Menemukan Pil Ponce De Leon: Tantangan dalam Skrining Molekul Anti Penuaan

Abstrak

Penuaanditandai dengan akumulasi progresif dari perubahan degeneratif, yang berpuncak pada gangguan fungsi dan peningkatan kemungkinan kematian. Ini adalah faktor risiko utama untuk banyak patologi manusia - termasuk kanker, diabetes tipe 2, dan kardiovaskular danpenyakit neurodegeneratif– dan akibatnya menimbulkan kerugian sosial dan ekonomi yang sangat besar. Itutujuan utama dari penelitian penuaanadalah untuk mengembangkan intervensi yang dapatmenunda timbulnya berbagai penyakit yang berkaitan dengan usiaDanmemperpanjang umur sehat(rentang kesehatan). Pengamatan bahwa peningkatan umur panjang dan kesehatan dapat dicapai dalam organisme model denganpembatasan dietatau sederhanamanipulasi genetiktelah mendorong perburuan senyawa kimia yang bisameningkatkan umur.Sebagian besar jalur yang memodulasi laju penuaan pada mamalia memiliki homolog pada ragi, lalat, dan cacing, menunjukkan bahwa skrining awal untuk mengidentifikasiintervensi farmakologisdimungkinkan dengan menggunakan model invertebrata. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa senyawa telah diidentifikasi yang dapat memperpanjang umur invertebrata, dan bahkan pada hewan pengerat. Di sini, kami meringkas strategi yang digunakan, dan kemajuan yang dibuat, dalam mengidentifikasi senyawa yang mampu memperpanjang umur organisme mulai dari invertebrata hingga tikus dan mendiskusikan tantangan berat dalam menerjemahkan pekerjaan ini ke terapi manusia.

Klik Untuk Mengetahui Intervensi Farmakologi Terbaik dan Herbal Cistanche Untuk Anti Penuaan

Kata kuncipenuaan, obat anti aging,penyakit yang berkaitan dengan usia

Perkenalan

Penuaan ditandai dengan perubahan molekuler, seluler, dan organisme yang berujung pada ketidakmampuan suatu organisme untuk mempertahankan integritas fisiologis.1. Pada manusia, penuaan dikaitkan dengan kecenderungan yang sangat meningkat terhadap berbagai macam penyakit, termasuk kanker, diabetes tipe 2 (T2D), degenerasi saraf, dan penyakit kardiovaskular, yang menyebabkan peningkatan morbiditas dan mortalitas.1,2. Tujuan jangka panjang dari penelitian penuaan adalah untuk mengembangkan intervensi yang dapat menunda timbulnya penyakit terkait usia dan meningkatkan umur panjang. Dengan tujuan tersebut, penelitian di bidang biogerontologi difokuskan untuk menjelaskan mekanisme dasar penuaan. Bukti saat ini menunjukkan bahwa banyak dari mekanisme ini dilestarikan di antara eukariota, dari ragi hingga mamalia.

Dalam beberapa dekade terakhir, pekerjaan di berbagai organisme telah mengidentifikasi jalur pensinyalan seluler yang memodulasi laju penuaan3,4 . Banyak dari jalur ini biasanya berfungsi untuk merasakan status gizi organisme (Gambar 1) dan memulai kaskade pensinyalan yang memodulasi jalur antar dan intra seluler spesifik dan mengubah fisiologi sel target sesuai dengan itu2. Jalur penginderaan nutrisi ini, yang meliputi pensinyalan insulin dan insulin-like growth factor (IGF) (IIS)5 , target pensinyalan rapamycin (mTOR).6, pensinyalan protein kinase (AMPK) teraktivasi adenosin monofosfat (AMP).7, dan sirtuin8, mengoordinasikan proses yang berhubungan dengan pertumbuhan dan metabolisme sel dan mengintegrasikannya dengan tingkat nutrisi, energi, faktor pertumbuhan, dan stres. Ketika tingkat nutrisi dan isyarat pertumbuhan berkurang, pensinyalan melalui jalur ini diubah. Genetik atau, dalam beberapa kasus, manipulasi farmakologis dari jalur ini dapat menyebabkan perpanjangan umur, sedangkan disregulasi terkait usia dapat menyebabkan penuaan organisme.

Pembatasan diet (DR), rejimen diet yang melibatkan pengurangan konsumsi kalori secara keseluruhan tanpa malnutrisi atau pengurangan asupan komponen makanan tertentu seperti asam amino, adalah intervensi dengan karakteristik terbaik yang memperlambat penuaan dan menunda penyakit pada berbagai spesies.9,10. Efektor molekuler yang terlibat dalam memediasi efek DR yang luar biasa termasuk jalur penginderaan nutrisi ini9. Bukti awal menunjukkan bahwa beberapa dari jalur yang sama ini juga dapat berdampak pada penuaan dan penyakit pada manusia. Misalnya, varian genetik dalamFOXO3Agen, yang mengkodekan faktor transkripsi hilir IIS, telah dikaitkan dengan umur panjang manusia11–16. Individu dengan dwarfisme Laron telah sangat mengurangi kadar IGF1 serum dan perlindungan mendalam dari T2D dan kanker17. Intervensi farmakologis yang sebagian meniru DR dengan memodulasi aktivitas jalur penginderaan nutrisi ini berpotensi meningkatkan rentang kesehatan dan meningkatkan umur panjang. Sebagai contoh, rapamycin, penghambat spesifik mTOR, telah diusulkan untuk memprovokasi beberapa efek menguntungkan dari DR dalam kondisi makanan dan nutrisi standar.18. Demikian pula, beberapa molekul lain seperti metformin dan resveratrol telah terbukti memodulasi pensinyalan nutrisi dan meningkatkan rentang kesehatan dalam berbagai organisme model dan dibahas secara rinci selanjutnya.

