Рапамицин в каких продуктах

Рапамицин — лекарство от старости?

Проверенный способ замедлить процесс старения — строгие диетические ограничения. Новые исследования, проведенные в Linus Pauling Institute (научно-исследовательский институт, входящий в структуру государственного университета Орегона) помогают объяснить механизм действия рапамицина — препарата, который вызывает реакции, подобные реакциям на диету.

Рапамицин является антибиотиком и иммунодепрессантом, его появление около 15 лет назад вызвало большой интерес, так как в лабораторных тестах на животных он показал способность имитировать диетические ограничения, что помогало подопытным животным жить дольше и быть здоровее.

Однако препарат имеет побочные эффекты, среди которых увеличение резистентности к инсулину, что может стать причиной диабета. Результаты новейших исследований, опубликованные в Journals of Gerontology: Biological Sciences, могут помочь объяснить, почему это происходит, и что может быть сделано для решения этой проблемы.

Ученые предположили, что сочетание рапамицина и другого лекарства, компенсирующего повышение резистентности к инсулину, поможет получить пользу от препарата без нежелательных побочных эффектов.

«Это может быть важным шагом вперед, если мы найдем способ получить очевидные выгоды от применения рапамицина без увеличения инсулинорезистентности, — сказала Вивиана Перес, доцент кафедры биохимии и биофизики. — Это может быть не только способом увеличить продолжительность жизни, но методом лечения некоторых возрастных заболеваний и общего улучшения состояния здоровья. Люди не только могут жить дольше, но жить лучше и с более высоким качеством жизни».

В списке возрастных заболеваний многие дегенеративные заболевания, от которых страдают миллиарды людей по всему миру и которые являются одной из главных причин смерти. Это сердечно-сосудистые заболевания, диабет, болезнь Альцгеймера, рак.

Лабораторные мыши, которые получали рапамицин, были более активными, демонстрировали лучшую физическую форму, были умнее и меньше страдали от сердечно-сосудистых заболеваний и рака и жили значительно дольше, чем мыши из контрольной группы.

Рапамицин, открытый бразильским исследователем как продукт метаболизма бактерии Streptomyces hygroscopicus из почвенного образца с острова Пасхи, в основном используется как иммунодепрессант для предотвращения отторжения органов и тканей. В последние годы было также отмечено, что он может работать в качестве метаболического «сигнализатора», который тормозит биологическую реакцию, которая есть практически у всех высших форм жизни — способность чувствовать, что пища съедена, что можно использовать для синтеза белка и для продолжения роста.

Этот механизм имеет критическое эволюционное значение — он помогает организму избежать излишнего клеточного роста и расширения в условиях недостатка энергетических запасов. Поэтому он сохраняется в таком множестве видов — от дрожжей до рыб и человека.

Диетические ограничения и прием рапамицина приводят к одному результату — подопытные мыши живут на 40% дольше. Но долгосрочное использования рапамицина приводит к росту резистентности к инсулину, что наблюдалась как у лабораторных животных, так и у людей. Новое исследование выявило, почему это происходит. Оказалось, что и ограничения питания, и рапамицин ингибируют синтез липидов, но только диетические ограничения увеличивают и окисление этих липидов в целях получения энергии.

Рапамицин, напротив, допускает накопление жирных кислот, что, в итоге, повышает резистентность к инсулину. Это может привести к развитию сахарного диабета.

Препарат метформин может быть решением этой проблемы и уже показал у некоторых пациентов с диабетом увеличение окисления липидов. В лабораторных испытаниях комбинированное использование рапамицина и метформина предотвратило нежелательный побочный эффект.

Если выводы исследователей будут подтверждены результатами более масштабных испытаний, то комбинированное применение метформина и рапамицина будет применяться для лечения старения и возрастных заболеваний.

Источник

Рапамицин: недолгая, но интересная исTORия

Луиcу 27, он работает на сборочном конвейере в Три Риверс (Three Rivers) в штате Мичиган. А Чарльз — обычный 50-летний семьянин со средним уровнем заработка из Атланты. Вэну 72, и он пенсионер. Что объединяет этих троих, кроме их американского гражданства? Они все не хотят умирать и употребляют препарат рапамицин, который, как они верят, замедлит их старение. В России биохакеры рапамицин почти не употребляют — но не потому, что не хотят, а потому что он, мягко скажем, дороговат — от 450 рублей за таблетку. Но можно предположить, что в будущем он станет дешевле, и тогда…

Впервые лекарство от старения начали искать тысячи лет назад. Ещё Гильгамеш пытался найти способ жить вечно. (Парень обратился к пережившему потоп бессмертному старцу и был послан им… на дно морское искать определённый тип коралла. Поиски закончились не то чтобы особенно успешно — Гильгамеш давно не с нами). Далее — античный историк Геродот писал про дарующий долгожительство фонтан, а в Средние века вечную жизнь сулил отважным рыцарям Святой Грааль. С тех эпических времён пор много воды утекло, но несмотря на то, что мы далеко продвинулись в понимании мира в сравнении хоть с Гильшамешем, хоть с людьми Средневековья, рецепт бессмертия так и не найден.

