Научная идея продления жизни. Уменьшение накопления липофусцина.

Липофусцин - это конечный продукт окисления внутри клеточных липидов и белков. Он известен также как «пигмент старения», так как с возрастом накапливается в не делящихся клетках, особенно в крупных нейронах и участках головного мозга, отвечающих за моторные функции. Для замедления развития возраст зависимых заболеваний необходимо разработать методы расщепления липофусцина, а также изучить способы уменьшения его накопления в клетках.

Уменьшение накопления липофусцина.

Липофусцин нерастворим в воде и не расщепляется ферментами лизосомы и протеосомной системой. Он накапливается в различных типах клеток, включая сердце, печень, почки, нейроны. Накопление липофусцина обусловлено функциональностью системы репарации митоходрий, протеосомальной системой, а также функциональностью и эффективностью лизосом (1).

Рост количества липофусцина в отдельных постмитотичных клетках связан с продолжительностью их жизни и в целом со старением организма.

Поэтому разработка методов расщепления липофусцина, а также уменьшения его накопления в клетках позволит замедлить старение организма и развитие ассоциированных с возрастом заболеваний.

Использование рекомбинантных ферментов для заместительной терапии заболеваний, связанных с накоплением липофусцина.

В качестве модели для разработки методов борьбы с накоплением липофусцина используется такое нейродегенеративное заболевание как младенческий нейрональный цероидлипофусциноз. Его причина - генная мутация, в результате которой лизосомальный фермент в нейронах не производится, поэтому в них накапливается липофусцин. Возможным методом вмешательства может служить фермент-замещающая терапия путем доставки недостающих ферментов через спинномозговую жидкость. Применение этого метода доктором Бэвирли Дэвидсон из Университета Айовы привело к ослаблению нейропатологических признаков у мышей (2). Результаты этих исследований показывают, что внутрижелудочковая доставка фермента в центральную нервную систему является выполнимой и может иметь высокое терапевтическое значение.

Синтез низкомолекулярных активаторов лизосомальных ферментов для расщепления липофусцина.

Доктор Сандра Ли Хофман из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса в своих исследованиях показала, что препарат цистеамин (простой аминотиол, используемый для лечения цистиноза) может быть эффективен при лечении младенческого нейронального цероид-липофусциноза.

Тиолатный ион проявляет химическую активность в реакции расщепления пигмента старения. Кроме того, аминогруппа цистеамина,по-видимому, благоприятствует проникновению его молекулы в лизосомы. В ходе работы было обнаружено, что применение цистеамина не только расщепляет липофусцин в клетках, но и в некоторой степени препятствует его накоплению (3). Таким образом, необходимы дальнейшие усовершенствования в разработке небольших молекул, способных уменьшить содержание липофусцина в клетках.

Исследователи:

Бэверли Дэвидсон (Beverly Davidson) Университет Айовы, США (University of Iowa, USA)

Сандра Ли Хофман (Sandra Lee Hofmann) Юго-западный медицинский центр Университета Техаса, США (University of Texas Southwestern Medical Center, USA)

Публикации:

1. Jung et.al., "Lipofuscin: formation, distribution, and metabolic consequences", Annals of New York Academy of Science, 2007

2. Chang et.al., "Intraventricular enzyme replacement improves disease phenotypes in a mouse model of late infantile neuronal ceroid lipofuscinosis", Molecular Therapy, 2008

3. Lu JY, Hofmann SL., "Inefficient cleavage of palmitoyl-protein thioesterase (PPT) substrates by aminothiols: implications for treatment of infantile neuronal ceroid lipofuscinosis", J Inherit Metab Dis., 2006

12.06.2018

Липофусцин как биомаркер старения

Что такое липофусцин?

Липофусцин или старческий пигмент - это "внутриклеточный мусор", которые накапливаются в лизосомах, между постмитотическими клетками, в следствие чего такие клетки постепенно становятся коричнево-желтыми и показывают аутофлуоресценцию. Впервые Ганновер описал такой пигмент в нейронах в 1842 году, а в 1886 году Конев указал на его связь с возрастом. В 1912 году Хук ввел термин «липофусцин», который был образован из греческого слова lipo, что означает жир и латинского слова fuscus, что означает темный, бурый.