Selain disregulasi jalur penginderaan nutrisi, mekanisme konservasi lainnya yang terlibat dalam manifestasi penuaan yang merugikan termasuk (Gambar 1) i)disfungsi mitokondria, yang menyebabkan gangguan metabolisme pernapasan, peningkatan generasi spesies oksigen reaktif (ROS), serta gejala sisa yang berpotensi lainnya,ii)peningkatan akumulasi kerusakan DNA, yang disebabkan oleh penghinaan eksogen dan bahaya endogen termasuk kesalahan replikasi DNA dan ROS,aku aku aku)berkurangnya proteostasis yang terkait dengan peningkatan kesalahan lipatan dan agregasi protein,iv)penuaan sel, berkontribusi terhadap disfungsi jaringan,v)peningkatan peradangan steril,vi)gesekan sel induk, danVII)perubahan epigenetik1,19. Untuk diskusi yang lebih lengkap tentang mekanisme penuaan yang dilestarikan, pembaca dirujuk di tempat lain1. Agen farmakologis yang menargetkan beberapa perubahan ini merupakan kandidat obat antipenuaan. Dalam ulasan ini, kami akan memberikan ikhtisar intervensi farmakologis dengan kemampuan yang diketahui atau potensial untuk menunda penuaan dan meningkatkan kesehatan di usia tua. Pertama, kami merangkum kontribusi utama yang telah dibuat oleh studi dalam sistem model invertebrata terhadap upaya penyaringan untuk mengidentifikasi obat anti-penuaan molekul kecil. Kemudian kami fokus secara mendalam pada molekul yang saat ini sedang dipelajari karena potensinya untuk memperpanjang umur dan menunda penyakit. Terakhir, tantangan dalam skrining obat anti-penuaan baru dan menerjemahkan karya ini ke manusia akan dibahas.

Invertebrata sebagai sistem model untuk menyaring molekul kecil yang berumur panjang

Karena berbagai faktor – terutama termasuk kemudahan manipulasi genetik dan fisiologi yang serupa dengan manusia – tikus telah menjadi organisme model mamalia unggulan dalam biologi penuaan20. Namun, mengingat biaya perumahan yang tinggi dan masa hidup mencit yang relatif panjang, skrining skala besar yang tidak memihak untuk mengidentifikasi obat anti-penuaan tidak dapat dilakukan pada organisme ini. Dengan kesadaran bahwa banyak jalur terkait penuaan dilestarikan secara evolusioner, bahkan di antara spesies yang sangat berbeda, model invertebrata berumur pendek malah digunakan untuk penyaringan tersebut. Nematoda Caenorhabditis elegans – dengan umur pendek ~3 minggu, kemudahan kultur dan manipulasi genetik, dan biologi penuaan yang terkarakterisasi dengan baik – mewakili sistem model yang sangat menarik untuk penyaringan kimia untuk mengidentifikasi senyawa yang memodulasi umur dan fenotip terkait usia. Memang, beberapa penelitian telah mengidentifikasi sejumlah kandidat senyawa anti-penuaan menggunakan C. elegans sebagai organisme model. Sampai saat ini, layar umur molekul kecil paling komprehensif menggunakan C. elegans dilakukan oleh Petrascheck et al., yang mengevaluasi 88,000 bahan kimia untuk kemampuannya meningkatkan umur panjang21. Mereka mengidentifikasi 115 senyawa yang secara signifikan meningkatkan umur cacing. Menariknya, salah satunya menunjukkan kemiripan struktural dengan antidepresan manusia yang memengaruhi pensinyalan oleh neurotransmitter serotonin. Mereka kemudian menemukan bahwa mianserin, antagonis reseptor serotonin yang digunakan sebagai antidepresan pada manusia, memperpanjang umur C. elegans bila diberikan pada 50 μM, kemungkinan melalui mekanisme yang terkait dengan DR21. Dalam evaluasi 19 senyawa dengan efek yang diketahui pada fisiologi manusia, Evason et al. melaporkan bahwa antikonvulsan ethosuximide (dosis 2 dan 4 mg/mL), trimethadione (4 mg/mL), dan 3,3-dietil-2-pyrrolidinone (2 mg/mL) menunda perubahan terkait usia dan meningkatkan masa hidup C. elegans22.

Menggunakan pendekatan bioinformatika untuk mengidentifikasi DR mimetics, Calvert et al. menganalisis obat yang menginduksi perubahan ekspresi gen yang mirip dengan yang terkait dengan DR dan mengidentifikasi 11 molekul kecil dengan sifat ini23. Menariknya, di antara lima obat yang diuji, empat – rapamycin (diberikan pada 10 μM), allantoin (250 μM), trichostatin A (100 μM), dan LY-294002 (100 μM) – memicu peningkatan masa hidup dan rentang kesehatan di alam liar. tipe (WT) C. elegans. Sebaliknya, tidak ada efek umur panjang yang diamati pada latar belakang mutan makan-2, model DR genetik, yang menunjukkan bahwa efek perpanjangan hidup dari obat ini memang dapat terjadi melalui mekanisme terkait DR23.

