Rapamycin مضاد للشيخوخة
يستخدم العلماء في معمل بارتريدج طريقة دوائية لتأخير الشيخوخة ، باستخدام ذبابة الفاكهة ككائن حي نموذجي.
من المعروف منذ أكثر من عقدين أن الطفرة في جين واحد تكفي بشكل ملحوظ لإطالة
العمر وتحسين الصحة في الكائنات النموذجية ، مثل الخميرة والديدان والذباب والفئران.
تنتمي الجينات المعنية إلى مسارات استشعار المغذيات الخلوية ، أحدها يسمى هدف الراباميسين.
من أجل أن يستفيد البشر من هذه النتائج الوراثية ، استخدم العلماء ذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster
للتحقيق فيما إذا كانت الأدوية التي تعمل من خلال هذا المسار المستهدف من الرافاميسين يمكن أن يكون لها أيضًا آثار مفيدة على العمر ، على غرار المسوخ الوراثي.
Rapamycin - عقار اكتشف في التربة
تم تسميةRapamycin ، الذي تم فحصه ، باسم "Rapa Nui" ، الترجمة الأصلية لجزر الفصح ، حيث تم اكتشاف الدواء في عينة تربة كمستقلب بكتيري.
في الأصل ، تفرز هذه البكتيريا الراباميسين في التربة من أجل وقف نمو الفطريات التنافسية ، وامتصاص أكبر عدد ممكن من العناصر الغذائية نفسها.
التأثيرات المضادة للشيخوخة للراباميسين في الذباب
من المثير للاهتمام أن الذباب الذي يتغذى على هذا الدواء عاش لفترة أطول
، لذلك كان العلماء بحاجة إلى تحديد الآلية المحددة المسؤولة عن تأثير طول العمر.
يعزز مسار الهدف من الرافاميسين نمو الخلايا عندما تكون العناصر الغذائية وفيرة ، ولكن عندما تصبح العناصر الغذائية شحيحة (أو عندما يتم تثبيط هذا المسار بواسطة
الرافاميسين) ، ثم توقف الخلايا عن التوليف المكلف للغاية للبروتينات وبدلاً من ذلك
تبدأ في التحلل ("إعادة التدوير") جزء من أنفسهم من أجل البقاء خلال الفترة العصيبة.
تسمى عملية التدهور الذاتي الخلوي بالبلعمة الذاتية.
ومن المثير للاهتمام أن هذه الدراسة أثبتت أن البلعمة الذاتية ضرورية لتحقيق التأثيرات المفيدة للراباميسين.
يسمى بروتين آخر ضروري للتأثيرات المضادة للشيخوخة amاميسين S6K ، الفئران التي تحمل طفرة في هذا الجين تعيش لفترة أطول.
لماذا يمكن تطبيق البحث على الذباب على الثدييات
نظرًا لأن عمر الذباب قصير نسبيًا ، تمكن العلماء من الكشف عن الآلية التي يبطئ بها
الراباميسين الشيخوخة.
نظرًا لأن مسار الهدف من الرافاميسين يتم الحفاظ عليه في التطور ، فإن هذا البحث مع الذباب وثيق الصلة ويمكن تطبيقه على الثدييات. في الواقع ، رابامايسين هو أول
دواء يظهر لإطالة عمر الفئران. كما أنه يُعطى للبشر ، ليس بعد في سياق الشيخوخة ،
ولكن كمثبط للمناعة وعقار مضاد للسرطان.
الشيخوخة موضوع ذو أهمية اجتماعية واقتصادية كبيرة ، وتركز العديد من الجهود
على فهم ومعالجة عملية الشيخوخة. وفقًا لهذه الدراسة ، تعد عملية البلعمة الذاتية وبروتين
S6K أهدافًا واعدة للتدخلات الدوائية لتحسين الصحة وتأخير المرض لدى كبار السن
تركيبة دوائية ثلاثية تستهدف مكونات شبكة استشعار المغذيات تزيد من طول العمر
تتسبب زيادة متوسط العمر المتوقع في ارتفاع معدل انتشار الأمراض المرتبطة بالعمر
،
وهناك حاجة ملحة لاستراتيجيات جديدة لتحسين الصحة في كبار السن.
يمكن أن يؤدي انخفاض نشاط إشارات عامل النمو المشابه للأنسولين / الأنسولين
(IIS) والهدف الميكانيكي لشبكة إشارات المغذيات الراباميسين (mTOR) إلى إطالة العمر وتحسين الصحة أثناء الشيخوخة في الكائنات المختلفة.