Накопление липофусцина относят к клеточному старению. Существует несколько теорий образования липофусцина, но общепринятой считается теория связанная с окислительным стрессом т.е теорией свободных радикалов Хармана. Окислительный стресс приводит к накоплению повреждений клеточных структур в митохондриях, повреждению липидов, днк и белков, образованию межбелковых сшивок, образованию токсичных агентов - амилоида и липофусцина.

Липофусцин - внутрилизосомный продукт окисления клеточных липидов и остатков белков, включающий следы углеводов и металлов, в частности ионов желез, что делает его "полимерным материалом". Липофусцин нерастворим в воде и не расщепляется лизосомальными ферментами или протеасомой, которая ответственна за распознавание и деградацию поврежденных и окисленных белков.

Где накапливается липофусцин?

Липофусцин представляет собой коричнево-желтый пигмент, его еще называют "печеночные пятна" или старческий пигмент. С возрастом он аккумулируется в постмитотических (неделящихся) клетках - нейронах, кардиомиоцитах, волокнах, эпителиальных клетках пигмента сетчатки. Липофусцин имеется во всех органах и тканях человека и теплокровных животных. Он может накапливаться в клетках мозга, сердца, печени, почек, всех слоев эпидермиса кожи (кроме базального), в клетках скелетной мышцы, нервных сплетениях и в сетчатке глаза. Накопление липофусцина растет с возрастом и окрашивает орган в котором находится в бурый или коричневый цвет. Например, сильное окрашивание имеют сердце и печень. Источник: 1. Если одновременно отмечается и атрофия органа, то говорят о бурой атрофии сердца, печени. Исследования: 1.

Липофусцин является признаком старения кожи.

Один из симптомов старения кожи ее обесцвечивание. Это связано с наличием липофусцина и меланина, их избыток и аномальное распределение которых на коже вызывает появление темных пятен. Липофусцин - признак старения кожи. Он описывается как старческий пигмент, потому что его содержание увеличивается с возрастом. Образование и накопление липофусцина неизбежно и приводит к дисфункции клеток и гомеостазу, поскольку он снижает активность протеасом. Исследования: 1.

Состав липофусцина

Как мы уже говорили, липофусцин -это аутофлюоресцирующий пигмент от жёлтого до коричневого цвета гликолипопротеиновой природы, содержащийся во всех органахи тканях человека. Гранулы липофусцина имеют диаметр 0,5 - 1,5 мкм и более. Липофусцин содержит фосфолипиды, холестерины, триглицериды и продукты окисления жирных кислот, различные ферменты. Также в нем есть известные аминокислоты. Жиры составляют 20-50%, белки - 30-60%, а 9-20% - железосодержащий остаток чёрного цвета, который не подвергается гидролизу. Процентное соотношение липофусцина зависит от органа в котором он накапливается. Исследования: 1.

Накопление липофусцина происходит в два этапа: "раннюю" и "позднюю" пигментацию.
"Ранний"липофусцин представляет собой пылевидные скопления бледно-желтого цвета, обладающие аутофлюоресценцией. В его составе много продуктов окисления, железо, медь, жир, и имеет низкую активность лизосомальных ферментов. Пигмент накапливается около или внутри митохондрий.
"Поздний" липофусцин уже имеет гранулы, цвет становится коричневым, аутофлюоресценция красно-коричневого оттенка. Он содержит меньше жира и железа и перемещен на периферию клетки, в нем увеличивается активность лизосомальных ферментов, и располагается в лизосомах. Источник: 1.

Физиологические и патологические процессы в организме влияют на количество липофусцина. Он накапливается с возрастом при усилении функциональной активности органа, при атрофии, а уменьшается при дистрофии и некрозах. Некоторые ученые считают, что липофусцин является нормальным клеточным включением поставляющим энергию клетке при гипоксии. Источник: 1.

Причины возникновения липофусцина?

В настоящий момент ученые сходятся во мнении, что главной причиной накопления липофусцина является окислительный стресс. Точные механизмы этого накопления все еще неясны. Но многочисленные исследования показывают, что образование липофусцина связано с окислительным изменением макромолекул свободными радикалами, полученных в реакциях, катализируемых окислительно-восстановительным железом с низкой молекулярной массой (трехвалентное железо Fe 3+). Источник: 1.

Что влияет на ускорение накопления липофусцина?

• Регулярное излишнее потребление железосодержащих продуктов и ненасыщенных жирных кислот.

• Причиной ускоренного накопления липофусцина может быть хроническое употребления алкоголя. Исследования: 1.