Sebuah studi oleh Alavez et al. melaporkan bahwa senyawa pengikat amiloid mempertahankan homeostasis protein dan memperpanjang umur C. elegans24. Paparan cacing WT pada pewarna pengikat amiloid Thioflavin T (ThT) pada 50 atau 100 μM sepanjang masa dewasa meningkatkan umur rata-rata sebesar 60 persen dan umur maksimal sebesar 43-78 persen 24. Perawatan ThT mengurangi agregasi A dan mempertahankan integritas otot pada C. elegans model penyakit Alzheimer (AD), mengakibatkan penurunan proporsi cacing lumpuh. Pemberian THT juga menekan toksisitas yang terkait dengan protein metastabil pada cacing mutan24. Penekanan agregasi protein dan perpanjangan masa hidup yang dimediasi oleh ThT bergantung pada pendamping molekuler, autophagy, fungsi proteasomal, faktor kejut panas regulator proteostasis 1 (HSF-1), dan ketahanan stres dan faktor transkripsi umur panjang SKN-124 . Senyawa dengan kemiripan struktural dengan ThT juga memperpanjang umur cacing hingga 40 persen , tetapi pada konsentrasi yang jauh lebih rendah daripada ThT. Selain itu, paparan senyawa pengikat agregat protein lainnya seperti kurkumin (100 μM) dan rifampisin (10–100 μM) memperpanjang masa hidup cacing hingga 45 persen 24. Hasil ini menyoroti pentingnya proteostasis dalam masa kesehatan cacing dan masa hidup dan menyediakan lebih lanjut dorongan untuk pengembangan intervensi yang mampu mempertahankan proteostasis untuk menekan penuaan dan penyakit terkait usia.

National Institute of Aging baru-baru ini mensponsori program intervensi farmakologis menggunakan Caenorhabditis sebagai sistem model, serupa dengan upaya berkelanjutan serupa pada tikus. Program Pengujian Intervensi Caenorhabditis (CITP) adalah upaya multi-lembaga yang bertujuan untuk mengidentifikasi senyawa dengan kemampuan untuk memperpanjang umur dan meningkatkan rentang kesehatan, menggunakan beberapa spesies Caenorhabditis dan beberapa strain C. elegans. Identifikasi senyawa yang efektif dalam populasi cacing yang beragam secara genetik dapat mempercepat penemuan intervensi yang dapat memperpanjang umur/rentang kesehatan pada spesies lain, termasuk manusia.

Lalat buah Drosophila melanogaster merupakan model lain yang cocok untuk skrining senyawa anti-penuaan25. Berbagai macam strain genetik D. melanogaster tersedia, dengan rentang hidup rata-rata yang berbeda, berguna untuk validasi kemanjuran senyawa di berbagai latar belakang genetik. Mirip dengan C. elegans, Drosophila memiliki umur yang pendek, dan banyaknya alat genetik yang tersedia dalam organisme ini memfasilitasi studi mekanistik senyawa timbal25. Studi pertama yang melaporkan perpanjangan masa hidup pada Drosophila dengan pemberian obat dilakukan oleh Kang et al., yang menunjukkan bahwa memberi makan Drosophila 4-fenilbutirat pada 5–10 mM – obat dengan banyak aktivitas, termasuk penghambatan histone deacetylase – secara signifikan meningkatkan umur rata-rata dan maksimum tanpa dampak negatif pada pergerakan, ketahanan stres, atau reproduksi26. Sebuah studi yang lebih baru menggambarkan skrining inhibitor protein kinase untuk efek pada rentang hidup Drosophila27. Di antara 80 penghambat yang diuji dalam penelitian ini, 17 secara signifikan meningkatkan masa hidup Drosophila tanpa memengaruhi asupan atau konsumsi makanan, menunjukkan bahwa efek penghambat ini pada masa hidup Drosophila tidak melibatkan DR27. Dalam hal ini, studi terbaru oleh Slack et al. melaporkan bahwa pelemahan pensinyalan RAS-Erk-ETS menghasilkan penurunan IIS dan memicu perpanjangan umur di Drosophila28. Trametinib (1,56–15,6 μM), penghambat MEK yang sangat spesifik yang melemahkan pensinyalan hilir RAS, dapat memperpanjang umur rata-rata Drosophila betina hingga 12 persen (p=1.92 × 10-10), dan pada dosis yang lebih tinggi (156 μM), meningkatkan kelangsungan hidup akhir28. Pemberian trametinib efektif dalam meningkatkan umur panjang lalat bahkan ketika diberikan pada hewan paruh baya. Temuan ini dan yang serupa dengan obat lain – lih. perpanjangan umur tikus dengan pengobatan rapamycin yang dimulai pada usia paruh baya, lihat di bawah – meningkatkan kemungkinan bahwa obat anti penuaan pada manusia mungkin efektif bahkan ketika diberikan pada individu yang lebih tua, sehingga menghindari potensi efek samping perkembangan obat ini.

Senyawa yang memodulasi penuaan dan fenotipe terkait usia pada mamalia

rapamycin penghambat mTOR

mTOR adalah serine/threonine kinase yang dilestarikan yang merasakan dan merespons ketersediaan nutrisi, faktor pertumbuhan, dan tekanan lingkungan dan memainkan peran kunci dalam memicu pertumbuhan6,29. Dalam eukariota multiseluler, mTOR ada dalam dua kompleks multi-protein yang berbeda, mTORC1 dan mTORC2, dibedakan oleh hubungan mereka dengan protein terkait regulasi mTOR (RAPTOR) dan pendamping mTOR (RICTOR) yang tidak sensitif terhadap rapamycin, masing-masing30,31. Rapamycin membentuk kompleks dengan protein FKBP12, yang berikatan dengan mTORC1 dan menghambat aktivitasnya 32. Yang penting, pengobatan kronis dengan rapamycin juga menghambat mTORC233. Aktivitas mTORC1 diatur oleh nutrisi (glukosa dan asam amino), sitokin, hormon (insulin atau IGF1), energi (tingkat ATP), dan stres oksidatif melalui pensinyalan PI3K, AKT, dan AMPK6. Mediator hilir utama pensinyalan mTORC1 adalah jalur yang mengontrol pertumbuhan sel, proliferasi, respons stres, dan autophagy29,34. mTORC1, oleh karena itu, secara kritis mengintegrasikan pertumbuhan dan pemeliharaan sel dengan ketersediaan nutrisi, isyarat hormonal, dan rangsangan lingkungan lainnya.

