6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Молекулярные_и_физиологические_механизмы_старения_в_2_т_,_Т_2_Анисимов

Часть V. Модифицирующие факторы старения как средства для изучения его механизмов

Ò à á ë è ö à 15.15

Влияние мелатонина на продолжительность жизни D. melanogaster

Ï ð è ì å ÷ à í è å. a — MRDT (mortlaity rate doubling time) — среднее время удвоения смертности; * — различие с показателем для самок достоверно, р < 0.05.

(на 40 и 49 % соответственно), что обратно коррелирует с большей продолжительностью жизни самцов. Применение мелатонина привело к достоверному уменьшению содержания продуктов перекисного окисления липидов у самок по сравнению с контролем и нивелировало половые различия в группе.

В опытах Д. М. Измайлова и Л. К. Обуховой (Izmaylov, Obukhova, 1999) исследовалось влияние мелатонина на продолжительность жизни плодовых мушек дикой линии Canton-S. Мелатонин давали только на стадии развития мушек в концентрации 0.08 % от массы питательной среды. Было проведено 5 серий опытов, в которых изменения средней продолжительности жизни самцов дрозофил варьировали от –10.0 до +18.5 %, а у самок — от +2.3 до +12.1 %.

15.13.4.Опыты на червях

Â.В. Бакаев и соавт. (Bakaev et al., 1997) исследовали воздействие мелатонина в разных дозах на продолжительность жизни нематод Caenorhabditis elegans. Трех 3—5-дневных взрослых нематод Ñ. elegans (Bristol, N2) содержали в течение 4 ч в питательной среде, содержавшей E. coli без добавления мелатонина, а затем новорожденных личинок пересаживали в лунки, содержавшие мелатонин в разных разведениях. Животных пересаживали ежедневно в свежий раствор и содержали по одному в лунке. Все исследования проводили при постоянной температуре +21 °С и в условиях темноты.

Как можно судить по данным, представленным в табл. 15.16, ни в одном из использованных разведений мелатонин не увеличивал продолжительность жизни нематод. Более того, в концентрациях от 1 : 106 äî 1 : 1010 мелатонин достоверно уменьшал продолжительность жизни животных.

Другие результаты получены в опытах на плоских червях Paramecium tetraurelia (Thomas, Smith-Sonnebom, 1997). В этих опытах мелатонин до-

201

В. Н. Анисимов

Ò à á ë è ö à 15.16

Влияния мелатонина на продолжительность жизни нематод C. elegans

Ï ð è ì å ÷ à í è å. * — различие с контролем достоверно, p < 0.05.

бавляли в питательную среду в дозе 10 мг/л, инкубировали 23 ч в полной темноте и оценивали показатели продолжительности жизни планарий. Средняя продолжительность жизни 64 клеточных линий составила в контроле 45.6 1.22 дня, тогда как при добавлении мелатонина она увеличи- лась на 22.8 % и составила 56.0 ± 1.63 дня (р < 0.01). Максимальная продолжительность жизни отдельных планарий достигала 67 дней в контроле и 81 день (+20.9 %) при введении мелатонина. Следует отметить, что при увеличении дозы мелатонина в питательной среде продолжительность жизни планарий уменьшалась пропорционально дозе мелатонина. Кроме того, продолжительность жизни колоний делящихся планарий под влиянием мелатонина увеличивалась всего на 6 % по сравнению с контролем (р < 0.05). Авторы полагают, что увеличение продолжительности жизни аэробных одноклеточных планарий под влиянием мелатонина обусловлено его способностью связывать свободные радикалы в клетках.

15.12.5. Влияние мелатонина на развитие новообразований

Известно, что мелатонин обладает антиканцерогенными и противоопухолевыми свойствами. Поэтому снижение его уровня в организме увеличи- вает риск возникновения рака (Bartsch et al., 2001; Anisimov et al., 2006). Применение мелатонина оказывает угнетающее влияние на развитие опухолей у животных высокораковых линий, или развитие которых вызвано введением онкогена или канцерогенных веществ (табл. 15.17).

