Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

В последние десятилетия значительно возрос интерес к работам в области реверсирования процессов старения человека и создания эффективных антивозрастных препаратов [1]. Народная медицина на протяжении нескольких тысячелетий занималась поиском и проверкой на медицинской практике лекарственных растений, замедляющих процессы старения. К настоящему времени у ряда растений, применяемых в народной медицине, экспериментально установлено наличие различных антивозрастных эффектов, а на основе отдельных видов созданы уникальные препараты, влияющие на процессы старения. В частности, не только лабораторные, но и клинические исследования подтвердили наличие у некоторых сборов традиционной китайской медицины свойств более эффективно, чем применяемые в настоящее время препараты, воздействовать на протекание таких неизлечимых возрастных нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона [2]. Хорошие перспективы в разработке методов терапии этих сенильных нейродегенеративных заболеваний показали химические соединения, содержащиеся в истоде тонколистном (Polygala tenuifolia Willd.) [3] и орхидее гастродии высокой (Gastrodia elata Blume) [4]. Однако еще десятки лекарственных растений традиционной медицины могут рассматриваться в качестве кандидатов, на основе которых будут созданы новые эффективные антивозрастные препараты.

Такие важнейшие процессы функционирования клеток, как их способность делиться, дифференцироваться и регенерировать, во многом определяются длиной концевых участков хромосом – теломер, которые обеспечивают их целостность и стабильность. В большинстве нормальных клеток теломеры становятся короче с каждым клеточным делением на 50–200 пар нуклеотидов из-за проблемы репликации концов, что в итоге приводит к необратимой остановке клеточного цикла [5]. Укорочение теломер считается в настоящее время важнейшим фактором, ускоряющим клеточное старение и приводящим к возрастной дисфункции всех тканей и органов. Исследования показали, что короткая длина теломер тесно связана с сердечно-сосудистыми заболеваниями, инсультом, раком, артритом, остеопорозом, катарактой, диабетом 2-го типа, психическими заболеваниями и деменцией [6]. Имеются интересные данные о связи употребления наркотиков и укорочения теломер [7]. Установлено также, что от длины теломер зависят сложность и эффективность лечения некоторых возрастных заболеваний, в частности возрастной макулярной дегенерации [8]. В связи с этим изучение процессов модуляции длины теломер представляет большой теоретический и практический интерес для исследователей различных областей биологии и медицины, в первую очередь таких, как геронтология и онкология.

Удлинять теломеры способен фермент теломераза – специализированный рибонуклеопротеиновый комплекс, важнейшим компонентом которого является теломеразная обратная транскриптаза человека (hTERT), катализирующая синтез новых теломерных повторов на основе шаблона РНК. Установлено также, что hTERT выполняет многие нетеломерные функции, которые тоже непосредственно связаны с процессами старения клеток: защищает митохондриальную ДНК, увеличивает мембранный потенциал митохондрий, снижает уровень АФК, ингибирует индукцию апоптоза. Показано, что теломеразная обратная транскриптаза увеличивает пролиферативный потенциал стволовых клеток независимо от его функции удлинения теломер [9]. Активность теломеразы является высокой на ранних стадиях внутриутробного развития человека и значительно ограничена в большинстве нормальных клеток взрослого человека, кроме мужских половых клеток и активированных лейкоцитов [10]. Экспериментально установлено, что повышение активности теломеразы можно индуцировать с помощью ряда экзогенных химических соединений, как синтетических, так и природного происхождения [11]. В связи с этим активация теломеразы и модуляция длины теломер являются потенциальной стратегией в процессе реверсирования старения человека. Однако теломераза и уровень ее экспрессии потенциально тесно связаны с побочными отрицательными эффектами. Известно, что активность теломеразы и особенно ее субъединицы hTERT в раковых клетках в несколько раз выше, чем в нормальных [12].