Sejumlah penelitian telah menetapkan hubungan antara jalur pensinyalan mTOR dan umur panjang pada organisme mulai dari ragi hingga mamalia. Penghambatan pensinyalan mTOR dengan cara genetik atau farmakologis memperpanjang umur ragi35–37, nematoda38,39, lalat buah40, dan tikus33,41–47. Demikian juga, penghapusan genetik pada tikus dari efektor mTORC1 hilir, S6 kinase 1, meningkatkan metabolisme oksidatif, melindungi terhadap obesitas akibat usia dan pola makan, dan meningkatkan masa hidup wanita47,48. Secara konsisten, peningkatan aktivitas target mTORC1 4E-BP1 pada otot rangka menghasilkan peningkatan metabolisme oksidatif dan melindungi tikus dari disfungsi metabolisme akibat diet dan usia49. Dalam studi penting, Program Pengujian Intervensi NIA (ITP) menunjukkan bahwa pengobatan stok tikus yang heterogen secara genetik dengan rapamycin inhibitor mTOR (diberikan pada 14 mg/kg makanan; 2,24 mg/kg berat badan/hari) dimulai pada usia 9 bulan atau lebih. Usia 20 bulan memperpanjang umur pada kedua jenis kelamin43,50. Sebuah studi lanjutan menunjukkan bahwa peningkatan masa hidup tikus yang diinduksi oleh rapamycin bergantung pada dosis dan jenis kelamin. Pada konsentrasi rapamycin chow tertentu, tikus betina menunjukkan peningkatan umur yang lebih besar daripada jantan, yang berkorelasi dengan tingkat rapamycin darah yang lebih tinggi yang dicapai pada betina relatif terhadap jantan51. Pengobatan rapamycin menginduksi perubahan ekspresi gen yang sepenuhnya berbeda pada pria dan wanita, menyiratkan adanya respons spesifik jenis kelamin terhadap penghambatan mTOR51. Selain itu, pola ekspresi enzim metabolisme xenobiotik di hati tikus yang diberi perlakuan rapamycin (14 mg/kg makanan) sangat berbeda dari yang ada pada hewan yang terpajan DR pada usia 12 bulan51. Memang, DR kurang efektif dalam perpanjangan umur ketika dimulai di kemudian hari52-54, sedangkan pengobatan rapamycin memperpanjang umur tikus, bahkan ketika dimulai pada usia pertengahan43,55. Yang terpenting, perpanjangan umur yang diinduksi rapamycin pada tikus juga telah diamati pada latar belakang genetik yang beragam41,42,44,56.

Dalam studi penting, Program Pengujian Intervensi NIA (ITP) menunjukkan bahwa pengobatan stok tikus yang heterogen secara genetik dengan rapamycin inhibitor mTOR (diberikan pada 14 mg/kg makanan; 2,24 mg/kg berat badan/hari) dimulai pada usia 9 bulan atau lebih. Usia 20 bulan memperpanjang umur pada kedua jenis kelamin43,50. Sebuah studi lanjutan menunjukkan bahwa peningkatan masa hidup tikus yang diinduksi oleh rapamycin bergantung pada dosis dan jenis kelamin. Pada konsentrasi rapamycin chow tertentu, tikus betina menunjukkan peningkatan umur yang lebih besar daripada jantan, yang berkorelasi dengan tingkat rapamycin darah yang lebih tinggi yang dicapai pada betina relatif terhadap jantan51. Pengobatan rapamycin menginduksi perubahan ekspresi gen yang sepenuhnya berbeda pada pria dan wanita, menyiratkan adanya respons spesifik jenis kelamin terhadap penghambatan mTOR51. Selain itu, pola ekspresi enzim metabolisme xenobiotik di hati tikus yang diberi perlakuan rapamycin (14 mg/kg makanan) sangat berbeda dari yang ada pada hewan yang terpajan DR pada usia 12 bulan51. Memang, DR kurang efektif dalam perpanjangan umur ketika dimulai di kemudian hari52-54, sedangkan pengobatan rapamycin memperpanjang umur tikus, bahkan ketika dimulai pada usia pertengahan43,55. Yang terpenting, perpanjangan umur yang diinduksi rapamycin pada tikus juga telah diamati pada latar belakang genetik yang beragam41,42,44,56.

Mekanisme perpanjangan umur panjang oleh rapamycin tetap menjadi topik perdebatan hangat dalam biologi penuaan 56,57. Rapamycin memiliki sifat anti-neoplastik58–60, dan kanker adalah penyebab utama kematian pada sebagian besar galur tikus yang menunjukkan perpanjangan masa hidup yang diperantarai rapamycin43,61. Dalam konteks ini, satu penjelasan yang masuk akal untuk perpanjangan umur tikus oleh rapamycin adalah bahwa obat ini menekan serangan dan/atau agresivitas kanker mematikan. Namun, beberapa peneliti telah melaporkan bahwa rapamycin juga menghambat fenotipe terkait usia selain neoplasia62,63, sangat menunjukkan bahwa obat ini memiliki efek anti penuaan yang lebih luas. Sebaliknya, studi lengkap baru-baru ini oleh Neff et al. mengklaim bahwa efek rapamycin pada fenotipe penuaan per se cukup terbatas56. Dalam hal ini, pengamatan yang bertentangan telah dilakukan mengenai efek pengobatan rapamycin pada model tikus AD64. Pengobatan rapamycin jangka panjang menyebabkan perbaikan perilaku pada model AD tikus dan menginduksi penurunan A dan level tau hiperfosforilasi yang dimediasi autophagy65,66. Sebaliknya, rapamycin telah terbukti meningkatkan produksi A67,68 dan menyebabkan peningkatan kematian sel yang diinduksi A69.

