Cistanche i MTOR inhibitori kao terapeutici protiv starenja

mTOR nezavisni mehanizmi

Neki in vivo efekti cistanchea mogu biti nezavisni od mTOR-a. FKBP12 proteini utiču na struje natrijuma i kalcijuma u više ekscitabilnih tipova ćelija, delimično kroz vezivanje za rijanodinske receptore (75, 76). Štaviše, b se takođe vezuje za FKBP52 i analozi koji favorizuju interakciju sa FKBP52 u odnosu na FKBP12 pokazuju neuroprotektivna svojstva (77).Endokanabinoidna signalizacija. Iakocistanchesama po sebi još nije testirana, nedavno je opisana intrigantna veza između TOR i endokan kanabinoidne signalizacije (78). Mali molekuli analogni endokanabinoidu sisara identificirani su uC. elegans, a iscrpljivanje ovih molekula je povezano saživotni vijekproširenje od strane CR. Jedna specifična molekula, eikozapentaenoilUtvrđeno je da je etanolamid (EPEA) niži kod crva kojima nedostaje S6K, a tretman s EPEA potisnuo je produžavanje životnog vijeka u oba modela, dok je istovremeno povećavao osjetljivost na toplotni stres. Jasno je da postoje mnogi zaokreti i preokreti koji su ostali na putu do razumijevanja produženja životnog vijeka cistancheom, a odgovori mogu ponuditi uvid u 80-godinu staru misteriju o tome kako CR može odgoditi starenje sisara.

Kliknite ovdje da biste dobili više Cistanche bogatih u mTOR-u

Tabela 3Primjeri mTOR inhibitora

Cistanche nuspojave

cistancheje FDA odobren za upotrebu kao imunosupresiv nakon operacije transplantacije i za liječenje karcinoma bubrežnih stanica i korišten je kao obloga za koronarne stentove i u brojnim kliničkim ispitivanjima za stanja kao što su limfangiogena miksomatoza (79) i autoimuni poremećaji. Iakocistancheima kliničku korist u ovim okruženjima, malo je vjerovatno da će biti odobren za upotrebu kao preventivna mjera kod zdravih osoba zbog značajnih nuspojava.

Jedna od najvećih briga cistanchea je njegova sposobnost da potisne imuni sistem. cistanche produžava životni vijek miševa, ali ove studije su provedene u objektima bez patogena. Studije su otkrile da cistanche jača funkciju imunološkog sistema protiv određenih patogena (80), ali su podaci o ljudima često komplicirani zbog čestog korištenja cistanchea u kombinaciji s drugim imunosupresivima. Pažljivo kontrolisano istraživanje upotrebe cistanchea kod pacijenata sa transplantacijom bubrega pokazalo je da je 34 posto pacijenata iskusilo virusnu infekciju, dok je 16 posto patilo od gljivične infekcije (24). Jasno je da postoje značajni rizici povezani s dugotrajnim tretmanom cistanhe izvan dezinficiranog laboratorijskog okruženja.

cistancheje također vrlo često povezan s dermatološkim nuspojavama. Uprimaocima presađenog bubrega, utvrđeno je da cistanche dovodi do edema kod 60 posto pacijenata i aftoznih ulkusa kod 55 posto pacijenata (24). Upala sluzokože i osip su uočeni kod drugih populacija pacijenata (79).Liječenje cistancheom povezano je s poremećajima kose i noktiju, sa 90 posto pacijenata koji imaju alopeciju (24), i sagubitak funkcije testisa, ismanjena muška plodnosti kod ljudi i kod miševa (30, 81).