Сейчас популярен активизм по радикальному продлению жизни. Приверженцы идеи хотят продлить здоровую жизнь человека методами классической медицины. Они выступают за скорейшее начало испытаний препаратов от старости на людях, поэтому лоббируют признание старения отдельным заболеванием. Биохакеры, вслед за ними, начинают экспериментировать на себе с препаратами, показавшими на модельных животных эффективность в борьбе со старостью. Таким образом биохакеры пытаются заполнить пробел, обусловленный отсутствием клинических испытаний, и предоставить в распоряжение науки хотя бы одиночные примеры продолжительного действия тех или иных препаратов (ну и, конечно, продлить себе жизнь!).

Один из таких многообещающих препаратов, полюбившихся биохакерам, — рапамицин. И хотя в арсенале врача он появился на рубеже прошедшего и нынешнего веков, его история как потенциального лекарства от старости началась несколько позже…

Как ходить босиком и не подхватить столбняк

История рапамицина начинается в 1965 году. Доктор Стэнли Скорына (Stanley Skoryna) из Университета Макгилла в Монреале (McGill University, Montreal) тогда убедил ВОЗ предоставить финансирование для пилотного проекта по изучению взаимосвязи между наследственностью, болезнями и природой острова Пасхи. В результате была организована канадская исследовательская экспедиция на этот остров. В её ходе было замечено, что хотя аборигены ходили босиком, они не подхватывали столбнячную палочку и грибки. Учёные решили, что в земле острова содержится что-то особенное, и, собрав её образцы, оставили их на хранение в университетской лаборатории.

Остров Пасхи. Историческая гравюра.

В 1975 году при поддержке компании Ayerst (Ayerst, McKenna and Harrison, Ltd.) Сурендра Натх Сегал (Surendra Nath Sehgal) и коллеги вернулись к этим образцам и попытались найти в них бактерии, выделяющие противогрибковые вещества (бактерии, к слову, могут храниться замороженными много лет). Эксперимент прошёл успешно, и они наткнулись на Streptomyces hygroscopicus (потом переименованную в S. rapamycinicus), выделяющую в процессе жизнедеятельности антибиотик из класса макролидов с противогрибковым действием. Вещество было названо рапамицином в честь названия острова на языке местного населения — Rapa Nui. Но в дальнейших исследованиях выяснилось, что вещество обладает нежелательным побочным действием — оно подавляет иммунитет! (Когда вы лечитесь от грибковых инфекций, иммунодепрессия — это не то, чего вы хотите). В итоге о нём забыли, а лаборатория компании переехала из Канады в Принстон (Princeton University), Нью Джерси. Но заинтересованность Сурендры Натха Сегала в рапамицине была настолько велика, что он перед переездом заготовил вещество в большом количестве, зная, что на новом месте у него не будет компонентов и условий, и привёз с собой.

В 1987-м, когда иммунодепрессанты стали использовать для подавления иммунного ответа при пересадке органов, исследователи из канадской компании вернулись к рапамицину. Их ждал сюрприз — в клинических испытаниях он оказался более мощным (до 100 раз) и менее токсичным в качестве иммунодепрессанта, чем использовавшийся на тот момент циклоспорин А. Это породило целое направление исследований. К 1999 году было доказано, что его безопасно применять на людях, и FDA одобрило это вещество. Согласно патенту Pfizer, лекарство выпускалось под названием рапамун, а действующему веществу дали второе название, принятое Советом США по принятию наименований (The United es Adopted Names Council), — сиролимус.

Но было и другое направление исследований. Ещё в 1990-х годах Майкл Холл (Michael Nip Hall) и его коллеги из Университета Базеля (Universität Basel) взялись за проект описания на клеточном уровне фунгицидного действия вещества. Джо Хайтман (Joe Heitmann), постдок в университете Базеля, вырастил обычную культуру дрожжей и поместил их в чашку Петри, на которую предварительно был нанесён рапамицин. Большинство дрожжей умерли, но некоторые мутировавшие дрожжевые клетки выжили. Хайтман суммарно выделил примерно 20 разных мутаций, дающих резистентность к рапамицину. Все эти мутации приходились на три разных гена, кодирующих белки FKBP и два других из класса киназ, позднее названных TOR1 и TOR2 и объединённых под названием TOR (от Target of Rapamicyn, цель связывания рапамицина). Подробнее про клеточную химию рапамицина можно посмотреть лекцию по ссылке.