Rapamycin memiliki efek samping yang signifikan – disfungsi metabolik, katarak, dan atrofi testis pada khususnya – yang dapat membatasi kegunaan jangka panjangnya sebagai pengobatan anti-penuaan pada manusia70,71. Yang paling penting, karena efek imunomodulator penghambat mTOR, pengobatan pasien manusia dengan obat mirip rapamycin everolimus/RAD001 dikaitkan dengan insiden infeksi yang lebih tinggi pada individu dengan penyakit seperti kanker72,73 dan tuberous sclerosis complex (TSC)74 . Sebaliknya, penelitian terbaru menunjukkan bahwa pemberian everolimus/RAD001 jangka pendek pada orang tua yang sehat meningkatkan respons imunologis terhadap vaksinasi influenza, dengan efek samping yang sederhana75. Penurunan respons vaksin influenza merupakan tantangan klinis utama pada populasi yang lebih tua76. Temuan ini menunjukkan bahwa pemberian rapamycin intermiten atau jangka pendek atau inhibitor mTOR lainnya dapat menekan efek penuaan yang penting secara fungsional, seperti respons imunisasi yang buruk sambil menghindari konsekuensi negatif yang terkait dengan penggunaan kronis agen ini. Sebuah studi baru-baru ini pada tikus konsisten dengan pandangan ini, mengidentifikasi rejimen pemberian rapamycin intermiten pada tikus yang meminimalkan disfungsi metabolik, sambil mempertahankan supresi mTORC1 kronis pada jaringan adiposa, meskipun tidak pada jaringan lain77. Akan sangat menarik untuk mengevaluasi efek dari rejimen dosis intermiten seperti itu pada berbagai fenotipe terkait usia dan umur.

Metformin dan biguanida lainnya

Metformin, agen anti-glikemik biguanide oral, adalah obat yang paling banyak digunakan dalam pengobatan sindrom metabolik dan T2D. Mekanisme kerja metformin tidak sepenuhnya dipahami dan kemungkinan multifaktorial. Dilaporkan untuk menurunkan kadar glukosa serum dengan menghambat rantai pernapasan Kompleks I di hepatosit78, menghasilkan penurunan produksi ATP, menyebabkan aktivasi kinase LKB1 dan AMPK, menekan glukoneogenesis hati79,80. Metformin telah dilaporkan mengaktifkan AMPK di banyak jaringan lain, termasuk adiposa, otot rangka, jantung, sel pankreas, dan hipotalamus dengan potensi efek fisiologis yang bermanfaat pada pasien dengan T2D81,82. Namun, metformin juga memberikan efek penting terlepas dari AMPK dan LKB183, misalnya dengan memusuhi aksi glukagon84. Baru-baru ini, mekanisme AMPK-independen lain telah terungkap untuk metformin. Sebuah studi oleh Madiraju et al. menunjukkan bahwa metformin secara non-kompetitif menghambat enzim antar-jemput redoks mitokondria gliserofosfat dehidrogenase, meningkatkan keadaan redoks sitosol dan menurunkan keadaan redoks mitokondria 85. Hal ini menekan glukoneogenesis hati dengan mengurangi konversi laktat dan gliserol menjadi glukosa 85. Meskipun metformin saat ini disetujui untuk pengobatan T2D, literatur besar menunjukkan kemanjuran metformin terhadapkondisi lain, terutama penyakit kardiovaskulardan kanker78. Dalam hal ini, penelitian terbaru menunjukkan bahwa metformin mengurangi tumorigenesis dengan menghambat Kompleks mitokondria I dalam sel kanker86.

Aktivasi AMPK memprovokasi umur panjang pada lalat dan cacing 87,88. Sejumlah penelitian menunjukkan bahwa pengobatan metformin dapat merekapitulasi beberapa efek DR. Dalam konteks ini, beberapa penelitian telah meneliti efek metformin dan biguanida lainnya pada masa hidup dan melaporkan berbagai hasil. Metformin dan biguanida lainnya memperpanjang masa hidup C. elegan dengan cara yang bergantung pada dosis89–91. Peningkatan masa hidup C. elegans oleh metformin dimediasi melalui penghambatan metabolisme folat dan metionin bakteri, yang pada gilirannya mengubah metabolisme metionin pada cacing, menghasilkan penurunan S-adenosilmetionin dan peningkatan kadar S-adenosylhomocysteine89. Namun, metformin ternyata tidak memperpanjang umur panjang pada D. melanogaster92,93. Memang, meskipun aktivasi AMPK kuat, metformin dosis tinggi sebenarnya menurunkan umur lalat jantan dan betina93, mungkin karena gangguan homeostasis cairan usus93. Namun, pengobatan metformin menekan fenotipe yang berkaitan dengan usia dalam sel punca midgut usus94 dan juga memberikan efek menguntungkan dalam model obesitas lalat95. Sebuah studi baru-baru ini menunjukkan bahwa pengobatan metformin menyebabkan perpanjangan yang signifikan dalam rata-rata dan umur maksimal pada kedua jenis kelamin kriket Acheta domesticus96. Beberapa penelitian telah dilakukan pada hewan pengerat untuk menguji efek metformin dan biguanida lainnya pada masa hidup; hasilnya bervariasi dengan genotipe, jenis kelamin, dan dosis serta durasi pengobatan97. Pengobatan kronis dengan metformin (100 mg/kg dalam air minum) meningkatkan rata-rata umur tikus betina HER-2/neu transgenik, keturunan SHR, dan keturunan 129/Sv yang rawan kanker sebesar 8 persen (p<0.05), 37.8% (p<0.01), and 4.4% (p<0.05), respectively98–100. Metformin treatment also extended the maximum lifespan of HER-2/neu transgenic and outbred SHR female mice by 9% and 10.3%, respectively, while no effect was observed on maximal lifespan in inbred 129/Sv female mice98–100. Conversely, treatment of inbred 129/Sv male mice with a similar dose of metformin actually reduced mean lifespan by 13.4%100. However, metformin treatment (2 mg/mL in drinking water) in a transgenic mouse model of Huntington's disease (HD) prolonged male mean lifespan by 20.1% (p=0.017), but did not affect female survival101. It has been reported that metformin treatment (100 mg/kg in the drinking water) of female outbred SHR mice initiated at 3 months of age-induced a trend towards increased mean lifespan102. Metformin treatment also postponed the onset of detectable tumors when started at young or middle ages, but not at old age102. Neonatal metformin treatment of 129/Sv mice (100 mg/kg via subcutaneous injection) led to a 20% (p<0.001) increase in male mean lifespan and also slightly increased maximum lifespan by 3.5%103. However, in females, the mean and maximum lifespan in metformin-treated groups were decreased by 9.1% and 3.8%, respectively103. In a recent study by MartinMontalvo et al., male C57BL/6 mice supplemented with 0.1% metformin in the diet showed a 5.8% increase in mean lifespan (p=0.02, Gehan–Breslow survival test), whereas supplementation with 1% metformin was toxic and reduced mean lifespan by 14.4%104. However, supplementation of B6C3F1 male mice with 0.1% metformin resulted in the extension of mean lifespan only by 4.2% (p=0.064, Gehan–Breslow)104. Treatment with another biguanide, phenformin (2 mg/mouse in 0.2 mL of drinking water), significantly reduced spontaneous tumor development in female C3H/Sn mice and prolonged mean lifespan by 21% or more (p<0.05)105,106 and maximum lifespan by 26%105. Evaluation of the lifespan effects of metformin in mice by the ITP consortium is ongoing, and the results should be available soon.