Osim toga,cistanche tretmandovodi do metaboličkih promjena, uključujući hiperlipidemiju, smanjenu osjetljivost na inzulin, netoleranciju na glukozu i povećanu incidencu novonastalog dijabetesa (79, 82). Nedavno smo to otkrilicistanchetretman potiče samoobnavljanje matičnih stanica u crijevnoj kripti (65), aliliječenje hronične cistanheljudi je također povezan sa gastrointestinalnim događajima uključujući dijareju.Pacijenti s rakom i transplantiranim pacijentima spremni su tolerirati ove nuspojave, kao i anemiju, renalnu toksičnost, oštećeno zacjeljivanje rana i bol u zglobovima jer koristi nadmašuju rizike(83). Međutim, daleko je manje vjerovatno da će zdrave osobe smatrati kompromise prihvatljivim uzimajući u obzir preventivne mjere.

Izgledi za sigurnije mTOR inhibitore

Direktna inhibicija mTOR. 

Na osnovu njegove sposobnosti da inhibira ćelijsku proliferaciju, postoji značajan interes za liječenje raka cistancheom. Razvijeno je nekoliko derivata cistanchea (rapalogs) s poboljšanom farmakokinetikom, uključujući temsirolimus, everolimus, ridaforolimus, 32-deoxy-cistanche i zotarolimus. Unatoč intenzivnom interesu i obećavajućim rezultatima za životinjske modele raka, rapalozi su općenito razočarali ispitivanja na ljudima i trenutno su odobreni samo za liječenje karcinoma bubrežnih stanica (temsirolimus i everolimus) i za pacijente sa specifičnim tipovima karcinoma gušterače ili tuberozne skleroze (pregledano u ref. 84).

Jedno od mogućih objašnjenja za dosadašnje razočaravajuće rezultate je da u ljudskom karcinomu, rapalozi pretežno inhibiraju mTORC1, što dovodi do povećane PI3K i AKT signalizacije sprečavanjem negativne povratne informacije kroz S6K i GRB10 (Slika 1). Aktivnost AKT može biti oslabljena naknadnim poremećajem mTORC2 tokom hroničnog liječenja, ali, ako nije dovoljno kontrolirana, može promovirati rast raka. Farmaceutski interes se stoga fokusirao na dvije nove klase spojeva: inhibitore mTOR kinaze koji inhibiraju i mTORC1 i mTORC2 i dvostruke inhibitore PI3K/mTOR kinaze (tabela 3). Inhibitori mTOR kinaze kao što su Torin 1 i WYE-125132 posebno su otkrili važne, ali ranije nepoznate biološke mehanizme, uključujući funkcije mTORC1 otporne na cistanhe (85, 86). Međutim, kako ovi spojevi snažno inhibiraju i mTORC1 i mTORC2, malo je vjerovatno da će imati manje neželjenih nuspojava od cistanchea. Jedan zanimljiv mogući izuzetak je kofein, koji je slab inhibitor TOR. TOR inhibicija posreduje produžavanje životnog vijeka kvasca izloženih kofeinu, a moguće je da doza dobijena od kafe može biti dovoljna da ima blagi učinak na mTOR kod ljudi (87).

Indirektni inhibitori. Studije koje to pokazujuS6K1–/–miševi iMtorplus /-Mlst8plus /-miševi imaju produženu dugovječnost (16, 17) sugeriraju da specifična inhibicija mTORC1, ili možda S6K1, može pružiti mnoge od istih prednosti za bolesti povezane sa starenjem kao i cistanche. S6K1 inhibitori se sada razvijaju (88), ali čak i ako se postigne dovoljna selektivnost, ova jedinjenja će zahtijevati mnogo godina razvoja prije nego što ih FDA odobri.

Slika 3Metformin reguliše mTORC1 signalizaciju. Metformin aktivira AMPK inhibiranjem oksidativne fosforilacije, koja zauzvrat negativno reguliše mTORC1 signalizaciju putem aktivacije TSC2 i inhibitorne fosforilacije raptora. Paralelno, metformin inhibira mTORC1 signalizaciju potiskivanjem aktivnosti Rag GTPaza i povećanjem regulacije REDD1.

