Senolityki, senomorfiki i senostatyki – czyli jak zoptymalizować starzenie się komórkowe

Starzenie się jest najważniejszym pojedynczym czynnikiem ryzyka wielu chorób przewlekłych, takich jak rak, zespół metaboliczny i zaburzenia neurodegeneracyjne. Celowanie w samo starzenie się może zatem być lepszą strategią niż ukierunkowanie na każdą chorobę przewlekłą z osobna w celu poprawy zdrowia ludzkiego. Chociaż należy wiele osiągnąć, aby w pełni zrozumieć biologiczne podstawy starzenia, obecnie uważa się, że starzenie się komórek przyczynia się głównie do starzenia się organizmu poprzez dwa niezależne, ale nie wykluczające się wzajemnie mechanizmy: z jednej strony starzenie się komórek macierzystych prowadzi do ich wyczerpania a tym samym zmniejsza regenerację tkanek. Z drugiej strony starzejące się komórki wydzielają wiele cytokin prozapalnych, chemokin, czynników wzrostu i proteaz, określanych wspólnie jako fenotyp wydzielniczy związany ze starzeniem się (SASP), który powoduje przewlekłe zapalenie i dysfunkcję tkanek. Ostatnio podjęto wiele wysiłków, aby terapeutycznie ukierunkować szkodliwe skutki starzenia się komórek, w tym selektywną eliminację starzejących się komórek (senolityki), modulowanie prozapalnego starzejących się komórek (senostatyki) oraz bezpośrednie zwalczanie produktów SASP (senomorfiki). Artykuł omówi najnowsze trendy w tym kierunku.

Senecsecnja – co to znaczy i na czym polega?

Senescencja, czyli starzenie się komórek, przyczynia się do dysfunkcji związanych z wiekiem i wielu chorób przez całe życie. Starzejące się komórki zostały odkryte w 1961 r., kiedy wykazano, że fibroblasty ludzkich embrionów hodowanych seryjnie tracą zdolność do replikacji, ale pozostają żywotne. Skłoniło to do podjęcia prac nad sprawdzeniem starzejących się komórek, które nie mogą się replikować, ale są metabolicznie aktywne. W 1979 roku potwierdzono to w przypadku fibroblastów w biopsji skóry starszych niż młodszych osobników. Starzejące się komórki – senescenty, pojawiają się w patogenetycznych miejscach wielu poważnych chorób, w tym choroby Alzheimera, chorób sercowo-naczyniowych, osteoporozy, cukrzycy, chorób nerek i marskości wątroby.

Nie ma w pełni czułych ani specyficznych markerów do identyfikacji starzejących się komórek. Komórki te są na ogół duże i wykazują ogniska uszkodzeń DNA, szczególnie w telomerach. Podobnie jak komórki nowotworowe, starzejące się komórki często są metabolicznie przesuwane z wykorzystania kwasów tłuszczowych w kierunku glikolizy, co skutkuje wytwarzaniem reaktywnych form tlenu (ROS), akumulacją lipidów i lipotoksycznością .

Starzenie się jest zasadniczo losem komórki, takim jak różnicowanie, proliferacja, apoptoza i martwica. Sygnały zewnętrzne i wewnętrzne mogą przyczyniać się do starzenia się komórki. Są to na ogół związane z uszkodzeniem komórek lub tkanek, w tym zmiany DNA (dysfunkcyjne telomery, pęknięcia nici itp.), dysfunkcja metaboliczna (ROS, wysoki poziom glukozy, bioaktywne lipidy, dysfunkcja mitochondriów), zmiany białek (agregaty, nieprawidłowe fałdowanie, nieudana autofagia), sygnały zapalne. Po zainicjowaniu starzenie trwa od tygodni do ponad miesiąca, zanim zostanie ustalone przez kaskady czynników transkrypcyjnych powodując rozległe zmiany w ekspresji genów, zmienione funkcji organelli oraz głębokich zmian morfologicznych i metabolicznych.