Pada tikus, pengobatan buformin (5 mg/tikus dalam 1 mL air minum) menyebabkan peningkatan 7,3 persen yang tidak signifikan pada umur rata-rata hewan LIO betina, sedangkan fenformin (5 mg/tikus dalam 1 mL air minum) tidak memberikan hasil yang signifikan. efek105. Namun, pemberian buformin dan phenformin meningkatkan umur maksimum tikus LIO betina masing-masing sebesar 5,5 persen dan 9,8 persen105. Pengobatan dengan metformin (300 mg/kg/hari) tidak meningkatkan harapan hidup rata-rata atau maksimum tikus F344 jantan107. Namun, dalam laporan yang sama, kelompok paralel tikus jantan F344 yang terpapar DR juga gagal menunjukkan perpanjangan umur107, membuat hasil metformin dalam penelitian ini agak tidak meyakinkan. Secara mekanis, pengobatan dengan metformin telah diusulkan untuk meniru beberapa efek DR, khususnya dengan meningkatkan aktivitas AMPK dan juga mengaktifkan respons antioksidan, yang mengarah pada pengurangan akumulasi kerusakan oksidatif dan peradangan kronis104.

Meskipun tidak ada penelitian yang secara formal menganalisis efek pengobatan metformin jangka panjang pada umur manusia sehat, uji klinis acak metformin menunjukkan efek menguntungkan pada kesehatan dan kelangsungan hidup pada pasien kelebihan berat badan/obesitas dengan T2D, seperti yang ditunjukkan oleh penurunan insiden penyakit kardiovaskular dan kanker. dan mengurangi angka kematian secara keseluruhan108–110. Namun, bila dikombinasikan dengan sulfonilurea, metformin meningkatkan risiko kematian terkait diabetes dan semua penyebab kematian pada kelompok campuran individu yang tidak kelebihan berat badan dan kelebihan berat badan/obesitas dengan T2D78,108. Konsisten dengan pengamatan ini, studi terbaru oleh Bannister et al. melaporkan bahwa pasien dengan T2D yang diobati dengan metformin menunjukkan kelangsungan hidup yang lebih baik dibandingkan dengan kontrol non-diabetes yang cocok, sedangkan mereka yang diobati dengan sulfonilurea menunjukkan penurunan kelangsungan hidup111.

Mengingat data hewan pengerat yang relatif menjanjikan, petunjuk bahwa metformin dapat menekan kanker dan kondisi terkait usia lainnya pada manusia, dan profil keamanan metformin yang relatif jinak, ada minat besar saat ini untuk menguji secara formal kemampuan obat ini untuk menunda penyakit terkait usia. pada manusia112. Memang, US Food and Drug Administration (FDA) baru-baru ini menyetujui sebuah penelitian yang disebut Targeting Aging With Metformin (TAME) untuk evaluasi metformin sebagai obat anti penuaan. Proyek TAME akan melibatkan sekitar 3000 peserta antara usia 70 tahun dan 80 tahun yang sudah memiliki satu, dua, atau ketiga kondisi: kanker, penyakit jantung, atau gangguan kognitif atau berisiko mengembangkannya. Uji coba akan berlangsung di sekitar 15 pusat di seluruh Amerika Serikat selama 5–7 tahun, dengan biaya sekitar $50 juta113. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan apakah metformin dapat mencegah timbulnya penyakit terkait usia. Uji coba tengara ini akan mewakili pengujian pertama dari kandidat senyawa anti-penuaan pada manusia.