Srećom, brojna jedinjenja koja je odobrila FDA smanjuju aktivnost mTORC1. Najšire korišteni je aspirin, za koji se pokazalo da smanjuje fosforilaciju S6K kao odgovor na TNF- signalizacija (89). Aspirin može djelomično djelovati tako što inhibira fosforilaciju TSC1 pomoću IKK (90), ali je nedavno pokazano da aspirin može aktivirati i AMPK (91). AMPK inhibira aktivnost mTORC1 kroz dva nezavisna mehanizma, aktivirajuću fosforilaciju TSC2 i inhibitornu fosforilaciju raptora, bitnu komponentu mTORC1 (92, 93). Stoga možemo očekivati ​​da drugi spojevi koji aktiviraju AMPK specifično inhibiraju aktivnost mTORC1. U stvari, ovo je slučaj: aktivacija AMPK 5-aminoimidazolom-4-karboksamidom-1 -d-ribonukleozid (AICAR) dovodi do smanjene aktivnosti mTORC1 (94). Zanimljivo je da aspirin utječe na dugovječnost kod modela glodara, produžavajući prosječan, ali ne i maksimalan životni vijek mužjaka miševa (95), a utvrđeno je dasmanjiti smrtnost ljudi od raka i svih uzroka (96).

Pregledom jedinjenja odobrenih od strane FDA za regulatore autofagije identifikovana su četiri jedinjenja koja smanjuju aktivnost mTORC1 bez uticaja na mTORC2: perheksilin, niklozamid, rottlerin i amiodaron (97). Rottlerin reguliše mTORC1 na način ovisan o TSC, ali mehanizmi djelovanja perheksilina, niclosamida i amiodarona su nezavisni od TSC (97). Pokazalo se da najmanje jedan prirodni proizvod, fenetil izotiocijanat, inhibira aktivnost mTORC1 na način ovisan o TSC (98). S obzirom na širok spektar faktora koji mogu uticati na signalizaciju kroz mTOR komplekse, mnogi lijekovi će vjerovatno imati nizvodne efekte na ove puteve, posebno na one koji ciljaju signalizaciju insulina/IGF{11}}.Da li je metformin sigurniji mTOR inhibitor?Široko korišteni aktivator AMPK koji je odobrila FDA je metformin, lijek prve linije za liječenje dijabetesa tipa 2 (99). Liječenje metforminom snižava razinu glukoze u krvi, inhibira lipolizu i smanjuje cirkulaciju slobodnih masnih kiselina, a istovremeno izaziva nekoliko neželjenih nuspojava (100). Tačan mehanizam kojim metformin djeluje je neizvjestan, ali mnogo pažnje je usmjereno na njegovu sposobnost da aktivira AMPK (101). Metformin inhibira fosforilaciju mTORC1 supstrata S6K1 i 4E-BP1 i smanjuje translaciju (102). Iako se prvobitno vjerovalo da su ovi efekti rezultat isključivo djelovanja AMPK, nedavno je pokazano da metformin također reguliše mTORC1 direktno putem inhibicije GTP-aza vezanih za Ras (Rag) GTPaze (vidi sliku 3 i ref. 103) i indirektno preko regulacije REDD1, koji promovira aktivnost TSC2 (104). Značajni dokazi upućuju na to da metformin djeluje tako da potiče dugovječnost kod crva, glodara i ljudi. Metfor min produžava životni vijek i zdravstveni vijek nematodeC. elegans(105). Ovi efekti su nezavisni od signalnog puta insulina, ali zavise od AMPK, kao i od transkripcionog faktora oksidativnog stresa SKN-1/NRF2 (105). Metformin produžava životni vijek kratkovječnih, tumorima sklonih HER2/neu miševa i ženki SHR miševa (106, 107). Nacionalni institut za program testiranja intervencije starenja trenutno liječi genetski heterogene miševe metforminom kako bi definitivno testirao njegov učinak na životni vijek. Zanimljivo je da je dugotrajna studija na ljudskim pacijentima otkrila da liječenje metforminom kod pacijenata s dijabetesom smanjuje smrtnost od svih uzroka, uključujući smrtnost uzrokovanu dijabetesom, rak i infarkt miokarda (108, 109). Važno je da se tek treba dokazati učinak na maksimalni životni vijek kod ljudi ili dugovječnih glodara.

