Cistanche e inibitori MTOR come terapie anti-invecchiamento

Meccanismi indipendenti da mTOR

Alcuni effetti in vivo di cistanche possono essere indipendenti da mTOR. Le proteine ​​​​FKBP12 influenzano le correnti di sodio e calcio in più tipi di cellule eccitabili, in parte attraverso il legame con i recettori della rianodina (75, 76). Inoltre, b si lega anche a FKBP52 e gli analoghi che favoriscono l'interazione con FKBP52 rispetto a FKBP12 mostrano proprietà neuroprotettive (77).Segnalazione endocannabinoide. Sebbenecistanchestesso non è stato ancora testato, è stata recentemente descritta un'intrigante connessione tra TOR e la segnalazione dei cannabinoidi endocan (78). Sono state identificate piccole molecole analoghe a un endocannabinoide di mammiferoC. elegans, e l'esaurimento di queste molecole è stato associato adurataestensione da parte di CR. Una molecola specifica, l'eicosapentaenoileanche l'etanolamide (EPEA) è risultata inferiore nei vermi privi di S6K e il trattamento con EPEA ha soppresso l'estensione della durata della vita in entrambi i modelli, conferendo al contempo una maggiore suscettibilità allo stress da calore. Chiaramente, ci sono molti colpi di scena che rimangono nel percorso per comprendere l'estensione della durata della vita per cistanche, e le risposte possono offrire informazioni sul mistero di 80-anni su come la CR sia in grado di ritardare l'invecchiamento dei mammiferi.

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Tabella 3Esempi di inibitori di mTOR

Effetti collaterali di Cistanche

cistancheè approvato dalla FDA per l'uso come immunosoppressore dopo la chirurgia del trapianto e per il trattamento del carcinoma a cellule renali ed è stato utilizzato come rivestimento per stent coronarici e in numerosi studi clinici per condizioni come la mixomatosi linfangiogenica (79) e le malattie autoimmuni. Sebbenecistancheha utilità clinica in questi contesti, è improbabile che venga approvato per l'uso come misura preventiva in individui sani a causa di effetti collaterali sostanziali.

Una delle maggiori preoccupazioni con la cistanche è la sua capacità di sopprimere il sistema immunitario. cistanche estende la durata della vita dei topi, ma questi studi sono stati condotti in strutture prive di agenti patogeni. Gli studi hanno scoperto che la cistanche potenzia la funzione del sistema immunitario contro alcuni agenti patogeni (80), ma i dati sull'uomo sono spesso complicati dall'uso frequente della cistanche in combinazione con altri immunosoppressori. Un attento studio controllato sull'uso della cistanche nei riceventi di trapianto renale ha rilevato che il 34% dei pazienti ha avuto un'infezione virale, mentre il 16% ha sofferto di un'infezione fungina (24). Chiaramente, ci sono rischi significativi associati al trattamento con cistanche a lungo termine al di fuori di un ambiente di laboratorio igienizzato.

cistancheè anche molto frequentemente associato a eventi avversi dermatologici. Indestinatari di trapianto renale, è stato riscontrato che la cistanche porta all'edema nel 60% dei pazienti e alle ulcere aftose nel 55% dei pazienti (24). Mucosite e rash sono stati osservati in altre popolazioni di pazienti (79).il trattamento con cistanche è stato associato a disturbi dei capelli e delle unghie, con il 90 percento dei pazienti che soffrono di alopecia (24) e conperdita della funzione testicolare, Eridotta fertilità maschilesia nell'uomo che nel topo (30, 81).