Можно видеть, что мелатонин тормозит развитие не только новообразований молочной железы, вызываемых как вирусом рака молочной железы

202

Часть V. Модифицирующие факторы старения как средства для изучения его механизмов

Ò à á ë è ö à 15.17

Влияние мелатонина на индуцируемый канцерогенез у лабораторных животных

П р и м е ч а н и е. ДМБА — 7,12-диметилбенз(а)антрацен; MMTV — вирус рака молочной железы мышей; НММ — N-нитрозометилмочевина; ДМГ — 1,2-диметилгидразин; НММ — N-нитрозометилмоче- вина.

или онкогенами у трансгенных животных, так и индуцируемых ДМГ карцином толстой кишки (Anisimov et al., 1997a; Anisimov, 2001), или плоскоклеточных раков шейки матки и влагалища, индуцируемых ДМБА у мышей (Anisimov et al., 2000). Было показано, что применение мелатонина тормозит также развитие спонтанных аденокарцином эндометрия у крыс линии BDII/Han (Deerberg et al., 1997).

15.12.6.Механизмы геропротекторного действия мелатонина

Âтабл. 15.18 суммированы основные данные о физиологических свойствах мелатонина, которые могут быть вовлечены в реализацию его геропротекторного эффекта и способности предупреждать развитие некоторых типов опухолей.

Было изучено влияние мелатонина на экспрессию генов в головном мозге старых (26.5 месяца) мышей CB6F1 (Perreau et al., 2007; Sharman et al., 2007). Мелатонин вводили с кормом в дозе 40 ppm мышам в течение

203

В. Н. Анисимов

Ò à á ë è ö à 15.18

Основные механизмы геропротекторного и антиканцерогенного действия мелатонина

(Reiter, 1995; Reiter et al., 2002; Bartsch et al., 2001; Anisimov, 2001)

2.1 месяца перед исследованием. Сравнивали профиль транскриптома старых мышей, получавших мелатонин, с профилем контрольных мышей такого же возраста и мышей в возрасте 4.5 месяца. Было установлено, что введение мелатонина способствовало проявлению профиля экспрессии генов, свойственного более молодым животным. Наиболее ярко это проявлялось в отношении генов, участвующих в регуляции воспаления и иммунной системы.

Есть основания полагать, что основную роль в геропротекторном действии мелатонина играют его нормализующее влияние на циркадианные ритмы, а также свойства антиоксиданта, влияние на апоптоз и пролиферативную активность тканей, а также иммуномодулирующий эффект. Подробно этот вопрос рассмотрен в ряде недавних работ (Reiter et al., 2002; Anisimov, 2003; Anisimov et al., 2006).

204

Часть V. Модифицирующие факторы старения как средства для изучения его механизмов

15.13.ПЕПТИДНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ФУНКЦИИ ЭПИФИЗА

15.13.1.Геропротекторный эффект пептидных биорегуляторов

Âсерии наших исследований было установлено, что длительное введение пептидного препарата эпифиза эпиталамина увеличивает продолжительность жизни самок крыс (Dilman et al., 1979), двух линий мышей — C3H/Sn и SHR (Anisimov et al., 1982, 1989), а также плодовых мух D. melanogaster (Anisimov et al., 1997). Крысам и мышам эпиталамин в дозе 0.5 мг вводили подкожно начиная с 3.5-месячного возраста, курсами по 5 раз в неделю до естественной смерти. Контрольные животные получали по такой же схеме физраствор. Дрозофил обрабатывали эпиталамином на стадии ли- чинок, добавляя его в питательную среду в концентрации 0.01 %. Исследовали взрослых мушек, содержавшихся уже без эпиталамина.

Применение эпиталамина увеличивало среднюю продолжительность жизни всех исследованных животных. Время достижения 90%-ной смертности и максимальная продолжительность жизни возрастали у дрозофил, крыс и мышей C3H/Sn, но не SHR. Скорость старения, рассчитываемая как параметр a уравнения Гомпертца, снижалась на 52 % у дрозофил и крыс и на 27 % у мышей C3H/Sn и не менялась у мышей SHR. Соответственно увеличивалось или не менялось время удвоения интенсивности смертности (табл. 15.19, рис. 15.14).

