Новые горизонты в исследовании NADH о его воздействии на показатели когнитивной деятельности
Никотинамидадениндинуклеотид в восстановленной форме NADH – очень важный кофермент в каждой живой клетке, поскольку играет решающую роль в производстве аденозинтрифосфата (АТФ) путем окислительного фосфорилирования в митохондриях. А, как известно, без АТФ в организме невозможна абсолютно ни одна энергопотребляющая реакция. Следовательно, чем больше NADH доступно в клетке, тем больше энергии АТФ она способна произвести [Stryer, 1988]. Но этим не ограничивается значение NADH. Этот кофермент борется с окислительными процессами в организме, вызванными свободными радикалами, выступая в качестве антиоксиданта [Kirsch & De Groot, 2001].
Не удивительно, что никотинамидадениндинуклеотид привлекает серьезное внимание многих специалистов и, прежде всего неврологов, психиатров. В исследованиях, проводимых ими, демонстрируется способность NADH (стабилизированной абсорбируемой формы для приема внутрь) облегчать симптомы болезни Альцгеймера [Birkmayer, 1996], болезни Паркинсона [Birkmayer et al., 1993], синдрома хронической усталости [Forsyth et al., 1999]. Препараты NADH способствуют менее тяжелому течению депрессии [Birkmayer & Birkmayer, 1991], положительно влияют на состояние человека при синдроме смены часовых поясов, при дефиците сна [Kay, 2001]. Учеными получены данные, что дополнительное введение NADH оказывает благоприятное воздействие, как на физическую, так и на умственную деятельность человека [Birkmayer, 2000; Burke, 1999].
В качестве примера можно привести исследование профессора Джорджа Биркмайера и его коллег [Birkmayer, 2001]. Предшествующие работы уже показывали, что NADH улучшает показатели физической и умственной деятельности в течение периода от 3 до 10 дней. Целью работы, о которой идет речь, было определение времени, в течение которого начинает развиваться положительное действие на показатели когнитивной функции сублингвально введенного NADH (данные исследований на крысах показывали, что концентрация NADH в коре головного мозга увеличивается через 30 минут после внутривенного введения или приема внутрь).
Материалы и методы
В исследование приняли участие 27 здоровых добровольцев (11 мужчин и 16 женщин) в возрасте от 17 до 69 лет, давшие информированное согласие. Испытуемые, без предварительной подготовки, следуя лишь кратким указаниям, выводившимся на экран, выполнили четыре теста (американской компании «Lumos Labs Incorporated») для проверки показателей когнитивной функции.
Тест 1: Скоростное сопоставление (Speed Match) ‒ упражнение, выполняемое на высокой скорости, тренирует способность мозга обрабатывать информацию и таким образом улучшает широкий спектр когнитивных навыков. «Скоростное сопоставление» ‒ это проверка скорости и времени реакции.
Соответствует ли текущая карта предыдущей? Совпадает ли символ с предыдущим, быстро отвечайте: «ДА» или «НЕТ».
Тест 2: Сопоставление цветов (Colour Match) ‒ это проверка мышления на гибкость. Необходимо ответить на вопрос: соответствует ли значение первого слова фактическому цвету второго слова?
Тест 3: Колебания (Ebb or Flow) ‒ при выполнении теста необходимо сосредоточиться на двух разных вещах. Во-первых, в каком направлении указывают кончики зеленых листьев, а, во-вторых, в каком направлении движутся желтые листья. Затем провести по экрану в соответствующем направлении. Проверяется способность переключаться между двумя когнитивными процессами. Данный тест измеряет гибкость мышления.
Тест 4: Сокровища прилива (Tidal Treasures) ‒ позволяет оценить способность обработки информации и память.
Он содержит три разных уровня «пляжей», где нужно собирать вещи. Выбирайте уникальное сокровище из все большего и большего количества выброшенных на берег вещей. Нужно нажимать на другой символ каждый раз, когда на «пляже» появляются новые объекты. Если вы нажмете на уже выбранный вами элемент, тест будет завершен.