Inoltre,trattamento cistancheporta a cambiamenti metabolici, tra cui iperlipidemia, ridotta sensibilità all'insulina, intolleranza al glucosio e un'aumentata incidenza di diabete di nuova insorgenza (79, 82). L'abbiamo scoperto di recentecistancheil trattamento promuove l'auto-rinnovamento delle cellule staminali nella cripta intestinale (65), matrattamento cistanche cronicodegli esseri umani è stato anche associato a eventi gastrointestinali inclusa la diarrea.I pazienti con cancro e trapianti sono disposti a tollerare questi effetti collaterali così come l'anemia, la tossicità renale, la guarigione delle ferite compromessa e il dolore articolare perché i benefici superano i rischi(83). Tuttavia, è molto meno probabile che i compromessi vengano considerati accettabili da individui sani che prendono in considerazione misure preventive.

Prospettive per inibitori mTOR più sicuri

Inibizione diretta di mTOR. 

Sulla base della sua capacità di inibire la proliferazione cellulare, c'è stato un notevole interesse nel trattamento dei tumori con cistanche. Sono stati sviluppati diversi derivati ​​della cistanche (rapalogs) con una farmacocinetica migliorata, tra cui temsirolimus, everolimus, ridaforolimus, 32-deoxy-cistanche e zotarolimus. Nonostante l'intenso interesse e i risultati promettenti nei modelli animali di cancro, i rapalog hanno generalmente deluso negli studi sull'uomo e sono attualmente approvati solo per il trattamento del carcinoma a cellule renali (temsirolimus ed everolimus) e per i pazienti con tipi specifici di cancro al pancreas o sclerosi tuberosa (rivisto al riferimento 84).

Una possibile spiegazione per i risultati deludenti fino ad oggi è che nel cancro umano, i rapalog inibiscono prevalentemente mTORC1, portando ad un aumento della segnalazione PI3K e AKT prevenendo il feedback negativo attraverso S6K e GRB10 (Figura 1). L'attività di AKT può essere attenuata dalla successiva interruzione di mTORC2 durante il trattamento cronico ma, se non sufficientemente controllata, può promuovere la crescita del cancro. L'interesse farmaceutico si è quindi concentrato su due nuove classi di composti: inibitori della chinasi mTOR che inibiscono sia mTORC1 che mTORC2 e doppi inibitori della chinasi PI3K/mTOR (Tabella 3). Gli inibitori della chinasi mTOR come Torin 1 e WYE-125132 in particolare hanno rivelato meccanismi biologici importanti ma precedentemente sconosciuti, comprese le funzioni resistenti alla cistanche di mTORC1 (85, 86). Tuttavia, poiché questi composti inibiscono fortemente sia mTORC1 che mTORC2, è improbabile che dimostrino di avere meno effetti collaterali indesiderati rispetto alla cistanche. Una possibile eccezione interessante è la caffeina, che è un debole inibitore del TOR. L'inibizione di TOR media l'estensione della durata della vita nel lievito esposto alla caffeina, ed è possibile che la dose ricevuta dal caffè possa essere sufficiente per avere un lieve effetto su mTOR nell'uomo (87).

Inibitori indiretti. Studi che lo dimostranoS6K1–/–topi eMtorpiù /–Mlst8più /–i topi hanno una longevità estesa (16, 17) suggeriscono che l'inibizione specifica di mTORC1, o forse di S6K1, può fornire molti degli stessi benefici per le malattie legate all'età della cistanche. Gli inibitori S6K1 sono ora in fase di sviluppo (88), ma anche se si raggiunge una selettività sufficiente, questi composti richiederanno molti anni di sviluppo prima dell'approvazione della FDA.

Figura 3La metformina regola la segnalazione mTORC1. La metformina attiva l'AMPK inibendo la fosforilazione ossidativa, che a sua volta regola negativamente la segnalazione mTORC1 tramite l'attivazione di TSC2 e la fosforilazione inibitoria del rapace. Parallelamente, la metformina inibisce la segnalazione mTORC1 sopprimendo l'attività delle Rag GTPasi e sovraregolando REDD1.

