Введение к работе
Актуальность проблемы
В связи с глобальным постарением населения и связанным с ним увеличением заболеваемости злокачественными новообразованиями [Напалков Н.П., 2004] ключевое значение имеет проблема профилактики и предупреждения преждевременного старения и развития ассоциированной с возрастом патологии.
Существует много теорий происхождения рака и развития возрастных изменений в организме [Анисимов В.Н., 2008]. Согласно свободно-радикальной теории, в механизмах старения и ассоциированных с ним заболеваний, включая рак, важную роль играет возрастное накопление окислительных повреждений макромолекул свободными радикалами [Harman D., 1956; 1994; Эмануэль Н.М., 1975; Cutler R., 1991; Shigenaga М.К. et al., 1994]. Известно, что свободные радикалы, в частности, активные формы кислорода (АФК) образуются и накапливаются преимущественно в митохондриях. Поэтому перспективным направлением в разработке геропротекторов является использование антиоксидантов, способных целенаправленно проникать внутрь митохондрий, аккумулироваться там и снижать уровень свободно-радикальных процессов [Северин С. Е. и др., 1970; Murphy М.Р., 2001; Skulachev V.P., 2007].
Нацеленные на митохондрии антиоксидант, такие как MitoQ (на основе убихинона) и MitoVitE (на основе модифицированного витамина Е), уже в микромолярных концентрациях селективно блокируют окислительные повреждения митохондрий и предотвращают апоптоз, индуцируемый перекисью водорода [Tauskela J.S., 2007]. Однако установлено, что разница между концентрациями данных веществ, оказывающих антиоксидантный и прооксидантный эффект, очень мала [Doughan А.К. et al., 2007].
Для снижения риска прооксидантной активности было предложено использовать пластохинон вместо убихинона. Синтезированная молекула ЮЕ(б'-пластохинонил) децилтрифенилфосфоний получила название SkQl [Skulachev V.P., 2007]. Была выявлена хорошая проницаемость SkQl через фосфолипиды мембраны; большая антиоксидантная и меньшая прооксидантная активность, по сравнению с аналогичным препаратом на основе убихинона (MitoQ). Предполагается, что SkQl, инактиви-
руя АФК внутри митохондрии, может замедлять развитие программы старения [Skulachev V.P., 2007].
SkQl тормозил проявление признаков старения и увеличивал продолжительность жизни грибов (P. anserina), ракообразных (С. affinis), насекомых (D. melanogaster) [Анисимов В.Н. и др., 2008], рыб (N. funzeri) и млекопитающих (мутантных по мтДНК мышей, нокаутных р53~~ мышей, крыс OXYS) [Skulachev M.V. et al., 2011]. Поэтому необходимо дальнейшее исследование геропротекторных свойств SkQl в эксперименте.
Старение связано также с возрастными изменениями регуляторных систем организма - нейроэндокринной и иммунной. Согласно элевацион-ной теории старения В.М. Дильмана [Дильман В.М., 1987], у высших организмов с возрастом повышается порог чувствительности гипоталамуса к регуляторным гомеостатическим сигналам, что приводит к развитию метаболических нарушений, повышающих вероятность злокачественной трансформации клетки и способствующих возникновению рака.
Этот процесс может тормозиться при введении веществ, способных повышать чувствительность тканей к инсулину, улучшать толерантность к углеводам и снижать уровень липидов. В ряде опытов на различных линиях мышей (SHR, HER-2/neu, NMRI и др.) было показано, что антидиабетические бигуаниды (метформин, фенформин, буформин) оказывают выраженное геропротекторное действие и тормозят развитие спонтанных опухолей молочной железы [Anisimov V.N. et al., 2005; 2008; 2010]. Поэтому представляется перспективным исследование сочетай-ного воздействия препарата SkQl и метформина на процессы старения, продолжительность жизни и канцерогенез.
Использование геропротекторов предполагает их длительное введение. В связи с этим, актуальным является всестороннее изучение действия геропротекторных препаратов в эксперименте, позволяющее оценить их безопасность и влияние не только на старение, но и на развитие различных патологических процессов, включая опухоли [Анисимов В.Н., 2008].
В отделе канцерогенеза и онкогеронтологии ФГБУ «НИИ онкологии им. Н.Н. Петрова» Минздравсоцразвития России с этой целью используются аутбредные мыши SHR, инбредные мыши 129/Sv, а также трансгенные мыши HER-2/neu. У животных исследуются различные
показатели биологического возраста (масса и температура тела, количество потребляемого корма и воды, эстральный цикл, поведенческие реакции и внешние признаки старения), параметры продолжительности жизни, развитие опухолевой и неопухолевой патологии [Anisimov V.N. et al., 2007].