Тест улучшает способность мозга обрабатывать поступающую информацию и улучшать когнитивные функции. Он был разработан для улучшения кратковременной памяти.
После прохождения тестов участники исследования принимали одну таблетку, содержащую 100 мг NADH, сублингвально. Через 30 минут после ее приема испытуемые повторно выполняли те же тесты.
Различия между результатами тестирования «до и после» ученые тщательно сравнивали, они также провели гендерный статистический анализ различий в показателях когнитивных функций мужчин и женщин, людей разных возрастов (моложе и старше 30 лет).
Результаты и обсуждение
Настоящее исследование показало, что после приема NADH никакого различия в показателях когнитивных функций между мужчинами и женщинами не наблюдалось (табл.1).
И жили они долго и счастливо — что такое CRM и с чем его едят
Суда Сюй Фу. Картина японского живописца Утагавы Куниёси (1797–1861).
Автор
Редактор
Статья на конкурс «био/мол/текст»: В Древнем Китае императоры очень хотели найти эликсир бессмертия и отправляли целые экспедиции на его поиски. Так, в 219 г. до н.э. император Цинь Шихуанди из династии Цинь послал к Восточному Морю даосского алхимика Сюй Фу и 500 юношей c 500 девушками впридачу. Они не вернулись и, по легенде, нашли Японию. Если бы император жил в наше время, ему бы не пришлось тратить казну на такие экстремальные мероприятия: он мог бы просто держать при дворе ученых, изучающих CRM (caloric restriction mimetics) — вещества, которые имитируют эффект ограничения калорий и, возможно, станут нашим эликсиром бессмертия. О них и пойдет речь в статье.
Конкурс «био/мол/текст»-2018
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2018.
Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Спонсором приза зрительских симпатий выступил медико-генетический центр Genotek.
Мы живем дольше — но не здоровее. Есть ли решение проблемы?
Ожидаемая продолжительность жизни стабильно растет, и население Земли, в глобальном смысле, стареет. Так, предположительно, к 2030 году население старше 65 лет будет составлять уже 19,3% — против 13% в 2010 году [1].
Однако, по данным ВОЗ, сам по себе возраст является основным фактором риска развития серьезных заболеваний, которые часто становятся причинами смерти [1]. Это сердечно-сосудистые и некоторые нейродегенеративные заболевания (например, болезнь Альцгеймера [2], [3]), злокачественные опухоли и диабет II типа (как ни удивительно, по прогнозам ВОЗ, к 2030 году он будет занимать седьмое место среди причин смертности). Ожидается, что в течение 20 следующих лет число людей, страдающих от этих заболеваний, удвоится [1]. Что же делать?
Пока найдено несколько стратегий, и три из них связаны с изменением образа жизни — это ограничение потребления калорий, интервальное голодание (режим питания с длительными периодами без приемов пищи) и достаточная физическая активность. Но лишь немногим хватает самодисциплины, чтобы изменить свой образ жизни и поддерживать его [4], [5]. Что делать остальным?
Кажется, есть альтернативное решение — CRM (caloric restriction mimetics) [8]. Это большая группа веществ, и сейчас активно ведутся их испытания и поиск новых соединений. Большинство из CRM пока существует только в виде БАДов и традиционных средств лечения, но есть и те, что уже используются в доказательной медицине.
Решений много, но в чем суть?
Несмотря на кажущееся разнообразие решений, все они направлены на одно — усиление аутофагии — процесса, при котором клетка «переваривает» собственные структуры. Это необходимо для ее обновления и удаления «отслуживших своё» частей [9], [10]. Скорость аутофагии увеличивается при недостатке питательных веществ и под действием CRM.