У мышей С3Н/Sn и SHR эпиталамин достоверно снижал частоту развития опухолей (табл. 15.20). Еще более выраженным было снижение общего числа опухолей и соответственно среднего числа в расчете на животное. Важно отметить, что продолжительность жизни животных без опухолей возрастала на 41 % у мышей C3H/Sn и на 26 % у мышей SHR, что свидетельствует о непосредственно геропротекторном действии эпиталамина.

При введении эпиталамина с 15-месячного возраста, когда обычно на- чинаются возрастные нарушения репродуктивной функции, наблюдалось снижение частоты развития новообразований (с 43 до 28 %) и некоторое увеличение (на 11 %) средней продолжительности жизни. Максимальная продолжительность жизни животных увеличилась почти на 3 месяца. Заслуживает внимания тот факт, что 23 % крыс, которым вводили эпиталамин, жили дольше, чем прожившая максимальный срок крыса из контрольной группы (Анисимов, Хавинсон, 1991).

Влияние сконструированного на основании аминокислотного анализа эпиталамина пептида эпиталона (Ala-Glu-Asp-Gly) на скорость старения

èпродолжительность жизни плодовых мушек D. melanogaster исследовалось на дикой линии Canton S и инбредной линии ВЭС, селектированной на высокий уровень эмбриональной смертности, а также на серии высокоинбредных линий, селектируемых на низкую половую активность самцов. Тетрапептид добавляли в питательную среду для личинок в концентрации 0.00001 %. Эта доза в 1000 раз меньше по сравнению с использован-

205

Â.Н. Анисимов

Òà á ë è ö à 15.19

Влияние эпиталамина на продолжительность жизни лабораторных животных

П р и м е ч а н и е: MRDT — время удвоения интенсивности смертности. Различие с контролем достоверно: * — p < 0.05; ** — p < 0.01; *** — p < 0.001.

Ò à á ë è ö à 15.20

Влияние эпиталамина на развитие спонтанных опухолей у самок мышей

Ï ð è ì å ÷ à í è å. * — различие с контролем достоверно, р < 0.01.

206

Часть V. Модифицирующие факторы старения как средства для изучения его механизмов

Рис. 15.14. Влияние эпиталамина на смертность самок плодовых мух, мышей и крыс (Anisimov, 1998).

По оси абсцисс — возраст, сут.; по оси ординат — ln интенсивности смертности. Сплошная линия — контроль; штриховая линия — введение эпиталамина. À — D. melanogaster, Á — ìûøè SHR, Â — крысы, Ã — ìûøè Ñ3H/Sn.

ной дозой эпиталамина. Даже в такой концентрации эпиталон увеличи- вал среднюю продолжительность жизни на 25—40 % в зависимости от линии и пола. Сравнение этих данных с результатами, полученными при использовании эпиталамина, позволяет предполагать, что эпиталон является более эффективным геропротектором. Так, увеличение СПЖ у самок линии ВЭС составляет соответственно 26 % для тетрапептида и 17 % для эпиталамина, а изменение времени удвоения смертности 70 и 32 % соответственно. При этом следует учитывать, что использованная доза тетрапептида была в 1000 раз меньше дозы эпиталамина (табл. 15.21) (Khavinson, 2002).

207

Â.Н. Анисимов

Òà á ë è ö à 15.21

Влияние эпиталона на продолжительность жизни D. melanogaster

Ï ð è ì å ÷ à í è å. * — отличие от контроля достоверно, p < 0.05.

Дрозофилам линии Canton эпиталон добавляли в среду развития личи- нок в различных концентрациях. Определялась продолжительность жизни взрослых дрозофил, содержавшихся без эпиталона. Установлено, что диапазон концентраций пептида, при которых наблюдается увеличение продолжительности жизни самцов, беспрецедентно широк — от 0.001 10–6 äî 5.0 10–6 % (различие в 5000 раз). При этом наименьшая концентрация столь же эффективна, сколь и наибольшая (увеличение СПЖ в среднем на 13 %). В опытах на самках пептид проявил достоверную геропротекторную активность в концентрациях от 0.01 10–6 äî 0.1 10–6 %, увеличивая СПЖ на 13.4 и 11.8 % соответственно. Следует отметить, что эпиталон добавлялся только на личиночной стадии, а продолжительность жизни увеличивалась у взрослых дрозофил. Между этими стадиями у дрозофил происходит полный метаморфоз, сопровождающийся лизисом тканей личинок и куколок и построением взрослого организма из немногочисленных клеток имагинальных дисков. Влияние, оказанное на личинок, может быть передано на взрослый организм только через генетический аппарат этих клеток. Следовательно, эпиталон воздействует на генетический аппарат личинок таким образом, что это увеличивает продолжительность жизни взрослых насекомых (Khavinson, 2002).