Resveratrol dan senyawa pengaktif sirtuin lainnya

Sirtuin adalah keluarga NAD plus deasetilase / ADP ribosiltransferase / deasetilase yang bergantung yang terlibat dalam mengatur respons nutrisi dan banyak aspek lain dari biologi sel8. Ekspresi berlebih dari Sir2, anggota pendiri keluarga sirtuin, memperpanjang umur replikasi dalam ragi pemula Saccharomyces cerevisiae dengan menekan akumulasi plasmid rDNA ekstrakromosomal, mempromosikan pemisahan proteom yang tidak rusak ke sel anak, menegakkan pembungkaman subtelomerik, dan mungkin mekanisme lainnya114, 115. Beberapa, meskipun tidak semua, peneliti telah menemukan bahwa ekspresi sirtuin yang berlebihan pada cacing dan lalat secara sederhana meningkatkan masa hidup organisme ini116–123. Menariknya, homolog Sir2 Sir-2.1 dapat memperpanjang masa hidup C. elegan dengan cara yang tidak bergantung pada aktivitas deasetilasenya116. Memang, nicotinamide (NAM), produk dari aktivitas sirtuin, dan metabolitnya, 1-methyl nicotinamide (MNA), mampu memperpanjang masa hidup cacing, berpotensi dengan menginduksi pensinyalan ROS sementara116. Pada mamalia, SIRT1 adalah homolog Sir2 terdekat; ekspresi berlebih dari protein ini di otak (tetapi bukan seluruh organisme) memperpanjang umur124, mungkin dengan meningkatkan fungsi hipotalamus selama penuaan125. Ekspresi berlebih global dari sirtuin lain, SIRT6, secara khusus memperpanjang masa hidup tikus pada pria, setidaknya sebagian melalui penekanan kanker paru-paru, penyebab utama kematian pada pria dari stok tikus yang digunakan126.127. Ekspresi berlebih SIRT2 menstabilkan kadar protein pos pemeriksaan mitosis BubR1 pada tikus progeroid BubR1H/H dan memperpanjang umur rata-rata dan maksimum pada tikus jantan dari strain ini128. Tidak ada informasi yang tersedia mengenai efek potensial dari overekspresi SIRT2 kronis pada hewan WT. Akumulasi bukti menunjukkan bahwa tingkat NAD plus dapat menurun selama penuaan, merusak aktivitas sirtuin dan bahwa kemampuan ekspresi berlebih sirtuin untuk meningkatkan umur sebagian melawan efek ini dengan mempertahankan fungsi sirtuin dalam menghadapi berkurangnya kumpulan NAD plus pada organisme yang lebih tua129.

Resveratrol dan polifenol tertentu lainnya pada awalnya diidentifikasi sebagai aktivator Sir2/SIRT1 yang memperpanjang umur rata-rata dan maksimal ragi130. Penting untuk dicatat bahwa resveratrol adalah obat yang sangat promiscuous dan memberikan efek penting secara fungsional pada banyak target seluler131. Pengobatan cacing dan lalat dengan res veratrol (dosis 100 μM pada cacing dan 10–100 μM pada lalat) juga telah dilaporkan dapat memperpanjang masa hidup, bergantung pada keberadaan fungsi Sir-2.1 dan dSir2, masing-masing132. Namun, sebuah studi oleh Bass et al. mengklaim bahwa pengobatan resveratrol (1–1000 μM) tidak memiliki efek yang signifikan pada umur Drosophila133. Studi yang sama juga melaporkan bahwa pengobatan resveratrol pada 100 μM hanya menginduksi peningkatan kecil dan sporadis dalam masa hidup C. elegans pada hewan mutan WT dan sir-2.1, menunjukkan bahwa peningkatan kecil dalam masa hidup C. elegans yang disebabkan oleh resveratrol mungkin Sir-2.1 independent133. Resveratrol melindungi cacing dari stres oksidatif, kerusakan akibat radiasi, dan toksisitas amiloid134–136 dan juga menginduksi proteksi radio pada lalat137. Perlakuan resveratrol meningkatkan umur rata-rata dan maksimum pada lebah madu138 dan ikan berumur pendek Nothobranchius furzeri dan Nothobranchius guentheri139–141.

Dilaporkan bahwa resveratrol dan senyawa pengaktif sirtuin lainnya (STAC) mengaktifkan Sir2/SIRT1 secara alosterik130. Namun, kelompok lain telah menemukan bahwa senyawa ini tidak dapat meningkatkan aktivitas SIRT1 terhadap peptida asli in vitro142,143. Dalam konteks ini, telah disarankan bahwa peningkatan aktivitas SIRT1 yang diinduksi oleh resveratrol bergantung pada keberadaan fluorofor non-asli yang terkonjugasi ke urutan peptida yang awalnya digunakan dalam skrining aktivator SIRT1142,143. Laporan terbaru, bagaimanapun, telah menunjukkan bahwa resveratrol dan STAC lainnya secara langsung berikatan dengan SIRT1 dan secara alosterik meningkatkan aktivitas deasetilasenya menuju substrat peptida yang tidak ditandai144,145. Resveratrol juga telah dilaporkan menghambat aktivitas katalitik human tyrosyl transfer-RNA (tRNA) synthetase (TyrRS), menghasilkan translokasi nuklirnya dan stimulasi NAD plus aktivasi poli (ADP-ribosa) polimerase 1 (PARP1) yang bergantung-tergantung 146 . PARP1 memainkan peran penting dalam perbaikan dan transkripsi DNA147.