Регуляция аутофагии — сложный процесс, в котором участвует много путей оповещения клетки. Клетка может реагировать на сигнал двумя способами:
Главные из таких модификаций — присоединение к молекуле полипептида фосфатной или ацетильной группы. Так регулируется состояние и активность многих белков, в том числе ферментов. Источниками этих групп являются молекулы АТФ и ацетилкофермента А (ацКоА), и их содержание в клетке говорит о наличии в ней энергетических запасов и питательных веществ. Так, молекула АТФ запасает энергию в собственных связях и необходима для протекания большинства энергозатратных реакций, которых в клетке очень много. А ацетил-КоА — продукт расщепления глюкозы, аминокислот с разветвленными цепями и жирных кислот, то есть почти всех питательных веществ. Есть и NADH — важный игрок, который поставляет электроны для многочисленных окислительно-восстановительных реакций. Получается такая цепочка, как на рисунке 1.
Рисунок 1. Как поступление питательных веществ контролирует протекание реакций и состояние ферментов в клетке
Как это реализуется на молекулярном уровне? Посмотрим поближе — рисунок 2.
Рисунок 2а. Схема молекулярных каскадов регуляции аутофагии при поступлении в клетку питательных веществ и факторов роста
Рисунок 2б. Схема молекулярных каскадов регуляции аутофагии при отсутствии питательных веществ и факторов роста
Схема кажется запутанной, но все не так сложно:
Аутофагия — процесс, необходимый для нормальной жизни клетки. Он помогает:
Неудивительно, что нарушения аутофагии тесно связаны с развитием многих заболеваний, включая нейродегенеративные и сердечно-сосудистые, а также с образованием злокачественных опухолей и воспалительных процессов [10].
Неужели так просто?
К сожалению, связь не всегда удачная — в зависимости от ситуации аутофагия может как помогать клеткам справляться со стрессом и выживать, так и окончательно разрушать их. Да и в зависимости от заболевания и его стадии бывает нужно либо сохранять, либо убивать клетки.
Так, например, происходит на разных стадиях развития злокачественных опухолей. На ранней стадии аутофагия может помогать организму — она стабилизирует геном клеток и удерживает их рост и деление. Но на поздних стадиях может, наоборот, помогать раковым клеткам. Например, часто бывает, что внутри опухоли плохо развита кровеносная система, и клеткам не хватает питательных веществ. А аутофагия помогает им использовать то, что есть (то есть собственные структуры) и выживать. Или из-за нее может хуже работать лечение — химио-, радио- и другие терапии.
Так же и при сердечно-сосудистых заболеваниях. Показано, что нарушения процесса аутофагии связаны с развитием сердечной недостаточности и болезни Данона (при которой клетка не может расщепить гликоген и накапливает его). А вот при нарушении кровоснабжения ткани сердца — ишемии — аутофагия помогает клеткам переживать стресс (так же, как и при плохом кровоснабжении опухоли).
Белковые включения и агрегаты в нейронах и межклеточном веществе играют ключевую роль в развитии некоторых нейродегенеративных заболеваний. В болезни Альцгеймера это — бета-амилоиды и нейрофибриллярные клубки из тау-белка. В болезни Паркинсона и некоторых других заболеваниях — тельца Леви, образованные из разных белков, полисахаридов и жирных кислот [13], [14]. В болезни Хантингтона — включения из белка хангтингтина [15]. Аутофагия же помогает клеткам рассасывать белковые агрегаты, и, возможно, с ее помощью их удастся вылечить.
Аутофагия важна и в процессах, связанных с инфекциями и иммунным ответом: в зависимости от вида патогена она может помогать ему или хозяину и она же является одним из поставщиков кусочков патогенных молекул для презентации антигена и развития иммунного ответа. Есть и данные о связи нарушения аутофагии с ожирением и диабетом второго типа.
Старение — очень сложный процесс, но одна из его черт — уменьшение скорости аутофагии и накопление продуктов метаболизма внутри клеток. Это может приводить ко всем упомянутым заболеваниям и, в итоге, к уменьшению продолжительности жизни. Стимуляция же аутофагии уменьшает вероятность развития связанных с возрастом болезней и увеличивает среднюю продолжительность жизни — и это уже показано на самых разнообразных объектах — от дрожжей и нематод до грызунов и макак [9].