Действие синтетических пептидов вилона и эпиталона на продолжительность жизни и корреляты биологического возраста у самок мышей СBA были изучены параллельно в сравнении с действием мелатонина (Anisimov et al., 2001a, 2001b). Подопытным животным с шестимесячного возраста в течение всей последующей жизни курсами по 5 дней подряд ежемесячно делали подкожные инъекции вилона или эпиталона в разовой дозе 0.1 мкг на животное. Животные контрольной группы по такой же схеме получали

208

Часть V. Модифицирующие факторы старения как средства для изучения его механизмов

Ò à á ë è ö à 15.22

Продолжительность жизни и развитие опухолей у мышей CBA, получавших пептидные биорегуляторы или мелатонин

Ï ð è ì å ÷ à í è å. # — у двух мышей развилось по 2 опухоли этой локализации; ## — у одной мыши развилось 2 аденомы легкого. Различие с контролем достоверно: * — p < 0.05; ** — p < 0.01.

инъекции 0.1 мл 0.9 % изотонического раствора NaCl. Дополнительной группе животных по той же схеме вводили с питьевой водой мелатонин (20 мг/л). За животными наблюдали до их естественной гибели.

Все три препарата увеличивали продолжительность жизни мышей (табл. 15.22). Все препараты снижали температуру тела, не влияли на динамику массы тела и потребление корма, но снижали локомоторную и двигательную активность животных, оцениваемую по пересечению квадратов в открытом поле (эпиталон > мелатонин > вилон). Применение вилона повышало физическую активность (определяемую по грумингу) и выносливость (по способности висеть на натянутой струне), тогда как эпиталон и мелатонин не влияли на эти параметры. Вилон не оказывал влияния на возрастные изменения эстральной функции и свободнорадикальные процессы, тогда как мелатонин и особенно эпиталон замедляли старение репродуктивной системы и угнетали свободнорадикальные процессы в тканях мышей. Эпи-

209

В. Н. Анисимов

Ò à á ë è ö à 15.23

Сравнение эффектов вилона, эпиталона и мелатонина*

Ï ð è ì å ÷ à í è å. * — по сравнению с соответствующим показателем в контрольной группе; 0 — отсутствие эффекта; (+) — увеличение; (–) — снижение; à — злокачественные опухоли.

талон и вилон угнетали развитие спонтанных новообразований, тогда как мелатонин повышал число злокачественных опухолей (табл. 15.22

è15.23).

Âопытах И. А. Виноградовой и соавт. (2007а, 2008) эпиталон вводили самцам и самкам крыс, содержавшихся в условиях стандартного светового режима (12 ч — свет, 12 ч — темнота) (LD), естественного светового режима Северо-Запада России (Петрозаводск) (NL) или постоянного освещения (LL). Было установлено, что в условиях естественного режима освещения и постоянного освещения у животных наблюдалось ускорение старения и уменьшение средней и максимальной продолжительности жизни. У животных наблюдалось преждевременное выключение эстральной функции и увеличивалась частота развития новообразований. Применение эпиталона оказывало нормализующее влияние на многие гормонально-метаболиче- ские показатели и предупреждало развитие возрастной патологии, включая опухоли (рис. 15.15 и 15.16).

15.13.2. Влияние пептидов, регулирующих функцию эпифиза, на развитие опухолей

Влияние эпиталамина и эпиталона на развитие перевиваемых, спонтанных и индуцированных различными канцерогенными агентами опухолей рассмотрено нами в ряде публикаций (Anisimov et al., 1994, 2002, 2003,

210