Nagromadzenie starzejących się komórek może powodować miejscowy i ogólnoustrojowy stan zapalny, niszczenie tkanek, hamowanie układu odpornościowego oraz dysfunkcję komórek macierzystych na ich fenotyp wydzielniczy związany ze starzeniem się (SASP). Ogólnie, 30-70% starzejących się komórek rozwija SASP zawierające cytokiny prozapalne, czynniki, „trucizny” komórek macierzystych, czynniki wzrostu. SASP zależy od typu komórki, która się starzeje, sposobu wywołania starzenia i środowiska, w którym się znajduje. SASP zmienia się w czasie w zależności od bodźców wewnętrznych i zewnętrznych.

Prawdopodobnie ze względu na SASP tylko niewielka liczba starzejących się komórek może powodować znaczną dysfunkcję. W eksperymentach przedklinicznych przeszczep starzejących się komórek wokół stawów kolanowych młodych myszy był wystarczający do wywołania fenotypu podobnego do choroby zwyrodnieniowej stawów, podczas gdy przeszczepianie niestarzejących się komórek nie.

Senescenty są zwykle usuwane przez układ odpornościowy. Mogą przyciągać, aktywować i zakotwiczać komórki odpornościowe, w tym makrofagi, komórki dendrytyczne, limfocyty T i neutrofile poprzez chemokiny SASP. Jednak powyżej obciążenia progowego starzejące się komórki zakłócają układ odpornościowy i jego zdolność do ich usuwania. Na przykład IL-6, składnik SASP, zakłóca migrację makrofagów, a starzejące się komórki mogą wyrażać sygnały „nie jedz mnie”.

„Teoria progowa obciążenia starzejących się komórek” wyjaśnia, że gdy obfitość starzejących się komórek jest wystarczająca do spowodowania rozprzestrzeniania się starzenia, które przekracza zdolność układu odpornościowego do nadążania za usuwaniem tych komórek, następuje przyspieszony stan podobny do starzenia. Obfitość starzejących się komórek pozostaje niska w skórze aż do wczesnej starości u ludzi, po czym następuje odchylenie w górę obciążenia starzejącymi się komórkami u osób w wieku od późnych lat 60. do połowy lat 70. Odkrycia te potwierdzają hipotezę, że istnieje próg, powyżej którego obciążenie starzejących się komórek z powodu rozprzestrzeniania się starzenia staje się samowzmacniające, co zapowiada zwiększone ryzyko fenotypów i chorób związanych ze starzeniem się i wiekiem, być może przyczyniając się do wielochorobowości związanej z wiekiem.

 

Senolityki

Termin senolityki, czyli leki selektywnie zabijające starzejące się komórki, wprowadzili Kirkland i Tchkonia w 2015 roku. Senolityki powinni przedłużać życie poprzez zabijanie starzejących się komórek, a nie przez mechanizmy poza celem.

Kurkumina

Kurkumina jest produktem naturalnym o wielu bioaktywnościach . Niedawno odkryto, że kurkumina i jej metabolit o-wanilina mają działanie senolityczne wobec starzejących się ludzkich komórek krążka międzykręgowego. Wykazano, że zmniejszają czynniki SASP związane ze stanem zapalnym i bólem pleców poprzez obniżenie szlaków Nrf2 i NF-κB. Jednak kurkumina ma niską biodostępność z powodu słabej rozpuszczalności w wodzie i niestabilności chemicznej.  Dlatego EF-24, syntetyczny analog kurkuminy, został opracowany jako silny środek senolityczny o szerokim spektrum działania w różnych starzejących się komórkach poprzez indukowanie apoptozy.

Kurkumina o wysokiej przyswajalności od Apollo’s Hegemony – naturalne dobro dla organizmu