Что же делать?
Как мы уже говорили, остаться молодыми поможет диета или физическая активность. К сожалению, самодисциплина хромает, и на них не приходится полагаться: по данным ВОЗ, уровень ожирения увеличился почти в три раза за последние 40 лет по всему миру [16]. И тренд, похоже, не собирается меняться: ученые из Гарвардской школы общественного здравоохранения считают, что более 57% современных детей в США будут страдать ожирением к 35 годам [17].
Поэтому важно искать фармакологические методы — и перспективными кажутся CRM, которые имитируют эффект диеты на аутофагию и здоровье.
Как мы уже обсудили, запуск аутофагии и ее регуляция — сложные процессы с кучей участников. А на каждого такого участника можно повлиять — это и делают CRM. Поэтому кандидатов на роль будущих лекарств очень много.
На заре исследований было предложено использовать антигликолитики (вещества, мешающие гликолизу) и ингибиторы переваривания и всасывания жиров и углеводов. Но вмешательство в такие процессы слишком глобально и затрагивает реакции, которые трогать не стоит. Из-за этого такие добавки небезопасны и имеют слишком много побочных эффектов — например, показано, что антигликолитик 2-дезоксиглюкоза обладает кардиотоксичностью [18].
Поэтому лучше, чтобы мишенями CRM были элементы, представленные на рисунке 2 — тогда действие лекарств будет точнее. Для любого фермента можно подобрать свои ингибиторы и активаторы, а также индукторы или супрессоры транскрипции. Сейчас исследования сосредоточились на нескольких контрольных точках:
Конечно, деление несколько условно, и его точечность преувеличена — у вещества может быть множество эффектов, одно- или разнонаправленных, положительных или отрицательных. Мы увидим, что CRM влияют на самые разные патологии, но механизмы их действия до сих пор не до конца изучены — непонятно даже, все ли из них связаны с аутофагией, или есть и совсем другие пути. Поэтому так важно точно проследить действие каждого вещества и сопоставить выгоду, которую может получить пациент, с возможными побочными эффектами.
Уровень ацетил-КоА
На содержание ацКоА в клетке может влиять гидроксицитрат, или гидроксилимонная кислота. Показано, что это вещество ингибирует фермент цитратлиазу, который синтезирует ацетил-КоА в процессе расщепления углеводов. Под действием гидроксицитрата ацКоА не образуется, и его уровень в клетке снижается. Гидроксицитрат содержится в плодах гарцинии камбоджийской и в гибискусе (а, значит, есть в составе карри и чая каркадэ) и входит в состав многочисленных жиросжигательных БАДов.
Рисунок 3. Примеры БАДов, которые содержат гидроксицитрат
Действительно, показано, что гидроксицитрат усиливает синтез белков у крыс [19] и снижает накопление жировых капель в куриных гепатоцитах [20]. Однако к людям это почти не относится: если добавки и обладают каким-то эффектом, то очень небольшим и краткосрочным [21]. К тому же зарегистрированы случаи, когда их употребление приводило к дисфункциям мужской репродуктивной системы — правда, скорее всего, это можно списать на недостатки производства [22], [23].
Уровень NADH
Как мы уже говорили, соотношение NAD и NADH контролирует активность ферментов сиртуинов. А изменить его могут предшественники NAD — никотинамид, никотиновая кислота (витамин B3, или ниацин) и никотинамида рибозид [24].
Рисунок 4. Примеры БАДов и лекарств, которые содержат никотинамид, ниацин и никотинамида рибозид
Уже показано, что никотинамида рибозид может регулировать окислительный стресс в нейронах, а также уменьшать патологии тау-белка и бета-амилоида и улучшать когнитивные показатели при болезни Альцгеймера [25]. Кроме того, он может предотвращать дегенерацию нейронов при эксайтотоксичности — патологии, при которой нейромедиаторы гиперактивируют рецепторы мозга, что приводит к повреждениям и смерти нейронов [26]. А так как эксайтотоксичность играет роль в патогенезе разнообразных дегенеративных заболеваний — от Альцгеймера до Паркинсона и рассеянного склероза — никотинамида рибозид теоретически может помочь при всех этих патологиях, но это еще предстоит изучить. В свою очередь никотинамид поддерживает функционирование сердца при кардиомиопатии [27]. Впрочем, праздновать рано, так как все эти исследования использовали только нейронные культуры и мышиные модели — то есть до человека пока далеко.