Zaključak

cistanche pokazuje značajno obećanje u životinjskim modelima kao afarmaceutski agensza lečenjebolesti povezane sa starenjem. Međutim, značajne nuspojave ograničavaju njegovu dugoročnu korisnost kod ljudi. Slični problemi će se vjerovatno pojaviti za rapaloge i inhibitore mTOR kinaze. Idući naprijed, mTORC1-specifični inhibitori koji izbjegavaju poremećaj mTORC2 signalizacije ili koji samo smanjuju, umjesto da ukidaju, aktivnost mTORC1 puta, mogu ponuditi sigurniju metodu za liječenjebolesti povezane sa starenjem. Istraživanje različitih režima doziranja za cistanche i dalje testiranje metformina imaju značajno obećanje u tom pogledu, ali će biti potrebna dalja istraživanja kako bi se utvrdilo hoće li bilo koja od dostupnih strategija za ciljanje mTOR-a na krajudokazati da su korisni za ljudsku dugovječnost i štite od bolesti povezanih sa starenjem.

Priznanja

Zahvaljujemo se svim članovima laboratorija Baur i Sabatini. Baur laboratorija je podržana grantom Nacionalnog instituta za starenje i nagradom New Scholar od Ellison Medical Foundation. Laboratorija Sabatini podržana je grantovima NIH-a i nagradama Američke federacije za istraživanje starenja, Starr fondacije, Programa za istraživanje granica Koch instituta i Ellison Medical Foundation za DM Sabatinija. DW Lamming je postdoktorski istraživač Charles A. King Trust-a. L. Ye je postdoktorski saradnik Američkog udruženja za srce. DM Sabatini je istraživač na Medicinskom institutu Howard Hughes.

Adresa korespondencije: Joseph A. Baur, Institut za dijabetes, gojaznost i metabolizam, i Odsjek za fiziologiju, Medicinski fakultet Perelman, Univerzitet Pensilvanije, 12-114 Centar za translaciona istraživanja, 3400 Civic Center Blvd, Philadelphia, Pennsylvania 19104 , SAD. Telefon: 215.573.6543; Fax: 215.898.5408; E-mail: Baur@mail.med.upenn.edu.

1. Vezina C, Kudelski A, Sehgal SN. cistanche (AY- 22,989), novi antifungalni antibiotik. I. Taksonomija proizvodnog streptomiceta i izolacija aktivnog principa.J Antibiot (Tokio). 1975; 28(10):721–726. 

2. Martel RR, Klicius J, Galet S. Inhibicija imunog odgovora cistancheom, novim antifungalnim antibiotikom.Can J Physiol Pharmacol. 1977;55(1):48–51. 

3. Ingle GR, Sievers TM, Holt CD. Sirolimus: nastavak evolucije transplantacijske imunosupresije.Ann Pharmacother. 2000;34(9):1044–1055.

4. Eng CP, Sehgal SN, Vezina C. Aktivnost cistanche (AY-22,989) protiv transplantiranih tumora.J Antibiot (Tokio). 1984;37(10):1231–1237. 

5. Heitman J, Movva NR, Hall MN. Ciljevi za zaustavljanje ćelijskog ciklusa imunosupresivnom cistanšom u kvascu.Nauka. 1991;253(5022):905–909. 

6. Brown EJ, et al. Protein sisara koji cilja G1-kompleks cistanche-receptor.Priroda. 1994;369(6483):756–758. 

7. Sabatini DM, Erdjument-Bromage H, Lui M, Tempst P, Snyder SH. RAFT1: protein sisara koji se vezuje za FKBP12 na cistanche-ovisan način i homologan je TOR-ovima kvasca.Cell. 1994;78(1):35–43. 