Fisetyna

Na podstawie opartego na komórkach badania przesiewowego panelu flawonoidów niedawno zidentyfikowaliśmy fisetynę jako nowy środek senolityczny zdolny do selektywnego zabijania się senescentów wywołanych stresem oksydacyjnym. Fisetyna zmniejszała również starzenie się ludzkiej tkanki tłuszczowej. Podawanie fisetyny doraźnie lub przewlekle starym myszom zmniejszało starzenie się komórek w wielu tkankach, przywracało homeostazę tkanek, łagodziło kruchość oraz wydłużało medianę i maksymalną długość życia. Na podstawie tych wyników przedklinicznych fisetyna jest obecnie w fazie badań klinicznych dotyczących przewlekłej choroby nerek, zdrowia układu kostnego, choroby zwyrodnieniowej stawów, COVID-19. Fisetyna to naturalnie występujący flawonoid obecny w wielu owocach, warzywach, kwiatach i herbacie. Ma również wiele innych efektów farmakologicznych, w tym działanie przeciwutleniające, przeciwzapalne, przeciwrakowe, przeciwcukrzycowe, przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe i neuroprotekcyjne. Szeroki zakres aktywności biologicznych fisetyny może przyczyniać się do jej różnorodnych i złożonych mechanizmów działania na wiele celów molekularnych i szlaków sygnałowych. Dlatego działania terapeutycznego fisetyny nie można przypisywać wyłącznie jej działaniu senolitycznemu. Co ciekawe, fisetyna ma bardzo podobną budowę chemiczną do kwercetyny, różniąc się jedynie grupą 5-hydroksylową, co czyni ją bardziej senolityczną niż kwercetyna, co sugeruje, że poprzez optymalizację strukturalną można opracować skuteczniejsze analogi.

 

Kwercetyna

Przed fisetyną kwercetyna, występująca w wielu owocach i warzywach, była jednym z pierwszych flawonoidów pochodzenia roślinnego, który został przetestowany jako środek senolityczny. Kwercetyna od dawna jest uznawana za szereg korzyści, w tym: działanie przeciwzapalne, które chroni komórki i tkanki przed uszkodzeniami; ulepszone markery starzenia i wydłużona długość życia w badaniach laboratoryjnych; redukcja lub zapobieganie chorobom i dysfunkcjom związanym z wiekiem w badaniach na ludziach. Literatura medyczna wspierająca działanie senolityczne kwercetyny rośnie od wielu lat.  W badaniu opublikowanym pod koniec 2019 r. kwercetyna skutecznie usuwała starzejące się komórki w nerkach myszy. To poprawiło funkcję i zmniejszyło zwłóknienie (bliznowacenie), które prowadzi do niewydolności nerek. Kwercetyna może być trudna do przyswajania. Naukowcy obeszli ten problem, łącząc ją z rodzajem substancji tłuszczowej zwanej fosfolipidem. Fosfolipid służy jako nośnik, umożliwiając znacznie większej ilości kwercetyny przedostanie się do krwioobiegu i wywieranie wpływu na całe ciało.

Badania wykazały, że kwercetyna działa jeszcze skuteczniej w połączeniu z lekiem stosowanym w chemioterapii, dasatynibem. Kiedy ta kombinacja została podana starym myszom, jej zdolność do eliminacji starzejących się komórek doprowadziła do poprawy siły chwytu, kondycji sierści, ruchu i ogólnego stanu zdrowia. Pierwsze badanie tej kombinacji na ludziach opublikowano w 2019 r. Pacjenci z włóknieniem płuc otrzymywali dasatynib w dawce 100 mg/dobę i kwercetynę w dawce 1250 mg/dobę przez trzy kolejne dni w tygodniu przez trzy tygodnie. Poprawiło to kilka pomiarów aktywności fizycznej, w tym przebytą odległość i prędkość chodzenia. Naukowcy postanowili zidentyfikować związek, który wzmocniłby działanie senolityczne kwercetyny poprzez te same mechanizmy co dasatynib, ale bez skutków ubocznych leku przeciwnowotworowego. Najskuteczniejszym kandydatem, jaki znaleźli, była grupa związków w czarnej herbacie zwanych teaflawinami. Podobnie jak dasatynib, teaflawiny blokują antyapoptotyczne białko o nazwie BCL-2. Związek, który blokuje BCL-2, może zmniejszyć ryzyko tego powszechnego nowotworu. W badaniu na myszach teaflawiny wykazały znaczące działanie senolityczne.