ومع ذلك ، فإن ردود الفعل الواسعة في هذه الشبكة والآثار الجانبية السلبية للتثبيط تدل على أن الاستهداف المتزامن لمؤثرات محددة في الشبكة قد يحارب بشكل فعال
تأثيرات الشيخوخة. نبين أن مثبطات بروتين كيناز كيناز
(MEK) المنشط بالميتاجين ، trametinib ، و rapamycin مثبط مركب
mTOR 1 (mTORC1) ، ومثبط glycogen synthase kinase-3
(GSK-3) يعمل بشكل إضافي لزيادة طول العمر في ذبابة الفاكهة. ومن الملاحظ أن تركيبة الدواء الثلاثي زادت من العمر الافتراضي بنسبة 48٪. علاوة على ذلك ، أدى
الجمع بين الليثيوم والراباميسين إلى إلغاء تأثيرات هذا الأخير على التمثيل الغذائي للدهون. في الختام ، قد يكون النهج متعدد الأدوية الذي يجمع بين مثبطات الادوية
طويلة الأمد للعقد المحددة هو الطريقة الأكثر فعالية لاستهداف شبكة استشعار المغذيات لتحسين الصحة في وقت متأخر من الحياة
الشيخوخة هي عملية معقدة من الخلايا والأنسجة التقدمية والخلل الوظيفي التي تشارك
في مسببات الأمراض المرتبطة بالعمر (1). يمكن للتدخلات الجينية والغذائية
والصيدلانية أن تخفف من آثار الشيخوخة على حيوانات المختبر وقد تؤدي إلى علاجات ضد الأمراض المرتبطة بالعمر في البشر
.
في الكائنات التي تتراوح من اللافقاريات إلى الثدييات ، يمكن أن يقلل تقليل نشاط
الهدف الميكانيكي لاستشعار المغذيات للراباميسين
(mTOR) وشبكة إشارات عامل نمو الأنسولين / الأنسولين (IIS) من طول العمر والصحة أثناء الشيخوخة .
يمكن أن يؤدي خفض نشاط الشبكة أيضًا إلى الحماية من الأمراض المرتبطة بالنماذج الوراثية للأمراض المرتبطة بالعمر
تحتوي الشبكة على العديد من الأهداف
الدوائية ، بما في ذلك mTOR ، كيناز كيناز البروتين المنشط بالميتوجين (MEK) ، والجليكوجين سينثاز كيناز 3 (GSK-3) ا. يمكن أن يؤدي التنظيم المنخفض لنشاط mTOR بواسطة rapamycin أو GSK-3 بالليثيوم أو MEK بواسطة trametinib إلى إطالة عمر الفرد في الكائنات المختبرية بشكل فردي (5⇓⇓⇓⇓⇓-) ، وقد ثبت مؤخرًا أن التثبيط القصير لـ mTOR يزيد من استجابة المسنين للتحصين ضد الأنفلونزا . بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت أن مثبطات mTOR و MEK تقلل من الأنماط الظاهرية في الخلايا البشرية ، بينما ترتبط زيادة تركيزات مستويات الليثيوم في مياه الشرب مع انخفاض معدل الوفيات السكان. ميزة
التدخلات الدوائية هي أن توقيت وجرعة إعطاء الدواء سهلة نسبيًا لتحسينها ، ويمكن
الجمع بين الأدوية بسهولة يمكن أن تكون علاجات العقاقير المركبة أيضًا قادرة على مواجهة المقاومة من ردود الفعل وتقليل الآثار الجانبية لبعضها البعض
يستهدف كل من Rapamycin و trametinib و lithium كينازات وعوامل نسخ مختلفة لتمديد عمر ، وبالتالي تختلف آليات المستجيب الخاصة بها جزئيًا على
الأقل عن بعضها البعض. وبالتالي ، قد تكون هناك حاجة إلى تثبيط أهداف متعددة داخل
شبكة استشعار المغذيات في وقت واحد لتحسين مخرجات المستجيب والفوائد الصحية. هنا ، نقيس آثار العلاجات المركبة للراباميسين والليثيوم والترامتيميب على العمر
والسمات الأخرى ، باستخدام ذبابة الفاكهة ككائن نموذجي
نتائج ومناقشة
يرتبط علاج Ra(
pamycin ، من Caenorhabditis elegans إلى البشر ، بتغيير التمثيل الغذائي ، بما في ذلك زيادة الدهون الثلاثية والسمنة
بمفرده ، لم تغير جرعة الليثيوم الممتدة مدى الحياة مستويات الدهون الثلاثية ، ولكن العلاج المتزامن مع كل من الليثيوم والراباميسين عكس عكس اضطراب شحوم الدم
الناجم عن الراباميسين (الشكل 1 ب). للتأكد من أن هذا التغيير في مستويات الدهون
كان وثيق الصلة من الناحية الفسيولوجية ، قمنا بمعالجة (14 د) الذباب مع الليثيوم أو
الراباميسين أو تركيبة ، وتقييم بقائهم تحت المجاعة. لم يغير الليثيوم البقاء على قيد الحياة في ظل ظروف المجاعة ، بينما زاده الراباميسين (الشكل 1 ج). تمشيا مع آثاره
على مستويات الدهون ، أدى الجمع بين علاج الليثيوم والراباميسين إلى مستويات السيطرة على مقاومة المجاعة (الشكل 1 ج). وبالتالي يمكن أن يعكس الليثيوم تغيرات
تخزين التمثيل الغذائي المرتبطة بتثبيط mTOR.