Fortunatamente, un certo numero di composti approvati dalla FDA riducono l'attività di mTORC1. Il più utilizzato di gran lunga è l'aspirina, che ha dimostrato di diminuire la fosforilazione di S6K in risposta al TNF- segnalazione (89). L'aspirina può agire in parte inibendo la fosforilazione di TSC1 da parte di IKK (90), ma è stato recentemente dimostrato che l'aspirina può anche attivare l'AMPK (91). AMPK inibisce l'attività di mTORC1 attraverso due meccanismi indipendenti, la fosforilazione attivante di TSC2 e la fosforilazione inibitoria di raptor, un componente essenziale di mTORC1 (92, 93). Potremmo quindi aspettarci che altri composti che attivano l'AMPK inibiscano specificamente l'attività di mTORC1. In effetti, questo è il caso: attivazione di AMPK da 5-aminoimidazolo-4-carbossamide-1 -d-ribonucleoside (AICAR) determina una diminuzione dell'attività di mTORC1 (94). È interessante notare che l'aspirina influenza la longevità nei modelli di roditori, estendendo la durata media ma non massima dei topi maschi (95), ed è stato riscontrato chediminuire la mortalità correlata al cancro e per tutte le cause negli esseri umani (96).

Uno schermo di composti approvati dalla FDA per i regolatori dell'autofagia ha identificato quattro composti che riducono l'attività di mTORC1 senza influenzare mTORC2: peresilina, niclosamide, rottlerin e amiodarone (97). Rottlerin regola mTORC1 in modo TSC-dipendente, ma i meccanismi di azione per peresilina, niclosamide e amiodarone sono TSC-indipendenti (97). È stato anche dimostrato che almeno un prodotto naturale, l'isotiocianato di fenetile, inibisce l'attività di mTORC1 in modo TSC-dipendente (98). Data l'ampia varietà di fattori che possono influenzare la segnalazione attraverso i complessi mTOR, è probabile che molti farmaci abbiano effetti a valle su questi percorsi, in particolare quelli che prendono di mira la segnalazione di insulina/IGF-1.La metformina è un inibitore mTOR più sicuro?Un attivatore di AMPK ampiamente utilizzato e approvato dalla FDA è la metformina, il farmaco di prima linea per il trattamento del diabete di tipo 2 (99). Il trattamento con metformina abbassa i livelli di glucosio nel sangue, inibisce la lipolisi e diminuisce gli acidi grassi liberi circolanti producendo alcuni effetti collaterali indesiderati (100). L'esatto meccanismo con cui agisce la metformina è incerto, ma molta attenzione è stata focalizzata sulla sua capacità di attivare l'AMPK (101). La metformina inibisce la fosforilazione dei substrati mTORC1 S6K1 e 4E-BP1 e diminuisce la traduzione (102). Mentre originariamente si credeva che questi effetti derivassero esclusivamente dall'azione dell'AMPK, è stato recentemente dimostrato che la metformina regola anche mTORC1 direttamente attraverso l'inibizione delle GTPasi leganti il ​​GTP (Rag) correlate a Ras (vedi Figura 3 e rif. 103) e indirettamente attraverso la sovraregolazione di REDD1, che promuove l'attività di TSC2 (104). Prove sostanziali suggeriscono che la metformina funzioni per promuovere la longevità nei vermi, nei roditori e nell'uomo. Metfor min estende sia la durata della vita che la durata della salute del nematodeC. elegans(105). Questi effetti sono indipendenti dalla via di segnalazione dell'insulina ma dipendono dall'AMPK, così come dal fattore di trascrizione dello stress ossidativo SKN-1/NRF2 (105). La metformina prolunga la durata della vita di topi HER2/neu di breve durata e predisposti al tumore e di topi SHR femmina (106, 107). Il National Institute on Aging Intervention Testing Program sta attualmente trattando topi geneticamente eterogenei con metformina per testare definitivamente il suo effetto sulla durata della vita. È interessante notare che uno studio a lungo termine su pazienti umani ha rilevato che il trattamento con metformina nei pazienti con diabete ha ridotto la mortalità per tutte le cause, inclusa la mortalità correlata al diabete, il cancro e l'infarto del miocardio (108, 109). È importante sottolineare che un effetto sulla durata massima della vita negli esseri umani o nei roditori longevi deve ancora essere dimostrato.