Kwercetyna od AH – 250 mg w jednej kapsułce

 

Senomorfiki

Senomorfiki to małe cząsteczki, których celem jest stłumienie wszystkich lub co najmniej kilku cech komórek starzenia poprzez blokowanie SASP. W ten sposób pośrednio hamują zjawisko starzenia, działając jako inhibitory SASP bez zabijania komórek.

 

Resweratrol

Resweratrol jest flawonoidem pochodzącym z diety, występującym obficie w owocach i czerwonym winie, między innymi o działaniu przeciwzapalnym i przeciwutleniającym. Właściwości senomorficzne przypisywano resweratrolowi w eksperymentach na jelitach jednorocznej ryby Nothobranchius guentheri. Wykazano, że resweratrol i jego syntetyczne analogi hamują szlak NF-κB, który jest głównym regulatorem SASP. Podobnie resweratrol aktywuje również czynnik transkrypcyjny Nrf2, który jest negatywnym regulatorem NF-κB. Po podaniu szczepowi myszy ze skłonnością do starzenia się (myszom, które wykazują wczesny początek spadku związanego z wiekiem), resweratrol zmniejszył związany z wiekiem stan prozapalny i prooksydacyjny w trzustce poprzez zmniejszenie ekspresji NF-κB.

 

Źródło 250 mg resweratrolu w kapsułce

 

Apigenina i kemferol

Apigenina i kemferol to dwa flawonoidy o działaniu przeciwutleniającym występujące w roślinach, owocach, warzywach i zielonej herbacie. Stwierdzono, że oba związki mają silną aktywność senomorficzną poprzez hamowanie aktywności NF-κB poprzez szlak sygnałowy IRAK1/IκBα. Ponadto doustne podawanie apigeniny obniżyło poziom SASP w nerkach starszych szczurów. Na poparcie wykazano, że apigenina zmniejsza aktywność NF-κB. Ponadto supresja SASP za pośrednictwem apigeniny znacznie zmniejszyła agresywny fenotyp ludzkich komórek raka piersi. Niedawno zidentyfikowano trzy związki typu kemferolu z nasion jadalnych owoców tropikalnych Nephelium lappaceum (rambutan), które zmniejszają poziomy ekspresji mRNA kilku czynników SASP (IL-6, IL-8, IL-1α i IL-1β).

 

EGCG

Galusan epigallokatechiny (EGCG) jest fitochemikaliem i główną substancją zielonej herbaty o wielu korzystnych działaniach przeciwko cechom starzenia, takim jak immunostarzenie i stany zapalne. EGCG jest potężnym zmiataczem rodników i sugerowano, że jest silnym obrońcą w leczeniu chorób neurodegeneracyjnych. Po podaniu w modelach zwierzęcym zaobserwowano hamowanie aktywacji AMPK. Równolegle ujawniono silne hamowanie ekspresji czynników ROS, Cox2, ΝF-κΒ i SASP (IL-6 i TNF-α), potwierdzając w ten sposób ochronne działanie EGCG poprzez jego właściwości przeciwutleniające.

EGCG od Apollo’s Hegemony – silny antyoksydant o wielokierunkowym działaniu

Metformina

Metformina jest obiecującym lekiem senomorficznym, który hamuje NF-κB. Leczenie metforminą starzejących się (poprzez nadekspresję onkogenu) spowodowało supresję SASP, na co wskazuje obniżony poziom ekspresji IL-1β, IL-6, IL-8. Jego wpływ na mitochondria (redukcja oddychania poprzez hamowanie kompleksu mitochondrialnego I wraz z osłabieniem produkcji ROS i uszkodzenia DNA [182,183]) może również odpowiadać za zmiany w SASP. Metformina jest lekiem stosowanym w leczeniu cukrzycy typu 2, która jest bezpośrednio związana ze starzeniem się. Wykazano, że skutecznie opóźnia postęp wielu chorób związanych z wiekiem, takich jak choroby neurodegeneracyjne, i już oczekuje na zatwierdzenie przez FDA, aby dostać się do badań klinicznych jako lek nowej generacji przeciw starzeniu się. Metformina powodowała wydłużenie życia myszy (u których odnotowano również poprawę długości życia).