Pada tikus, resveratrol melindungi terhadap beberapa efek merusak dari diet tinggi lemak/kalori tinggi148–151, secara substansial mengurangi pertumbuhan dan perkembangan berbagai jenis kanker152–154, dan menunda atau mencegah timbulnya AD155,156. Selain itu, pada hewan pengerat dan manusia, resveratrol melindungi dari diabetes tipe 1 dan T2D157,158 dan penyakit kardiovaskular159 serta memiliki aktivitas anti-inflamasi160 dan anti-virus161. Suplementasi resveratrol (baik 0.016–0,1 persen dari diet atau 25 mg/kg/hari) telah dilaporkan meningkatkan masa hidup pada model tikus obesitas148, AD162, HD163, dan amyotrophic lateral sclerosis164,165. Perawatan resveratrol (2–8 mg/kg/hari) meningkatkan masa hidup tikus yang diobati dengan LPS166 dan mengurangi kematian akibat katekolamin pada tikus obesitas (20 mg/kg/hari)167. Selain itu, resveratrol (10 mg/mL, injeksi intraperitoneal) memperpanjang kelangsungan hidup pada tikus model cedera ginjal akut yang diinduksi sepsis dan memulihkan mikrosirkulasi ginjal168. Pemberian resveratrol (18 mg/kg/hari dalam diet) juga meningkatkan kelangsungan hidup pada model hipertensi tikus169. Yang penting, bagaimanapun, pengobatan resveratrol (100-1200 mg/kg makanan) tidak meningkatkan umur pada tikus normal yang diberi makan chow50,170,171. Suplementasi resveratrol menginduksi perubahan ekspresi gen di beberapa jaringan yang mirip dengan yang terkait dengan pembatasan kalori pada tikus171,172

Pada manusia, suplementasi resveratrol 30-hari (150 mg/hari) pada pria obesitas memicu perubahan metabolisme, termasuk penurunan laju metabolisme tidur dan istirahat, kandungan lipid intrahepatik, kadar glukosa yang bersirkulasi, penanda peradangan, dan tekanan darah sistolik173. Otot rangka dari objek yang dirawat dengan resveratrol menunjukkan peningkatan aktivitas AMPK, peningkatan kadar protein SIRT1 dan PGC-1, dan peningkatan respirasi mitokondria asam lemak173. Sebaliknya, suplementasi 12 minggu dengan resveratrol (75 mg/hari) pada wanita non-obesitas, pascamenopause dengan toleransi glukosa normal menyebabkan tidak ada perubahan nyata pada komposisi tubuh, sensitivitas insulin, laju metabolisme istirahat, lipid plasma, atau penanda inflamasi174. Selain itu, suplementasi resveratrol tidak berpengaruh pada target molekuler diduga, termasuk AMPK, SIRT1, NAMPT, dan PPARGC1A, baik otot rangka atau jaringan adiposa174.

Sebuah studi penting baru-baru ini oleh Cai et al. menunjukkan respon dosis non-linear untuk efek perlindungan resveratrol pada manusia dan tikus175. Ketika diberikan bersama dengan diet tinggi lemak (HFD), resveratrol dosis rendah (~0.{{10}}7 mg/kg/hari) tampaknya lebih manjur daripada tinggi -dosis (14 mg/kg/hari) dalam mengurangi jumlah adenoma dan mengurangi beban tumor secara keseluruhan pada tikus Apcmin, model karsinogenesis usus. Menariknya, tikus betina pada dosis resveratrol yang lebih rendah menunjukkan ekspresi dan aktivasi AMPK yang lebih tinggi secara signifikan pada mukosa usus dibandingkan pada kelompok dosis tinggi175. Secara konsisten, jaringan kolorektal manusia yang terpapar pada konsentrasi makanan rendah (0,01 hingga 0,1 μM) resveratrol ex vivo menunjukkan aktivasi AMPK yang cepat dan peningkatan autophagy pada konsentrasi rendah dan efek yang kurang jelas atau bahkan tidak ada efek pada dosis yang lebih tinggi (1 hingga 10 μM)175. Efek yang tidak biasa ini dapat membantu merasionalisasi laporan yang bertentangan tentang khasiat resveratrol pada manusia, dan studi manusia di masa depan yang menggunakan resveratrol harus dirancang dengan perhatian cermat pada dosis dan kadar serum dan penilaian menyeluruh efek pada target molekuler diduga resveratrol.

STAC lain telah disintesis dan dilaporkan meningkatkan rentang kesehatan dan memperpanjang umur pada tikus. STAC SRT1720 (100 mg/kg/hari) telah dilaporkan memperpanjang umur rata-rata tikus C57BL/6J jantan dewasa yang diberi diet standar sebesar 8,8 persen (p=0.096), dan hingga 21,7 persen ( p=0.0193) pada HFD, tanpa meningkatkan masa hidup maksimal dalam konteks mana pun176.177. Perawatan SRT1720 meningkatkan parameter fisiologis pada hewan yang diberi makan HFD, mengurangi steatosis hati, meningkatkan sensitivitas insulin, meningkatkan aktivitas alat gerak, dan juga menginduksi profil ekspresi gen yang serupa dengan yang terkait dengan diet standar176. Suplementasi SRT1720 menghambat ekspresi gen pro-inflamasi di hati dan otot tikus yang diberi diet chow standar dan menunda timbulnya penyakit metabolik terkait usia177. Demikian pula, suplemen makanan (100 mg/kg) dengan SRT2104, STAC sintetik lainnya, meningkatkan rata-rata dan umur maksimal mencit C57BL/6J jantan yang diberi diet chow sebesar 9,7 persen (p<0.05) and 4.9% (p<0.001), respectively, and increased insulin sensitivity and motor coordination while reducing inflammation178. Short-term treatment with SRT2104 preserves bone and muscle mass in an experimental atrophy model178. These findings indicate that resveratrol and other STACs can exert beneficial effects on health, particularly in the context of HFD, and that some STACs can modestly extend lifespan under normal feeding conditions; however, additional studies are warranted to better evaluate their effects on longevity in females and other strains of mice. In this regard, there is great current interest in evaluating the effects of NAD+ precursors as therapies for metabolic disease and candidate anti-aging drugs129.