В предыдущем обзоре [13] мы подробно описывали способность экстракта корня астрагала перепончатого – Astragalus membranaceus (Fisch. ex Link) Bunge, его отдельных компонентов (полисахариды, астрагалозид, циклоастрогенол, алкалоиды), а также созданного на их основе препарата ТА-65 (Telomerase activator-65) активировать теломеразу и увеличивать длину теломер. Данный эффект был получен не только в результате большой серии экспериментов на культурах клеток, но и в двух клинических исследованиях. Особенно важно, что экстракт Astragalus membranaceus, а также отдельные его компоненты одновременно показали способность вызывать индукцию апоптоза, остановку клеточного цикла, подавление пролиферации, ингибирование миграции, инвазии и ангиогенеза раковых клеток [14]. Полученные результаты делают актуальным поиск других соединений природного происхождения с подобным бинарным действием, а также соединений, способных модулировать длину теломер без увеличения активности теломеразы. Экспериментальные исследования последних лет позволили выявить подобные эффекты у ряда химических соединений, экстрактов и сборов растений.

Эфирные масла

В эксперименте на клетках линии K562 (хроническая миелогенная лейкемия человека) было изучено действие 31 вида эфирных масел, выделенных из различных растений. Клетки подвергали воздействию перекиси водорода, что приводило в отсутствие добавления масел к уменьшению длины теломер примерно на 40%. Параллельно клетки обрабатывались маслами в субтоксической концентрации (0,005%) в течение 48 часов. Результаты показали, что воздействие эфирного масла базилика обыкновенного (Ocimum basilicum L.) (содержит 11 компонентов) привело к восстановлению длины теломер примерно на 70% по сравнению с контролем. Особый интерес вызывает тот факт, что данный эффект был связан не с повышением экспрессии гена hTERT, кодирующего каталитическую субъединицу теломеразы, а с подавлением супрессора длины теломер TRF-1 (TERF-1). Таким образом, увеличение длины теломер было достигнуто без увеличения активности теломеразы и связанного с этим повышением риска индуцирования канцерогенеза [15]. Кроме того, эфирное масло базилика обыкновенного обладает подтвержденной противораковой активностью. Оно показало сильный цитотоксический эффект в экспериментах на клеточных линиях рака шейки матки человека (HeLa), эпителиальной карциномы гортани человека (HEp-2), эмбриональных фибробластов мыши (NIH 3T3) [16], инвазивной аденокарциномы протоков молочной железы человека (MCF-7), аденокарциномы молочной железы человека (MDA-MB-231) и глиобластомы человека (U-87 MG) [17].

Полисахариды

Полисахариды дягиля китайского (Angelica sinensis (Oliv.) Diels), который применяется в Китае не только как лекарственное, но и как пищевое растение, исследовали на мышах, которых подвергли рентгеновскому облучению. Это приводило к уменьшению длины теломер (определяли при помощи саузерн-блоттинга) и снижению активности теломеразы (определяли при помощи TRAP-PCR) в гемопоэтических стволовых клетках. Пероральное введение во время облучения полисахаридов значительно ингибировало уменьшение длины теломер и повышало активность теломеразы [18]. При этом полисахариды данного растения в других экспериментах индуцировали апоптоз клеток рака молочной железы [19].

В эксперименте на мышах с моделью подострого старения, которая была индуцирована введением D-галактозы, полисахариды цистанхе пустынного (Cistanche deserticola Y.C. Ma) достоверно повысили активность теломеразы в клетках сердца и головного мозга [20]. Водный экстракт этого растения, богатый полисахаридами, оказался эффективен в профилактике колоректального рака [21]. Полисахариды другого паразитического растения – циномория джунгарского (Cynomorium songaricum Ruprecht) в сходных по методике экспериментах, где модель старения создавалась при помощи введения D-галактозы, значительно повысили активность теломеразы в клетках семенников [22], а также увеличили длину теломер (определяли методом гибридизации и хемилюминесценции) в клетках крови и мозга мышей [23].

Флавоноиды

Флавоноиды горянки коротконогой (Epimedium brevicornu Maxim.) в эксперименте на эмбриональных диплоидных фибробластических клетках легких человека (2BS) проявили способность удлинять теломеры (определяли при помощи метода саузерн-блоттинга теломерных рестрикционных фрагментов), но при этом не вызывали активации теломеразы (определяли методом TRAP) [24]. Сумма флавоноидов молочая приземистого (Euphorbia humifusa Wild.) при воздействии на клетки половых органов и мозга старых мышей вызвала активизацию в них теломеразы [25], а пренилированный халкон – паратокарпин Е, выделенный из этого растения, продемонстрировал значительную цитотоксичность (IC50 при 19,6 μM) в отношении клеток линии MCF-7 (инвазивная аденокарцинома протоков молочной железы человека) [26].

