DBA/2 отличаются более высокой скоростью поглощения кислорода организмом и меньшей эффективностью его использования.
По-видимому, здесь имеет место частичное разобщение дыхания и фосфорилирования, что потенциально может снизить генерацию АФК митохондриями (см. выше, раздел II.6). При этом оказалось, что ограничение питания снижает уровень глюкозы в крови мышей C57BL/6 (продолжительность жизни которых повышается ограничением питания) и увеличивает этот уровень у мышей DBA/2 [128]. По данным Кс. Д. Ли и др. [186], ограничение питания резко снижает степень модификации белков продуктами перекисного окисления липидов в скелетных мышцах старых мышей линии C57BL/6, но не DBA/2. При этом в печени такое же изменение диеты оказалось эффективно у обеих линий.
Возвращаясь к SkQ1 как геропротектору, мы можем констатировать, что он особенно сильно повышает медианную продолжительность жизни (возраст, когда умирает 50 % подопытного контингента) при ведении опыта на аутбредных мышах в условиях, где наблюдается высокая смертность от инфекций. Такой эффект объясняется торможением посредством SkQ1 старения иммунной системы. При этом SkQ1 можно заменить проведением опыта в стерильных условиях, если речь идет о самках. На самцах SkQ 1 вызывает некоторое увеличение продолжительности жизни также и в стерильных условиях, если используются линии мышей, иные, чем долгоживущие инбредные мыши линии 129/sv.
Как стерильность условий жизни, так и инбредность — суть искусственные обстоятельства, не применимые к человечеству. Вот почему мы использовали в своих опытах не только инбредных мышей или крыс в стерильном виварии, но и диких животных в открытом вольере или условиях, приближенных к естественным. Опыты ставили на самках хомячков Phodopus campbelli и самцах и самках слепушат Ellobius talpinus. В случае хомячков SkQ 1 повышал медианную продолжительность жизни грызунов, не влияя на ее максимальную продолжительность. На слепушатах, мелких таежных зверьках, зимующих в норах на довольно большой глубине, а летом живущих на глубине всего около 20 см, удалось наблюдать резкое повышение максимальной продолжительности жизни посредством SkQ1. Дело в том, что у этого вида животных рак встречается исключительно редко и не ограничивает продолжительность жизни животных, получавших SkQ 1 [2].
Дальнейший план наших исследований в рамках «мегапроекта» включает клинические исследования капель SkQ1 как потенциального лекарства от макулодистрофии и увеита, а также испытания SkQ1, принимаемого per os, при старческих глазных болезнях и других недугах, связанных со старением. Фактически это будет лечение старости. Как писал незабвенный Илья Ильич Мечников: «Старость наша есть болезнь, которую нужно лечить, как всякую другую» [427]. Параллельно будет продолжено исследование по оптимизации SkQ1 как митовитана. Здесь предстоит огромная работа по выбору наиболее эффективных доз SkQ 1, возможности замены SkQ 1 еще более активными катионными производными пластохинона (прежде всего — SkQR1 и SkTQ), выяснению границ применимости C12R1 и вообще спектра болезней, включая случаи внезапной смерти после кризиса, где могут помочь наши вещества. Необходимо дальнейшее исследование молекулярного механизма действия SkQ1 и возможных побочных эффектов подобного рода соединений, изучение совместного применения SkQ1 с такими митовитанами, как ограничение питания и мышечная нагрузка.
Существенно, что со временем расширяется круг лабораторий, исследующих SkQ независимо от «мегапроекта». Наши работы уже нашли подтверждение и развитие в США, Канаде, Германии, Голландии, Австрии, Автралии и на Украине [257,447,93,169,250,392].
Нельзя не отметить личные успехи ряда сотрудников «мегапроекта». В 2011 г членом-корреспондентом РАН был избран один из ключевых участников нашего предприятия, Президент Российского геронтологического общества В.Н. Анисимов из Петербурга. В 2012 г Президентом Шведской королевской академии наук стала Б. Кэннон (Стокгольм, Институт Веннер-Грен), также важнейший участник проекта. Советником проекта любезно согласился стать лауреат Нобелевской премии Г. Блобель (Нью-Йорк, Рокфелеровский университет), процитировавший Микеланджело в своем заключительном слове на международной конференции в рамках проекта (Швеция, 2008 г.): «Для человека главная опасность — не поставить перед собой великую цель и не достичь ее, а растратить всю свою жизнь на достижение целей заведомо незначительных». А в этом году мы начали сотрудничество с другим Нобелевским лауреатом, А. Чехановером, (Хайфа, Технион), первооткрывателем главного механизма контроля качества белков.
Теоретические и экспериментальные аспекты нашей работы опубликованы в ведущих международных журналах: Nature [200], Proc. Natl. Acad. USA [301,265], J. Biol. Chem. [4], J. Cell Biol. [266], Mech. Aging Dev. [309], Aging (Albany, N.Y.) [2,324,325]. Ann. N.Y. Acad. [322,331], Biochim. Biophys. Acta [328,329], J. Alzheimer’s Dis. [429,343], Curr. Drug Targ. [301], Pharm. Res. [204], PLoS ONE [312], Mitochondrion [358], Biogerontology [165], Adv. Aging Res. [112] и др.