• Слишком активные занятия спортом также могут вызвать ускоренное накопление липофусцина в скелетной мускулатуре.

• Усиленное накопление липофусцина в печени, почках и коже происходит при различных интоксикациях организма Источник: 1.

• Усиленное накопление липофусцина происходит при липофусцинозах - наследственные аутосомно-рецессивные заболевания. Например, нейрональный цероидный липофусциноз встречается у детей, может быть в юношеском возрасте и более старшем возрасте. (болезнь Бильшовского - Янского, болезнь Куфса, болезнь Баттена и др.). Источник: 1.
  
• Нарушение аутофагии приводит к образованию липофусцина. Источник: 1

К чему приводит накопление липофусцина?

• липофусцин вызывает деменцию, болезнь Альцгеймера и Паркинсона
• сердечно-сосудистые проблемы.
• липофусцин может нарушать функцию клеток сетчатки, и вызывать такое заболевание, как возрастная дегенерация желтого пятна. Источник: 1.  
• макулярную дегенерацию (болезнь Штаргардта) Источник: 1.
• бурую атрофию сердца, печени» Источник:1.
• двигательную дисфункцию
• старение кожи

Липофусцин и старение

Липофусцин начинает накапливаться с рождения. Так, он может быть обнаружен в нейронах детей 3 или 4 месяца и в сердечных миоцитах у детей старшего возраста. Накопление липофусцина в клетках связано со старением, возрастными заболеваниями и продолжительностью жизни - отмечает биогеронтолог, профессор Алексей Москалев (доктор биологических наук, член-корреспондент РАН).
Липофусцин - важный признак старения организма в целом.
Исследования влияния прооксидантов и антиоксидантов на накопление липофусцина в культивируемых сердечных миоцитах модельных животных (крысы) и человеческих глиальных клетках показали, что прооксиданты ускоряют, а антиоксиданты замедляют накопление липофусцина. На модельных животных установлено, что с увеличением накопления липофусцина продолжительность жизни сокращается.

Уровень липофусцина как биомаркер старения

Несмотря на то, что сам липофусцин не является причиной возникновения заболеваний, а лишь свидетельствует об изменении функционирования клеток - нарушении работы лизосом и митохондрий, что приводит к ухудшению метаболизма клеток и говорит о приближающемся апоптозе. Липофусцин является симптомом патологии клеток органов и тканей организма, а значит может быть использован как биомаркер старения.

Биолог Игорь Лугин (кандидат м.н) - отмечает, что накопление липофусцина, позволяет считать его надежным биомаркером старения, как для постмитотических клеток, так и для организма в целом. Определение липофусцина может быть использовано в качестве более эффективного метода изучения старения клеток, чем распространенный метод определения активности ассоциированной со старением бета-галактозидазы, в силу технических неудобств последнего. Источник: 1.  

Количество липофусцина можно измерить в качестве биомаркера старения в крови. А в марте 2015 ученые нашли новый способ определения уровня липофусцина - посредством тестирования слюны. Результаты: В исследовании участвовало 122 здоровых добровольцев. Содержания липофусцина в слюне и плазме крови были достоверно коррелированы с возрастом (r = 0,551, p = 0,0001, r = 0,528, p <0,0001). Этот тест на содержание липофусцина в слюне является простым, безболезненным и более доступным, по сравнению с другими. Исследования: 1.

Таким образом, научные исследования подтверждают, что липофусцин может быть биомаркером окислительного стресса и старения.

Как вывести липофусцин из организма?

Радикальных способов вывести липофусцин из организма или расщепить пока не существует. Разработка препарата который сможет нейтрализовать или вывести липофусцин из клеток организма приведет к предотвращению развития возрастозависемых заболеваний, замедлению старения, а возможно и реальному омоложению организма! Пока ученые работают над этой проблемой. Но есть некоторые исследования на модельных животных подтверждающие, что его накопление можно уменьшить.

Препараты и вещества уменьшающие и замедляющие накопление липофусцина

• Пирацетам уменьшает накопление - липофусцина в мозге.

Пирацетам - синтетический ноотропный препарат используемый в психиатрии и неврологии, действует на мозг и улучшает память, обучение, повышает познавательные и умственные функции, внимание. Увеличивает скорость импульсов в головном мозге, улучшает микроциркуляцию и метаболизм нервных клеток, синаптическую проводимость, излечивает депрессию и тревожность, уменьшает риск образования тромбов и др. Пирацетам является довольно безопасным медицинским препаратом.