Наблюдая за процессами, в которые вовлечён белок, исследователи заметили, что мушки-дрозофилы с пониженной активностью TOR, как и особи других видов с такой особенностью, по размеру меньше, чем их собратья без мутаций. Сначала большая часть работавших над темой склонны были считать, что у этих животных просто меньше клеток и что TOR влияет на процессы клеточного деления. То есть, мутация гена и ослабление активности белка, по их мнению, должны были оказывать цитостатическое (останавливающее рост количества клеток) действие. Но точного ответа не было, поэтому Томас Нойфельд (Тhomas Neufeld) в один прекрасный момент задался целью прояснить, за что отвечает TOR: за размер клетки или за количество клеточных делений. Для этого он посчитал количество клеток в отдельно взятых участках крыльев мушек с мутацией и без мутации и далее экстраполировал эту пропорцию на всё тело мушки. Число клеток двух мух, большой и маленькой, оказалось одинаковым! Поэтому он сделал вывод, что разница в размерах нормальной и мутантной мухи определяется именно размером клеток, а не их числом. То есть, белок TOR контролирует рост клетки, хотя раньше считалось, что его ничто не контролирует и он происходит спонтанно.

Далее начались эксперименты для дальнейшего выяснения механизмов TOR на мышах и даже на культурах человеческих клеток. Вскоре был обнаружен и одноимённый сигнальный путь mTOR (mammalian TOR, белок TOR у млекопитающих), даже два, mTORC1 и mTORC2 (C в данных аббревиатурах отвечает за слово complex, комплекс), причём только первый оказался чувствителен к рапамицину. И несмотря на то, что оба контролируются фактором роста, mTORC1 также реагирует на уровень питательных веществ, аминокислот, на уровни энергии и кислорода.

Сделать больше, сделать лучше!

Исследования, связанные с рапамицином, не прекращались с 1990-х годов, а с 2012-го года их стало ещё больше — из-за того, что истёк срок патента Pfizer и многие компании оказались заинтересованы в производстве лекарства. Какие были направления исследований? Во-первых, искали новые бактерии, которые производили бы больше вещества. Пример такого исследования: в 1995-м году учёные из Японии, префектуры Шизука, нашли новую бактерию, Actinoplanes sp., которая производила в десять раз больше рапамицина, чем S. rapamycinicus. Исследования также ведутся в области генетики: какие кластеры генов у каких бактерий отвечают за большее или меньшее производство рапамицина.

Во-вторых, идёт поиск эффективного способа производить рапамицин, так как сейчас это очень дорогой и трудоёмкий процесс, что значительно повышает его цену. Учёные исследуют, чем «кормить» бактерию, при какой температуре и кислотности содержать, чтобы «надоить» из неё больше вещества. Например, если поместить её в среду, богатую фруктозой, удастся добыть довольно много рапамицина, но не максимально возможное количество. При этом, создать благоприятную среду в биореакторе должно быть не слишком сложно. Кстати, недавно для изучения влияния питательных веществ на производство рапамицина совместно с другой методологией были использованы нейронные сети, которые помогли исследователям понять, что аппетит бактерии отлично удовлетворяют манноза, L-лизин и соевый шрот, представленные в определённой концентрации. В результате выработка рапамицина бактерией S. hygroscopicus достигла 320,89 мг/л. Подробнее про текущие способы биосинтеза рапамицина можно почитать по ссылке.

Ищут учёные и новые функциональные аналоги рапамицина, т.н. рапалоги, которые, подобно рапамицину, ингибируют работу mTOR. Многие новые рапалоги были получены с помощью биологических модификаций. Компания Novartis рассмотрела 28 бактерий и 72 грибка, известных способностью к биотрансформациям, и нашла таким образом несколько рапалогов (39-O-demethylrapamycin, 27-O-demethylrapamycin, 16-O-demethylrapamycin). Разные рапалоги могут воздействовать более таргетированно на то или иное заболевание, например, на разные виды злокачественных опухолей, или лучше усваиваются. Например, эмсиролимус лучше усваивается, чем оригинальный рапамицин.

Рапамицин в продлении жизни

Первые попытки изучить, как сигнальный путь mTOR, а соответственно и рапамицин, связаны с продолжительностью жизни, относятся к 2000-м. Ранние эксперименты такого рода были проведены на пивных дрожжах, а также на беспозвоночных — червях и мушках-дрозофилах. Тогда было обнаружено, что мутации в гене TOR продлевают продолжительность жизни этих модельных животных. Следующим важным шагом было продемонстрировать такой эффект у млекопитающих.