А вот действие никотиновой кислоты уже исследовалось на людях, и ее уже применяют для повышения уровня «хорошего» холестерина (высокой плотности) [28]. Впрочем, это не гарантирует эффективность в предотвращении сердечно-сосудистых заболеваний [29]. Также есть данные о том, что ниацин может положительно влиять на детское ожирение, но их слишком мало, чтобы делать однозначные выводы [30].
Активность сиртуинов
Активность сиртуинов можно регулировать некоторыми полифенолами [31], [32]. Например, в винограде, орехах, зеленом чае и красном вине содержится ресвератрол — возможная причина французского парадокса — относительно низкого уровня коронарной болезни сердца у нации, которая потребляет много холестерина и насыщенных жиров.
Рисунок 5. Примеры БАДов, которые содержат ресвератрол, катехин и кверцетин
Действительно, есть данные, что ресвератрол и его производные положительно действуют на микробиоту и — через нее — на сердечно-сосудистую систему и развитие ожирения [33]. Есть и исследования, которые говорят о влиянии ресвератрола на восстановление нейронов при болезни Альцгеймера [34]. Все это — пока на мышиных моделях. Но и у людей есть повод для радости: показано, что ресвератрол действительно работает как антиоксидант, и у принимавших его пациентов с диабетом II типа значительно уменьшились показатели маркеров окислительного стресса, а также индекс массы тела и кровяное давление [35].
Есть и другие полифенолы, такие как кофейная кислота и группа флавоноидов — катехин, эпикатехин и эпигаллокатехин, кверцетин и др. Так, еще с 90-х годов XX века кверцетин исследовали на предмет профилактики сердечно-сосудистых заболеваний — что важно, как на животных, так и на людях. Показано, что он понижает кровяное давление и, действительно, помогает. Причем в действие могут быть вовлечены и антиоксидантные свойства самого кверцетина, и эндотелий, и ангиотензинпревращающий фермент [36].
Активность P300
Веществ, которые могут влиять на активность фермента P300 — тьма, и изучены они лучше всех.
Рисунок 6. Примеры БАДов, которые содержат гарцинол, куркумин, спермидин и эпигаллокатехин-3-галлат
Вот анакардическая кислота может, влияя на биоэнергетические процессы клетки, приводить к митохондриальному стрессу и ингибировать пролиферацию культуры клеток рака молочной железы [37]. То есть, по сути, это один из митоканов, класса противораковых препаратов, цель которых — нарушение функционирования митохондрий и образование в них АФК (активных форм кислорода) [38]. Есть и другие механизмы, через которые анакардическая кислота может влиять на развитие рака. Так, она способна ингибировать ангиогенез (образование новых сосудов) внутри опухоли, тем самым лишая раковые клетки доступа к питательным веществам [39]. Или работать в синергии с другими препаратами: есть in vitro исследование, в котором анакардическая кислота, загруженная в липосомы вместе с митоксантроном (противоопухолевым препаратом), повышала его эффективность и в то же время защищала нормальные, нераковые, клетки [40].
Гарцинол тоже неплохо изучен [41]. Показано, что он обладает антиоксидантным, противомикробным и противораковым действиями, и уже накоплено столько исследований in vitro и на животных моделях, что осталось проверить его токсичность и фармакокинетику — и можно переходить к клиническим испытаниям [42–44].