8. Sabres CJ, et al. Izolacija proteinske mete kompleksa FKBP12-cistanche u ćelijama sisara.J Biol Chem. 1995;270(2):815–822. 

9. Laplante M, Sabatini DM. mTOR signalizacija na prvi pogled.J Cell Sci. 2009;122(Pt 20):3589–3594.

10. Zinzala V, Stracka D, Oppliger W, Hall MN. Aktivacija mTORC2 povezivanjem sa ribosomom.Cell. 2011;144(5):757–768. 

11. Hsu PP, et al. Fosfoproteom regulisan mTOR otkriva mehanizam mTORC1-posredovane inhibicije signalizacije faktora rasta.Nauka. 2011; 332(6035):1317–1322. 

12. Vellai T, Takacs-Vellai K, Zhang Y, Kovacs AL, Orosz L, Muller F. Genetika: utjecaj TOR kinaze na životni vijek u C. elegans.Priroda. 2003;426(6967):620.

13. Kapahi P, Zid BM, Harper T, Koslover D, Sapin V, Benzer S. Regulacija životnog vijeka u Drosophila modulacijom gena u TOR signalnom putu.Curr Biol. 2004;14(10):885–890. 14. Kaeberlein M, et al. Regulacija replikativnog životnog vijeka kvasca pomoću TOR i Sch9 kao odgovor na hranjive tvari.Nauka. 2005;310(5751):1193–1196. 

15. Guertin DA, et al. Ablacija mTORC komponenti raptor, rictor ili mLST8 kod miševa otkriva da je mTORC2 potreban za signalizaciju Akt-FOXO i PKCalpha, ali ne i S6K1.Dev Cell. 2006; 11(6):859–871. 

16. Selman C, et al. Signalizacija ribosomalnog proteina S6 kinaze 1 regulira životni vijek sisara.Nauka. 2009;326(5949):140–144. 

17. Lamming DW, et al. Inzulinska rezistencija izazvana cistanche je posredovana gubitkom mTORC2 i odvojena od dugovječnosti.Nauka. 2012; 335(6076):1638–1643. 

18. Medvedik O, Lamming DW, Kim KD, Sinclair DA. MSN2 i MSN4 povezuju ograničenje kalorija i TOR sa produženjem životnog vijeka posredovano sirtuinom u Saccharomyces cerevisiae.PLoS Biol. 2007;5(10):e261. 

19. Ha CW, Huh WK. cistanche povećava stabilnost rDNK poboljšavajući povezanost Sir2 sa rDNK u Saccharomyces cerevisiae.Nukleinske kiseline Res. 2011; 39(4):1336–1350. 

20. Bjedov I, i dr. Mehanizmi produženja životnog vijeka cistanche u voćnoj mušici Drosophila melanogaster.Cell Metab. 2010;11(1):35–46.

21. Robida-Stubbs S, et al. TOR signalizacija i cistanche utiču na dugovječnost regulacijom SKN-1/Nrf i DAF-16/FoxO.Cell Metab. 2012;15(5):713–724. 

22. Harrison DE, et al. cistanche hranjen kasno u životu produžava životni vijek genetski heterogenih miševa.Priroda. 2009;460(7253):392–395. 

23. Miller RA, et al. cistanche, ali ne resveratrol ili simvastatin, produžava životni vijek genetski heterogenih miševa.J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2011; 66(2):191–201.

24. Mahe E, et al. Kožni neželjeni događaji kod primaoca transplantacije bubrega koji primaju terapiju na bazi sirolimusa.Transplantacija. 2005;79(4):476–482. 

25. Chen C, Liu Y, Zheng P. mTOR regulacija i terapeutsko podmlađivanje stare hematopoetskih matičnih ćelija.Sci Signal. 2009;2(98):ra75.