В 2009 году Дэвид Харрисон (David Harrison) и коллеги из разных исследовательских университетов США стали экспериментировать на лабораторных мышах. Планировалось, что это будут животные «средних лет», но в связи с трудностями с формулированием протокола кормления эксперимент начали довольно поздно для мышиной жизни — когда мышам было 20 месяцев от роду, что примерно эквивалентно 60 годам у людей. Каждая вовлечённая в исследование лаборатория, а их было три, проводила эксперименты параллельно по одному и тому же протоколу. Суммарно в исследовании приняли участие 2000 мышей. Учёные позаботились о том, чтобы мыши были генетически разнообразные, чтобы избежать эффекта, когда все они случайно окажутся более восприимчивы к препарату, чем в среднем по популяции (такое возможно с генетически гомогенными лабораторными животными). Грызунам вместе с едой давали в качестве добавки рапамицин в дозировке 2,24 мг на один килограмм веса (если принять, что стандартный вес средней лабораторной мыши — 20 граммов, то каждой особи давали по 0,0446 мг вещества). В итоге, продолжительность жизни мышей удалось продлить на 14% по сравнению с контрольной группой. Такое было ранее возможно только с помощью диеты с ограничением калорий. Именно тогда впервые было выдвинуто предположение, что ограничение калорий, известное способностью продлевать жизнь модельных животных, и рапамицин работают одинаково — задействуя сигнальный путь mTOR. Но были и сомнения — на протоколе с голоданием мыши обычно теряли вес, да и работал он только если мышей сажали на диету с самого начала жизни. Лишь значительно позже выяснили, что активность TOR регулируется количеством доступных питательных веществ.

Есть и свидетельства, хоть и пока только косвенные, в пользу того, что рапамицин способен продлять и человеческую жизнь. Начнём с того, что если описывать потенциальные и зарегистрированные клинические применения рапамицина и рапалогов, то придётся вспомнить целый ряд заболеваний. У него есть следующие потенциальные применения:

• В борьбе и профилактике нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона (исследования находятся на стадии доклинических испытаний), он потенциально применим как нейропротектор;
• В профилактике и лечении некоторых видов рака, таких как опухоли кишечника, почек, мозга, лимфоузлов. Рапамицин считается полезным, так как при некоторых видах опухолей наблюдается повышенная активность mTORC1. Также он показал пользу во многих доклинических испытаниях, и сейчас ведётся ряд клинических испытаний на I и II стадии;
• В терапии сердечно-сосудистых заболеваний — для профилактики инфаркта, фиброза и повторного стеноза артерий. Потенциально снижает кардиотоксичность антиретровирусных препаратов, применяемых, например, при терапии ВИЧ. Большая часть исследований находится в доклинической фазе;
• Как противовоспалительный агент при ревматоидном артрите (когда другие НПВС не оказывают достаточного болеутоляющего эффекта), он снижает воспаление при красной волчанке. Данные для аутоиммунных заболеваний основаны на наблюдении пациентов, принимающих препарат с целью иммунодепрессии, и сравнении их результатов с таковыми в целом по популяции;
• Для омоложения кожи (в виде омолаживающего крема для кожи, находится в стадии клинических испытаний), зубов (испытания на мышах);
• Рапамицин может помочь в борьбе с ожирением (доклиническая фаза).

Многие из перечисленных заболеваний связаны со старостью. Чем старше мы, тем выше вероятность инфаркта, стеноза, злокачественных опухолей, Альцгеймера и Паркинсона. «Может быть, если этот препарат продлевает жизнь лабораторных животных и противодействует болезням, связанным со старостью, он и является лекарством от старости? — Примерно такое можно услышать от энтузиастов радикального продления жизни, — Эффект достигается из-за того, что рапамицин замедляет клеточный цикл». Михаил Благосклонный (Michael Blagosklonny), онколог и геронтолог из Комплексного онкологического центра Розуэлл-парка (Roswell Park Comprehensive Cancer Center) и энтузиаст рапамицина, в своей статье даже заявляет, что решение не принимать рапамицин скажется на продолжительности жизни так же, как решение продолжать курить! Но серьёзных клинических доказательств таким утверждениям нет.

В 2014 году был начат проект The Dog Ageing Project — массовое испытание воздействия рапамицина на продолжительность жизни домашних собак. В проекте могут участвовать как молодые, так и старые собаки разных пород. Как только исследование будет завершено, у нас будет больше оснований считать, что у рапамицина есть шанс продлить здоровую жизнь человека. Или нет.