يثبط الليثيوم نشاط GSK-3 لإطالة العمر الافتراضي (11) ، مما يشير إلى أن تنشيط GSK3 من المحتمل أن يقصر العمر الافتراضي ، إن وجد. يمكن أن يؤدي تثبيط IIS في مسار PI3K الكنسي إلى إطالة العمر والصحة ، ولكنه يقلل الفسفرة المثبطة لـ GSK3 بواسطة Akt (الشكل 1 أ) ، وبالتالي ينشط GSK3 (4) ، وهو تأثير جانبي ضار محتمل لـ IIS المنخفض (19). لذلك قمنا باختبار ما إذا كان يمكن أن يكون للليثيوم تأثيرات مضافة مع تثبيط وراثي لـ IIS upstream لـ Akt. كان الليثيوم قادرًا على إطالة عمر الذبابات التي تفتقر إلى الببتيدات الشبيهة بالأنسولين 2 و 3 و 5 (dilp2-3،5) (الشكل 1 د) (20). على النقيض من ذلك ، لم يكن الراباميسين أو trametinib ، اللذين لا يمنعان GSK3 ، قادرين على إطالة عمر الذباب المخفف 2-3-3 (الشكل 1 هـ و وا). وبالتالي يعكس الليثيوم تأثيرًا جانبيًا سلبيًا لتثبيط مسار IIS المتعارف عليه.
نظرًا لأن rapamycin و lithium و trametinib يطيلان العمر بآليات مستقلة جزئيًا على الأقل ، فقد بحثنا في التأثيرات على عمر تركيباتها المزدوجة والثلاثية. أنتجت مجموعات مزدوجة من الليثيوم والراباميسين والليثيوم والتراميتينيب أو الراباميسين والتراميتينيب إطالة عمر أكبر بشكل متكرر من الضوابط ، في المتوسط
30٪ ، مقارنة بكل مركب بمفرده ، مما أدى إلى إطالة العمر بمعدل 11٪ (الشكل 2 أ و B ومجموعة البيانات S1). الأهم من ذلك ، أن المزيج الثلاثي من rapamycin و trametinib و lithium عزز طول العمر إلى أبعد من المجموعات المزدوجة ، مما أدى إلى إطالة متوسط العمر بنسبة 48٪ (الشكل 2 A و B و Dataset S1). وبالتالي ، أظهر كل مركب بشكل مستقل تأثيرًا إضافيًا على العمر الافتراضي. من غير
المحتمل أن يكون التأثير الإضافي للراباميسين والترامتيبين والليثيوم على العمر بسبب التغيرات في سلوك التغذية ، لأن تكرار التغذية وتناول الطعام وتناول الدواء لم يتغير
من خلال أنظمة العلاج (الشكل 2 C و D). غالبًا ما يتم تقليل الخصوبة في التدخلات التي تعزز تمديد العمر (21) ، ويمكن أن يوفر هذا تفسيرًا محتملاً لطول العمر مع
تركيبات الأدوية. ومع ذلك ، في التركيزات المستخدمة ، فقط trametinib والتركيبات التي تحتوي على trametinib قللت بشكل كبير من الخصوبة (الشكل 2E). الأهم من ذلك ، لم يقلل تركيبة الدواء الثلاثي من وضع البيض أدناه الذي تم تحقيقه مع تركيبات مزدوجة تحتوي على trametinib ، أو علاج trametinib وحده (الشكل 2 هـ). وبالتالي ، من غير المرجح أن تفسر المقايضة بالخصوبة طول العمر الأكبر الملاحظ مع تركيبة الدواء الثلاثي
بالنظر إلى الطبيعة المعقدة لعملية الشيخوخة ، فمن غير المحتمل أن يتم تحقيق العلاج
الوقائي الأكثر فعالية من خلال مركب واحد مع هدف واحد. لقد أظهرنا أن التثبيط