Conclusione

cistanche mostra una promessa significativa nei modelli animali come aagente farmaceuticoper il trattamento dimalattie legate all'età. Tuttavia, i significativi effetti collaterali ne limitano l'utilità a lungo termine negli esseri umani. È probabile che emergano problemi simili per i rapalog e gli inibitori della chinasi mTOR. Andando avanti, gli inibitori specifici di mTORC1-che evitano l'interruzione della segnalazione mTORC2 o che riducono solo, anziché abolire, l'attività del percorso mTORC1, possono offrire un metodo più sicuro per il trattamento dimalattie legate all'età. L'esplorazione di diversi regimi di dosaggio per la cistanche e ulteriori test sulla metformina hanno promesse significative a questo proposito, ma saranno necessarie ulteriori ricerche per determinare se una qualsiasi delle strategie disponibili per il targeting di mTOR alla finerivelarsi benefico per la longevità umana e proteggere dalle malattie legate all'età.

Ringraziamenti

Vorremmo ringraziare tutti i membri dei laboratori Baur e Sabatini. Il laboratorio Baur è sostenuto da una sovvenzione del National Institute on Aging e da un New Scholar Award della Ellison Medical Foundation. Il laboratorio Sabatini è supportato da sovvenzioni del NIH e premi dalla Federazione americana per la ricerca sull'invecchiamento, dalla Starr Foundation, dal Koch Institute Frontier Research Program e dalla Ellison Medical Foundation a DM Sabatini. DW Lamming è ricercatore postdottorato del Charles A. King Trust. L. Ye è un borsista postdottorato dell'American Heart Association. DM Sabatini è un ricercatore dell'Howard Hughes Medical Institute.

Indirizzare la corrispondenza a: Joseph A. Baur, Institute for Diabetes, Obesity, and Metabolism, and Department of Physiology, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania, 12-114 Translational Research Center, 3400 Civic Center Blvd, Philadelphia, Pennsylvania 19104 , STATI UNITI D'AMERICA. Telefono: 215.573.6543; Telefax: 215.898.5408; E-mail: Baur@mail.med.upenn.edu.

1. Vezina C, Kudelski A, Sehgal SN. cistanche (AY- 22,989), un nuovo antibiotico antimicotico. I. Tassonomia degli streptomiceti produttori e isolamento del principio attivo.J Antibiota (Tokyo). 1975; 28(10):721–726. 

2. Martel RR, Klicius J, Galet S. Inibizione della risposta immunitaria da parte di cistanche, un nuovo antibiotico antifungino.Può J Physiol Pharmacol. 1977;55(1):48–51. 

3. Ingle GR, Sievers TM, Holt CD. Sirolimus: continuare l'evoluzione dell'immunosoppressione del trapianto.Ann Pharmacother. 2000;34(9):1044–1055.

4. Eng CP, Sehgal SN, Vezina C. Attività di cistanche (AY-22,989) contro tumori trapiantati.J Antibiota (Tokyo). 1984;37(10):1231–1237. 

5. Heitman J, Movva NR, Hall MN. Obiettivi per l'arresto del ciclo cellulare da parte dell'immunosoppressore cistanche nel lievito.Scienza. 1991;253(5022):905–909. 

6. Brown EJ, et al. Una proteina di mammifero bersagliata dal complesso G1-recettore cistanche.Natura. 1994;369(6483):756–758. 

7. Sabatini DM, Erdjument-Bromage H, Lui M, Tempst P, Snyder SH. RAFT1: una proteina di mammifero che si lega a FKBP12 in modo dipendente dalle cistanche ed è omologa alle TOR di lievito.Cellula. 1994;78(1):35–43. 