Коварство рапамицина

Рапамицин как в общем и целом безопасный для применения у людей был зарегистрирован FDA ещё в 1999 году. Нет ни одного зарегистрированного случая смерти от передозировки рапамицином — даже в неудачной попытке самоубийства, когда 18-летняя девушка приняла 103 таблетки рапамицина по 1 мг, единственным обнаруженным эффектом было повышение общего холестерина в крови.

Но когда препарат регистрировали в FDA, регистрация сопровождалась предупреждением, что все препараты-иммунодепрессанты «из-за того, что подавляют иммунитет, могут повышать склонность человека к инфекциям, могут способствовать развитию опухолей, таких как лимфома и рак кожи». В принципе, всё логично: чем хуже иммунитет — тем хуже он атакует мутантные, например, раковые, клетки. Но клиническая практика опровергает такую логику. Михаил Благосклонный утверждает, что ярлык иммунодепрессанта надолго оттолкнул публичный интерес от препарата.

Это правда, что рапамицин может увеличивать тяжесть бактериальных инфекций, так как ингибирует функцию нейтрофилов, а также вызывает легкую тромбоцитопению, анемию и лейкопению (низкое количество тромбоцитов, красных кровяных телец и лейкоцитов соответственно). Он замедляет процессы клеточного деления, следовательно и кровяных клеток в организме оказывается меньше.

Среди других неприятных побочных эффектов — стоматит и микозит (изъязвление слизистых оболочек рта и пищеварительного тракта). Редким побочным эффектом рапамицина является неинфекционная интерстициальная пневмония. Но эти побочные эффекты имеют обратимый характер, и, если они не мешают жить, то сторонники долголетия утверждают, что «ничего страшного» и польза превышает вред, а если мешают — «можно просто снизить дозу». В целях предотвращения старения, согласно Благосклонному, рапамицин может использоваться либо периодически (например, один раз в неделю), либо в низких суточных дозах, и может быть отменён, если возникнут какие-либо неприятные «побочки».

Много споров было вокруг такого побочного эффекта как развитие временного диабета. Здесь можно вспомнить, что голодная диета, которая имеет схожее с рапамицином влияние на процессы старения, также вызывает инсулинорезистентность и у мышей, и у людей. Обе эти интервенции работают схожим путём: обычно mTOR активируется тем больше, чем больше питательных веществ в среде. Логика за этим такая: во время длительного голодания использование глюкозы не связанными с мозгом тканями должно быть подавлено, чтобы обеспечить адекватное снабжение мозга энергией. Голодная диета хоть и вызывает диабет, но не считается вредной, поэтому и диабет, вызванный рапамицином не должен считаться вредным. В конце концов, можно просто дополнить рапамицин метформином, ещё одним потенциальным геропротектором, и убрать симптомы диабета — примерно так говорит в своей статье Михаил Благосклонный. (Позиция редакции не обязательно совпадает с такой точкой зрения).

Заключение

В настоящее время нет однозначного заключения учёных, подходит рапамицин или нет на роль эликсира молодости. Кто-то спешит провозгласить его практически панацеей, кто-то предупреждает: «Но ведь побочные эффекты, как и сам эффект, ещё не до конца изучены!» Скорее всего правда где-то посредине: с одной стороны, мы знаем о веществе довольно много, в том числе и из клинической практики. С другой стороны, нет гарантии, что рапамицин сработает на людях так же, как и на мышах или собаках.

В данный момент ведётся масса испытаний на людях, которые помогут ответить на множество вопросов про этот препарат. Но все эти исследования касаются лишь определённых заболеваний, и в большинстве не касаются проблемы собственно старения. Поэтому лучшее, что можно сделать сейчас — это лоббировать признание старения заболеванием и таким образом дозволения клинических испытаний рапамицина и других препаратов от старения на людях.

Пока у нас нет таких испытаний, мы будем довольствоваться примерами единичных смельчаков, таких как Вэн, Чарльз и Луис, а также практикующий врач Алан Грин (dr. Alan Green) из США, который назначает своим пациентам рапамицин для лечения старости и принимает его сам.

Литература

Yoo, Y.J., Kim, H., Park, S.R. et al. An overview of rapamycin: from discovery to future perspectives. J Ind Microbiol Biotechnol 44, 537-553 (2017). https://doi.org/10.1007/s10295-016-1834-7

Patel, G.K., Goyal, R. and Waheed, S.M., 2019. Current Up on Rapamycin Production and its Potential Clinical Implications. High Value Fermentation Products, Volume 1: Human Health, p.145.

Источник