Куркумин не отстает — его антибактериальные свойства открыли еще в 1949 году, а к нашему времени уже накопили множество результатов исследований как на животных моделях (от мышей до лошадей и обезьян), так и на людях (в ходе доклинических испытаний). Исследовалась его активность при борьбе с раком, неврологическими, аутоиммунными, сердечно-сосудистыми, метаболическими заболеваниями и болезнями печени и легких [45]. Ну чем не панацея? Правда, пока Национальный центр комплементарной и интегративной медицины (если проще — Центр нетрадиционной медицины) дает куда более скромные обещания. По их данным, доклинические испытания показывают, что куркуминоиды могут: уменьшить количество инфарктов после операции по шунтированию сердца, уменьшить боль в колене при остеоартрите так же эффективно, как ибупрофен, и убрать кожные раздражения после радиотерапии. А некоторые исследователи решили, что куркумин будет эффективно бороться с зубным налетом в составе ополаскивателя полости рта [46]. Почему бы и нет?
А спермидин недавно заслужил целый обзор в Science [47]: его кардио- и нейропротекторные свойства, а также стимулирование противоракового действия иммунной системы хорошо изучены на мышах. Но, главное, эпидемиологические исследования уже позволяют говорить о том, что потребление полиаминов (к которым он относится) коррелирует со снижением смертности от сердечно-сосудистых заболеваний и рака. Говорится и о том, что спермидин сохраняет митохондриальные функции, обладает противовоспалительными свойствами и предотвращает старение стволовых клеток.
Эпигаллокатехин-3-галлат обладает противоопухолевой активностью и является в этом отношении самым эффективным полифенолом, содержащимся в зеленом чае [48], [49]. К тому же есть некоторые свидетельства, что он может сохранять здоровье кожи, предотвращая обезвоживание, формирование морщин и пигментацию [50], и даже защищать от вируса Зика, препятствуя его проникновению в клетки [51], [52].
Активность mTOR
Рисунок 7. Сиролимус — препарат рапамицина
Самые признанные вещества из нашего списка ингибируют фермент mTOR. Это рапамицин [53] и его аналоги — рапалоги. Рапамицин уже применяется в доказательной медицине как иммунодепрессант — например, при трансплантации органов. А на животных моделях показано, что он мог бы эффективно служить для увеличения продолжительности жизни, если бы не одно «но» — его серьезные побочные эффекты. Дело в том, что фермент mTOR существует в клетках в двух формах: в составе двух белковых комплексов — mTORC1 и mTORC2. Первый чувствителен к рапамицину, и его ингибирование, действительно, может увеличить продолжительность жизни и замедлить старение. А вот второй комплекс чувствителен к рапамицину только при продолжительном, хроническом, применении, но при этом ответственен за негативные последствия для здоровья и продолжительности жизни млекопитающих и за побочные эффекты рапамицина. Поэтому сейчас идет поиск эффективных рапалогов — аналогов рапамицина, которые будут действовать на первый комплекс и не трогать второй, а, значит, обладать всеми плюсами рапамицина без его побочных эффектов.
Заключение
Как мы видим, CRM — огромный полигон для будущих исследований. Начавшись с традиционной медицины, перейдя к действию через регулирование аутофагии, мы дошли до огромного разнообразия этих веществ и их аналогов и до обширного спектра их действия, которое может и не быть ограничено одной аутофагией, а использовать совсем другие пути.
К сожалению, изучать влияние чего-то на продолжительность жизни человека очень сложно. Тем более если это что-то — диетическая особенность. Поэтому большинство веществ из нашего списка существуют только в альтернативной медицине и сомнительных БАДах. Но прогресс есть, их действие тщательно изучается и, возможно, когда-то мы сможем отнести их к признаваемым доказательной медициной и спокойно использовать для снижения риска основных болезней и увеличения продолжительности жизни. Конечно, для этого потребуются еще не одно исследование и не один год, но потенциальные возможности обширны и того стоят. Пока же тем, кто верит, надеется и готов рисковать, придется наугад пить БАДы и следить, чтобы они были от авторитетного производителя. Или со спокойной душой перейти на диету из красного вина и круассанов с маслом. Кому как больше нравится.