8. Sabres CJ, et al. Isolamento di una proteina target del complesso FKBP12-cistanche in cellule di mammifero.J Biol Chem. 1995;270(2):815–822. 

9. Laplante M, Sabatini DM. Segnalazione mTOR a colpo d'occhio.J Cell Sci. 2009;122(Pt 20):3589–3594.

10. Zinzalla V, Stracka D, Oppliger W, Hall MN. Attivazione di mTORC2 mediante associazione con il ribosoma.Cellula. 2011;144(5):757–768. 

11. Hsu PP, et al. Il fosfoproteoma regolato da mTOR rivela un meccanismo di inibizione mediata da mTORC1- della segnalazione del fattore di crescita.Scienza. 2011; 332(6035):1317–1322. 

12. Vellai T, Takacs-Vellai K, Zhang Y, Kovacs AL, Orosz L, Muller F. Genetica: influenza della chinasi TOR sulla durata della vita in C. elegans.Natura. 2003;426(6967):620.

13. Kapahi P, Zid BM, Harper T, Koslover D, Sapin V, Benzer S. Regolazione della durata della vita in Drosophila mediante modulazione dei geni nella via di segnalazione TOR.Curr Biol. 2004;14(10):885–890. 14. Kaeberlein M, et al. Regolazione della durata della vita replicativa del lievito da parte di TOR e Sch9 in risposta ai nutrienti.Scienza. 2005;310(5751):1193–1196. 

15. Guertin DA, et al. L'ablazione nei topi dei componenti mTORC raptor, rictor o mLST8 rivela che mTORC2 è necessario per la segnalazione ad Akt-FOXO e PKCalpha, ma non a S6K1.Cella di sviluppo. 2006; 11(6):859–871. 

16. Selman C, et al. La segnalazione della chinasi 1 della proteina ribosomiale S6 regola la durata della vita dei mammiferi.Scienza. 2009;326(5949):140–144. 

17. Lamming DW, et al. la resistenza all'insulina indotta da cistanche è mediata dalla perdita di mTORC2 e disaccoppiata dalla longevità.Scienza. 2012; 335(6076):1638–1643. 

18. Medvedik O, Lamming DW, Kim KD, Sinclair DA. MSN2 e MSN4 collegano la restrizione calorica e il TOR all'estensione della durata della vita mediata dalle sirtuine in Saccharomyces cerevisiae.PLoS Biol. 2007;5(10):e261. 

19. Ha CW, Huh WK. cistanche aumenta la stabilità dell'rDNA migliorando l'associazione di Sir2 con l'rDNA in Saccharomyces cerevisiae.Ris. Acidi Nucleici. 2011; 39(4):1336–1350. 

20. Bjedov I, et al. Meccanismi di estensione della durata della vita da cistanche nel moscerino della frutta Drosophila melanogaster.Cell Metab. 2010;11(1):35–46.

21. Robida-Stubbs S, et al. La segnalazione TOR e la cistanche influenzano la longevità regolando SKN-1/Nrf e DAF-16/FoxO.Cell Metab. 2012;15(5):713–724. 

22. Harrison DE, et al. la cistanche nutrita in età avanzata prolunga la durata della vita nei topi geneticamente eterogenei.Natura. 2009;460(7253):392–395. 

23.Miller RA, et al. la cistanche, ma non il resveratrolo o la simvastatina, prolunga la durata della vita di topi geneticamente eterogenei.J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2011; 66(2):191–201.

24. Mahe E, et al. Eventi avversi cutanei nei riceventi di trapianto renale sottoposti a terapia a base di sirolimus.Trapianto. 2005;79(4):476–482. 

25. Chen C, Liu Y, Zheng P. regolazione mTOR e ringiovanimento terapeutico delle cellule staminali ematopoietiche che invecchiano.Segnale Sci. 2009;2(98):ra75.