Исследования на модельных животных (крысы), показало, что прием пирацетама уменьшает образование липофусцина в нейронах мозга. Исследование: 1.

• Креатин уменьшает аккумуляцию липофусцина в головном мозге модельных животных.

В мозге мышей, принимающих креатин, наблюдалась тенденция к сокращению активных форм кислорода и к значительно более низкому накоплению липофусцина - "старческого пигмента". В итоге периодическое употребление креатина увеличило продолжительность жизни  мышей на 9%. Исследования: 1. В исследовании также сообщается о защитном действии креатина против такого заболевания старости как болезнь Паркинсона (дрожащий паралич).

Креатин долго не применялся в клинических исследованиях на людях. Креатин оказывает нейропротекторное действие как in vitro, так и in vivo. В 2011 году начались клинические исследования на людях которые давали многообещающие результаты. Особую эффективность и добавочные нейропротекторные эффекты креатин имеет при совместном применении с коэнзимом Q10 (CoQ10) при лечении болезни Паркинсона.

Результаты клинических исследований 2015 года не подтвердили результативность лечения болезни Паркинсона креатином. В исследовании принимали участи 1741 мужчин и женщин с ранним диагнозом и уже лечившие болезнь Паркинсона. Среди пациентов с ранней и прогрессирующей болезнью Паркинсона лечение креатин моногидратом по сравнению с плацебо не улучшало клинические результаты. Исследование: 1.

Результаты другого клинического исследования 2015 года, в котором принимали 75 пациентов при одновременном приеме креатина и коэнзима Q10 (CoQ10) показали улучшение когнитивных функций. Такого вида комбинированная терапия может иметь нейропротективную функцию. Исследование: 1.

Таким образом креатин, возможно, при приеме совместно с другими препаратами может стать многообещающей безопасной пищевой добавкой замедляющей старение, а не только для спортивного питания.

• Метформин уменьшает накопление липофусцина на модельных животных (C. elegans) Исследования: 1, 2.
  
• Чай уменьшает содержание липофусцина

Исследования на модельных животных (мыши) показали, что употребление зеленого чая и чая улун (полуферментированный напиток, которые находится между зеленым и красным чаем, его еще называют "Черный дракон") в течение 16 недель оказало положительный эффект на когнитивные функции и дегенеративные изменения мозга у стареющих мышей, произошло уменьшение липофусцина в гиппокампе и замедление процесса старения.

Ученые делают вывод, что антиоксидантные свойства чая являются важными и перспективными и требуют дальнейших исследований. Исследование: 1.

• Продукты ферментации азиатских грибов вида Monascus (экстракт красного дрожжевого риса) уменьшает содержание липофусцина

Ферментированные продукты - это продукты приготовленные с помощью брожения.
Грибы виды Monascus используются в качестве традиционного пищевого гриба в Восточной Азии. Monascus-ферментированные продукты (МФП) у нас еще называют экстрактом красного дрожжевого риса. Их получают путем добавления споров гриба Monascus purpureas в предварительно вымоченный, очищенный рис. После брожения рис приобретает темно-красный цвет. Активный ингредиентом является Монаколин К (Ловастатин), получается красящее вещество в виде красного порошка.

В Азии Monascus-ферментированные продукты (МФП) используются  в пище, и как важный функциональный продукт для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний. В ходе исследования модельным животным (мыши) добавляли МФП в течение 8 месяцев. В результате исследования установлено мыши, получавшие MP, выявили достоверно более низкие значения числа липофусцина в гиппокампе (p <0,05), чем до приема МФП. Результаты показывают, что диетическое добавление MP может улучшить как обучение, так и память, и замедлить процесс старения. Исследование: 1.

• флаванолы красного вина и флавоноиды семян винограда предотвращает накопление липофусцина в нейронах

Проведенные исследования на модельных животных (крысы) было установлено, что употребление флаванолов, которые находятся в  сухом красном вине (кроме портвейна), предотвращает накопление липофусцина в нейронах мозга. Исследование: 1. Еще флавоноиды семян винограда предотвращают алкогольное накопление липофусцина в нейронах. Исследование: 1.