Интересно, что у некоторых соединений данной группы конечный эффект зависит от концентрации вещества. Примером является изофлавон генистеин, содержащийся во многих представителях семейства бобовых и других растениях. Высокие концентрации этого соединения блокируют активность теломеразы, а низкие, наоборот, повышают. В частности, в эксперименте на клетках рака предстательной железы человека линий DU-145 и LNCaP низкие и физиологически достижимые концентрации генистеина – 0,5 и 1 мкМ – повышали активность теломеразы примерно в 1,5 раза, а при концентрациях 10–100 мкМ она значительно снижалась. Повышение активности теломеразы в данном эксперименте не влияло на длину теломер [27].

Другие соединения

В группе тритерпеновых гликозидов выраженное влияние на теломеразу и длину теломер оказывает гинзенозид Rg1, содержащийся в корнях женьшеня настоящего (Panax ginseng C.A. Mey.). В двух экспериментах на клетках фибробластов человека, искусственное старение которых было вызвано обработкой трет-Бутилгидропероксидом [28] и 8-метоксипсораленом совместно с воздействием ультрафиолета [29], предварительная обработка гинзенозидом Rg1 приводила к активации теломеразы и замедлению укорочения теломер.

Фракция тритерпенов, выделенная из центеллы азиатской (Centella asiatica (L.) Urb.), увеличила активность теломеразы (измеряли с помощью набора PCR-ELISA (Sigma-Aldrich)) в мононуклеарных клетках периферической крови человека в 8,8 раза по сравнению с необработанными клетками. Интересно, что это оказалось значительно выше подобных показателей, полученных в данном эксперименте, у препарата «ТА-65», о котором мы упоминали во введении [30]. Экстракт этого растения ингибировал на 50% укорочение теломер в культуре клеток млекопитающих линий HEK293 и 3T3L1 по сравнению с контролем, а также увеличил среднюю продолжительность жизни самцов Drosophila melanogaster на 23,9%, а самок – на 12,6%. В эксперименте на клетках рака легкого человека линии A549 тритерпеноиды из центеллы азиатской – азиатиковая кислота, мадекассовая кислота и азиатикозид – в нетоксических концентрациях ингибировали индуцированную ионизирующим излучением миграцию и инвазию клеток [31].

Экстракты лекарственных растений

В ряде работ приводятся сведения лишь по экстрактам растений; при этом пока не установлены группа веществ или конкретное соединение из их состава, непосредственно отвечающие за выявленные эффекты. Экстракт корней цинанхума Бунге (Cynanchum bungei Decne.) значительно увеличил активность теломеразы в клетках мышей с моделью старения, индуцированного введением D-галактозы [32], а два эпимера из этого растения – цинанбунгейгенины C и D – являются перспективными соединениями при лечении медуллобластомы и других Hh-зависимых злокачественных новообразований [33]. Экстракт корневища купены сибирской (Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute) повысил активность теломеразы в клетках гонад и мозга мышей с моделью искусственного старения [34]. При этом полисахариды, содержащиеся в большом количестве в экстракте этого растения, ингибировали процессы канцерогенеза в экспериментах на клетках линии RAW264.7 [35]. В исследовании in vitro на клетках линии HeLa экстракт корней витании снотворной (Withania somnifera (L.) Dunal) в концентрации 10–50 мг / мл повысил активность теломеразы на 45% [36]. Корни витании снотворной при этом считаются одним из лучших природных средств для профилактики и лечения различных форм рака; причем при терапии рака предстательной железы и легких хороший эффект отмечается даже на поздних стадиях. Экстракт плодов терминалии хебула (Terminalia chebula Retz.) в эксперименте на клетках линии HEK-N/F показал эффект ингибирования процесса укорочения теломер. В частности, не обработанные экстрактом клетки в процессе культивирования уменьшили теломеры с 12,0 тыс. пар нуклеотидов до 7,9 тыс. пар, а в клетках, которые непрерывно обрабатывали экстрактом, теломеры уменьшились лишь до 9,6 тыс. пар [37]. Экспериментальные исследования показали, что экстракт плодов этого растения обладает антиканцерогенной активностью при карциноме [38], раке толстой кишки [39], груди, предстательной железы [40] и др.