Комплексное исследование показателей старения и канцерогенеза под воздействием направленного на митохондрии антиоксидант SkQl у аутбредных, инбредных, трансгенных мышей, а также сочетания SkQl с метформином позволит оценить возможный геропротекторный и антиканцерогенный потенциал данного препарата.
Цель и задачи исследования
Цель исследования состояла в изучении действия препарата SkQl в различных дозах, а также его сочетания с метформином на показатели биологического возраста, продолжительность жизни, развитие опухолевой и неопухолевой патологии у самок мышей различных линий (SHR, 129/Sv и HER-2/neu).
В задачи исследования входило:
1. Оценить влияние SkQl в различных дозах на показатели
биологического возраста у мышей аутбредной линии SHR, инбредной
129/Sv и трансгенной HER-2/neu.
2. Исследовать влияние различных доз SkQl на параметры
продолжительности жизни и особенности популяционного старения у
мышей трех линий.
Исследовать влияние SkQl на особенности спонтанного канцерогенеза у мышей различных линий.
Оценить влияние SkQl на развитие неопухолевой патологии у мышей трех линий.
Сравнить эффекты SkQl, антидиабетического бигуанида метфор-мина и их сочетания на старение, продолжительность жизни и развитие новообразований у мышей SHR.
Научная новизна исследования
1. Впервые проведено сравнительное исследование влияния длительного применения препарата SkQl на показатели биологического возраста, продолжительность жизни и развитие спонтанных опухолей и
неопухолевых возрастных патологических процессов у мышей различных линий.
Впервые проведена сравнительная оценка влияния SkQl, метформина и их сочетания на параметры продолжительности жизни и спонтанного канцерогенеза у самок мышей SHR.
Впервые установлено наличие потенциального геропротектор-ного эффекта SkQl у самок мышей SHR и отсутствие токсического и канцерогенного эффекта длительного применения SkQl у самок мышей SHR, 129/Sv и HER-2/neu.
Научно-практическая ценность работы
Результаты имеют теоретическое и практическое значение. Полученные в результате исследования данные подтверждают представления о роли генерируемых в митохондриях свободных радикалов в механизмах канцерогенеза и старения, а также о значении системных изменений в этих процессах.
В практическом плане получены данные о безопасности длительного применения нацеленного на митохондрии пластохинона SkQl у мышей и наличии у SkQl геропротекторных свойств, что свидетельствует о перспективности дальнейших предклинических испытаний препарата для оценки его возможного применения с целью предупреждения преждевременного старения и развития ассоциированной с возрастом патологии, включая опухоли.
Основные положения, выносимые на защиту
При введении в дозах 0,5-2500 нмоль/кг/сутки SkQl тормозил возрастные изменения основных биомаркеров старения самок аутбредных мышей SHR, не влияя на старение инбредных мышей 129/Sv и трансгенных HER-2/neu.
Применение SkQl в дозах 0,5-50 нмоль/кг значительно (до 45%) увеличивало продолжительность жизни самок мышей SHR.
Длительное введение SkQ 1 в широком диапазоне доз не оказывало влияния на спонтанный канцерогенез у мышей SHR, 129/Sv и HER-2/neu.
4. Введение препарата SkQl мышам SHR сопровождалось
значительным снижением смертности от неопухолевой патологии
преимущественно инфекционного характера.
5. Не выявлено аддитивного действия метформина при его сочетан-ном введении с SkQl на параметры продолжительности жизни, развитие опухолевой и неопухолевой патологии у самок мышей SHR.
Апробация диссертации
Основные результаты работы были представлены на отечественных и международных научных форумах: II международной конференции «Ионы Скулачева» (Суздаль, 2008); IV, V, VI Российских научных конференциях «Фундаментальная онкология. Петровские чтения» (Санкт-Петербург, 2008, 2009, 2010); II Санкт-Петербургском международном экологическом форуме «Окружающая среда и здоровье человека» (Санкт-Петербург, 2008); II международном форуме по нанотехнологиям «Роснанотех 2009» (Москва, 2009); международной конференции "From Homo sapiens to Homo sapiens liberates" (Москва, 2010); VII международной конференции по митохондриальной физиологии "The Many Functions of the Organism in our Cells" (Обергугль, Австрия, 2010).
Основные результаты и положения диссертационного исследования полностью отражены в публикациях.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 160 страницах, иллюстрирована 42 рисунками и 24 таблицами. Работа состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания материалов и методов исследования (глава 2), изложения результатов собственных исследований (глава 3), их обсуждения (глава 4), выводов и библиографического указателя, включающего 208 источников, в том числе 50 отечественных и 158 зарубежных.