• куркумин приводит к снижению липофусцина в нейронах

Полифенол куркумина (из корня куркумы) приводил к значительному снижению перекиси липидов и содержанию липофусцина в областях мозга модельных животных (крысы). Исследование продемонстрировало антиоксидантное, антилипофузиногенное и антивозрастное действие куркумина в головном мозге. Исследование: 1.

• центрофеноксин приводит к снижению липофусцина в нейронах

Центрофеноксин - средство от старческой деменции. Наблюдалось значительное уменьшение пигмента липофусцина в эпителии сетчатки у модельных животных (мыши) принимавших центрофеноксин. Хотя точный механизм действия препарата не ясен. Исследование: 1.

• меклофеноксат приводит к удалению липофусцина из сердечной мышцы

Исследования на модельных животных (мыши) подтвердило, что меклофеноксата гидрохлорид удаляет из сердечной мышцы пигмент липофусцина у мышей. Меклофеноксата гидрохлорид - ноотропное средство для лечения заболеваний мозга и невротических состояний в пожилом и старческом возрасте. Исследования: 1.

• активация аутофагии приводит уменьшению накопления  липофусцина. Это можно добиться с помощью периодического краткосрочного голодания (24 часа) или приема рапамицина. Исследования: 1. 2

Профилактические средства для замедления накопления липофусцина

• употребление селена (нормализация количества в организме) приводит к замедлению липофусцина

Селен - микроэлемент с антиоксидантными свойствами, поддерживает ткани эластичными, влияет на пигментацию волос и кожи, замедляет старение. Норма селена 0,8-2,03 мкмоль/л. Естественными источниками селена являются морепродукты, почки, печень, зародыши пшеницы , отруби, помидоры, капуста брокколи, лук и чеснок в свежем виде.
При уменьшение селена в крови менее 0,4 мкмоль/л риск инфаркта миокарда увеличивается в 7 раз.

• фермент (глутатион-S-трансфераза)

Глутатион-S-трансфераза - фермент участвующий в дезинтоксикации и активизируется в присутствии ацетил-L-карнитина, что позволяет уменьшить окисление клеточных липидов и образованию липофусцина. Ацетил-L-карнитин содержится в продуктах питания - в мясе, рыбе, птице, сыре, твороге, а также продается как добавка спортивного питания.

• уменьшает накопление липофусцина альфа-липоевая кислота

На стареющих модельных животных (крысы) показано положительное действие альфа-липоевой кислоты на уменьшение липофусцина. Альфа-липоевая кислота содержится в шпинате, брокколи, почках, печени, сердце.

• Уменьшить накопление липофусцина способны соединения-хелаторы, которые нейтрализуют ионы железа, такой как инозитол-гексафосфат (IP-6).

Продукты содержащие IP-6: бобовые, бурый рис, кунжут. Также инозитол-гексафосфат (IP-6) продается в виде биологически-активной добавки. Другое название инозитол гексафосфата (ИФ6) - фитиновая кислота или фитат. Но инозитол гексафосфата (ИФ6) надо употреблять с осторожностью, так как он снижает биодоступность фосфора, кальция, магния, цинка и других минералов.

• Нормализация потребления железосодержащих продуктов и ненасыщенных быстро окисляемых жирных кислот (омега-6) до необходимого минимума тоже поможет снизить накопление липофусцина.

• для защиты сетчатки глаза от липофусцина, который может привести к дегенерации желтого пятна, необходимо носить солнцезащитные очки.

Заключение

Несмотря на перечисленные исследования по уменьшению и профилактике накопления липофусцина современная наука не имеет эффективного средства разрушающего липофусцин. Надеемся, что благодаря современным технологиям генной инженерии, биотехнологий, нанотехнологий будет найден эффективный инструмент или средство борьбы с липофусцином.

Age Factor

Литература:
А. Москалев, книга "Как победить свой возраст?
Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия"
А. Москалев, книга "120 лет жизни - только начало. Как победить старение?" А.А. Ефимов, Г.Н. Маслякова, Саратовский научно-медицинский журнал, 2009, том 5, №1, с. 111-115."О роли липофусцина в инволютивных и патологических процессах" 
Рева И.В., Рева Г.В., Ямамото Т.Т., Даниленко М.В., Гульков А.Н., Вершинина С.С., Шмелёв М.Е., Тясто В.А., Овчинникова Е.В., Балдаев С.Н. "Старение и ишемия нейронов" // Электронный журнал "Современные проблемы науки и образования". - 2015. - № 2-2.;