Значительного увеличения средней длины теломер (28 kp по сравнению с 22 kp в контрольной группе (p<0,05) удалось добиться при использовании экстракта травы портулака огородного (Portulaca oleracea L.) при введении дозы 10 мг/кг в день самцам мышей 3-месячного возраста; aктивность теломеразы также была увеличена (p<0,05) [41]. Экстракт стеблей ункарии китайской (Uncaria sinensis (Oliv.) Havil.) ингибировал возрастное укорочение теломер у клеток линии HEK-N/F; при этом непрерывное введение данного экстракта в дозе 3 мкг/мл привело к увеличению продолжительности жизни этих клеток в культуре на 201% [42]. Экстракт листьев гинкго двулопастного (Ginkgo biloba L.) в дозе 25 мг/л значительно (p˂0,05) увеличил активность теломеразы в эндотелиальных клетках-предшественниках через сигнальный путь PI3k/Akt [43].

Сборы лекарственных растений

Были получены данные по сбору, применяемому в традиционной китайской медицине, – «Qilianshupi» (4 компонента). Исследования проводились на крысах линии Wistar, которым была создана модель хронического атрофического гастрита, считающегося предраковым заболеванием желудочно-кишечного тракта. Это привело к уменьшению средней длины теломер в клетках слизистой оболочки желудка (определяли методом гибридизации и хемилюминесценции) на 10 kbp и сильному повышению активности теломеразы (измеряли с помощью набора Telo TAGGG Telomerase PCR ELISA PLUS (Roche)) по сравнению с нормальной группой. В группе, которая при этом получала высокую дозу сбора (2 г/мл) в течение 15 недель, было отмечено сильное ингибирование укорочения теломер; оно составило всего 2 kbp по сравнению с нормальной группой. Активность теломеразы при этом была снижена и незначительно отличалась от показателей нормальной группы [44].

Особый интерес представляют клинические исследования индийского омолаживающего сбора «Amalaki Rasayana» (3 компонента). Для исследования были выбраны 116 здоровых, некурящих и не употребляющих алкоголь мужчин-добровольцев в возрасте от 45 до 60 лет. Они принимали «Amalaki Rasayana» по 45 г раз в день на протяжении 45 дней. На 0-й, 45-й и 90-й день в мононуклеарных клетках периферической крови анализировали активность теломеразы (метод TRAP) и длину теломер (количественный ПЦР-метод). Результаты показали значительное увеличение (p<0,001) активности теломеразы по сравнению с группой, принимавшей плацебо. Наибольшее увеличение наблюдалось у людей в возрасте 45–52 года. При этом не было зафиксировано изменения длины теломер, что, по мнению авторов исследования [45], может быть связано с коротким периодом наблюдения (90 дней), в то время как данный состав следует применять в течение длительного периода времени.

Заключение

Таким образом, эксперименты на культурах клеток, лабораторных животных и отдельные клинические исследования позволили выявить значительное число химических соединений, а также экстрактов и сборов растений, которые обладают свойствами влиять на активность теломеразы и длину теломер. Интересно, что при этом они продемонстрировали широкий и разнообразный спектр эффектов: одновременной активации теломеразы и модуляции длины теломер, активации теломеразы без влияния на длину теломер, увеличения длины теломер без активации теломеразы, ингибирования и активации теломеразы одним и тем же соединением в зависимости от дозы. Важно, что многие из этих средств показали различные эффекты ингибирования процессов канцерогенеза. Подобное бинарное действие природных соединений делает возможным использование природных модуляторов теломеразы в различных областях медицины и, в частности, открывает перспективы создания новых безопасных антивозрастных препаратов для улучшения качества и продолжительности жизни человека.