المتزامن من 3 مكونات للعقد المختلفة في شبكة استشعار المغذيات باستخدام مجموعة
من الأدوية المعتمدة بالفعل للاستخدام البشري هي استراتيجية قابلة للتطبيق لزيادة
عمر الحيوان إلى أقصى حد وتقليل الآثار الجانبية. ينتج عن علاج Rapamycin مقاومة الأنسولين وخلل الدهون في المرضى والفئران (4 ، 18 ، 22) ، ويتجلى هذا
الاضطراب على أنه فرط ثلاثي غليسريد الدم في ذبابة الفاكهة (5). عكس الليثيوم هذا ومقاومة التجويع المرتبطة بعلاج رابامايسين. معًا ، تُبرز نتائجنا سبيلًا علاجيًا محتملاً
لتعزيز طول العمر ، ومركبات الإدارة المشتركة التي تعمل على العقد المختلفة لشبكة
استشعار المغذيات ، لزيادة آثارها المفيدة إلى أقصى حد مع تقليل الآثار الجانبية السلبي
الليثيوم يمنع الآثار الجانبية السلبية لتثبيط mTORC1 و IIS. (أ) رسم تخطيطي مبسط لشبكة استشعار ذبابة الفاكهة Drosophila يظهر كينازات الهدف من rapamycin ، trametinib ، والليثيوم. عكس الليثيوم فرط الشحوم الثلاثية (B) (ن = 6 نسخ طبق الأصل من 5 ذباب لكل حالة ، ANOVA أحادي الاتجاه) و (C) مقاومة المجاعة التي يسببها rapamycin (50 ميكرومتر) (ن = 75). (د) تطول معالجة الليثيوم بشكل كبير من عمر كل من wDah و DILP2-3،5 الذباب المتحولة. لا (رابامايسين (P = 0.58) ولا (F) تراميتينيب (P = 0.14) يطيلان عمر الذباب المتحول 2-5.5 [اختبار رتبة اللوغاريتم (ن = 150)]. أظهر تحليل Cox Proportional Hazard نمطًا جينيًا مهمًا من خلال تفاعل العلاج مع rapamycin (P = 0.002) و trametinib (P = 0.0018). تمثل أشرطة الخطأ SEM. *** P <0.001 (اختبار ANOVA أحادي الاتجاه أو تسجيل الترتيب)
تركيبة دوائية ثلاثية تزيد من طول العمر. (أ) منحنى البقاء التمثيلي واختبارات الترتيب اللوغاريتمي المقترنة بهما. (ب) متوسط عمر متكرر / أقصى عمر مرسوم لجميع مجموعات فردية (ن = 4) ، ومزدوج (ن = 3) ، وثلاث (ن = 2) مجموعات من علاجات الراباميسين ، والترامتيبين ، والليثيوم. يحتوي كل عمر على 130 إلى 200 ذباب لكل علاج. تظهر الأرقام بين قوسين (إجمالي عدد الذباب / عدد الرقباء). (ج) فحص سلوك التغذية الممتد خرطوم (1 و 15 د من العلاج ؛ العلوي والأوسط) وتحديد كمية الصبغة الزرقاء غير القابلة للامتصاص (القاع) المبتلعة (ن = 8 نسخ طبق الأصل من 4 إلى 5 ذباب عمرها 15 د ، اتجاه واحد ANOVA مع Dunnett's اختبار). (د) قياس الطيف الكتلي لمستويات trametinib الجهازية (أعلى) أو رابامايسين (أسفل) عندما تم تدبير أدوية أخرى (n = 5 ، طريقة واحدة ANOVA). (هـ) خصوصية الذباب المعالج (15 د) خلال فترة 24 ساعة (ن = 8 نسخ طبق الأصل من 4 إلى 5 ذباب). تُظهر أشرطة الخطأ شعيرات Tukey ، وتظهر نقاط البيانات الخارجية كنقاط. * P <0.05 ، ** P <0.01 ، *** P <0.001 (اختبار Kruskal − Wallis واختبارات Dunn الزوجية)
إرسال تعليق