 

Senostatyki

W przeciwieństwie do senolityków, senostatyki nie zabijają starzejących się komórek, ale hamują sygnalizację parakrynną, a tym samym blokują „proliferację” komórek starzenia.

Precyzyjne senostatyki nie były jeszcze poważnie rozważane, głównie dlatego, że skład SASP bardzo się różni, w zależności od typu komórki, stadium starzenia (starzenie wczesne i późne) oraz rodzaju bodźców indukujących starzenie. Co więcej, skład SASP jest dość złożony i składa się z nieco mniej niż stu czynników. Przyszłe badania muszą kategoryzować czynniki SASP zgodnie z ich funkcjami w sposób zależny od kontekstu. Wydaje się to zniechęcającym zadaniem, ale po wykonaniu będzie bardzo owocne, ponieważ umożliwi stłumienie szkodliwych skutków SASP przy jednoczesnym zachowaniu jego korzystnych ról. W rzeczywistości ostatnie badania zaczynają ujawniać specyficzną rolę SASP w kilku procesach biologicznych, w tym w gojeniu się ran oraz przeprogramowaniu komórkowym.

 

Jak zastosować terapie przeciwko senescentom?

Niestety najbardziej efektywne substancje albo są dostępne na receptę albo poza naszym krajem. Do tego w społeczności długowieczności toczy się wiele dyskusji na temat idealnego schematu leczenia terapią senolityczną. Na razie terapia przerywana wydaje się być najlepszym podejściem do redukcji starzejących się komórek. Leki, które zmniejszają ekspresję związków prozapalnych wydzielanych na przykład przez starzejące się komórki, wydają się bardziej skuteczne, gdy są przyjmowane w sposób przerywany. W oparciu o dostępne badania przedkliniczne, przyjmowanie raz w tygodniu dużych dawek fisetyny, kwercetyny, teaflawin i apigeniny wydaje się być optymalnym podejściem senolitycznym dla zwykłych ludzi.

 

Bibliogorafia

1. Carpenter, V.J.; Saleh, T.; Gewirtz, D.A. Senolytics for Cancer Therapy: Is All that Glitters Really Gold? Cancers 2021, 13, 723.
2. Dookun, E., Passos, J.F., Arthur, H.M. et al. Therapeutic Potential of Senolytics in Cardiovascular Disease. Cardiovasc Drugs Ther 36, 187–196 (2022).
3. W Andrew Owens, Anna Walaszczyk, Ioakim Spyridopoulos, Emily Dookun, Gavin D. Richardson, Senescence and senolytics in cardiovascular disease: Promise and potential pitfalls, Mechanisms of Ageing and Development, Volume 198, 2021
4. Allyson K Palmer, Tamar Tchkonia, James L Kirkland, Senolytics: Potential for Alleviating Diabetes and Its Complications, Endocrinology, Volume 162, Issue 8, August 2021
5. Blagosklonny MV. Anti-aging: senolytics or gerostatics (unconventional view). Oncotarget. 2021 Aug 31;12(18):1821-1835. doi: 10.18632/oncotarget.28049
6. Wissler Gerdes, E.O., Zhu, Y., Tchkonia, T. and Kirkland, J.L. (2020), Discovery, development, and future application of senolytics: theories and predictions. FEBS J, 287: 2418-2427.
7. Martel, J, Ojcius, DM, Wu, C-Y, et al. Emerging use of senolytics and senomorphics against aging and chronic diseases. Med Res Rev. 2020; 40: 2114– 2131.
8. Thoppil H, Riabowol K. Senolytics: A Translational Bridge Between Cellular Senescence and Organismal Aging. Front Cell Dev Biol. 2020 Jan 22;7:367
9. Chaib, S., Tchkonia, T. & Kirkland, J.L. Cellular senescence and senolytics: the path to the clinic. Nat Med 28, 1556–1568 (2022)
10. Lei Zhang, Louise E. Pitcher, Vaishali Prahalad, Laura J. Niedernhofer, Paul D. Robbins Recent advances in the discovery of senolytics Mechanisms of Ageing and Development, Volume 200, 2021, 111587
11. https://www.lifeextension.com/magazine/2021/6/senolytics-anti-aging-advance