Терпеноиды: лекарство от старения

В 2016 году Екатерина Прошкина — молодой ученый из Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН получила премию президента России в области науки и инноваций "за вклад в развитие генетики продолжительности жизни и старения". Сегодня Екатерина продолжает изучать механизмы, которые помогут замедлить старение организма. Считается, что процесс старения во многом связан с повреждением ДНК в клетках. Чем больше генетических поломок накапливается в организме, тем заметнее становятся результаты его деградации. Екатерина вместе с коллегами из лаборатории молекулярной радиобиологии и геронтологии ищет специальные вещества, которые защищают ДНК от случайных повреждений. Одними из претендентов можно считать терпеноиды — удивительную группу вторичных метаболитов высших растений, которая не имеет аналогов по разнообразию структурных типов и биологической роли в регуляции процессов жизнедеятельности живых организмов. Эти вещества защищают растения от болезней и вредителей, а также многих неблагоприятных факторов окружающей среды (перегрева, охлаждения, повреждений и т.д.). Возможно, их свойства оказывают благоприятный эффект и на здоровье человека, а значит и на продолжительность жизни. Подробнее об уникальных ферментах и их пользе — в нашей беседе с молодым ученым. 

— Что известно о механизмах старения сегодня? В каких направлениях ведутся научные исследования?

— Старение — процесс многоплановый. Он представляет собой постепенное ухудшение функциональных способностей организма, его адаптационных возможностей. Всё это, в конечном счете, приводит к смерти.

Существует колоссальное множество научных направлений в области геронтологии (науки о старении). В частности, я занимаюсь, молекулярными механизмами старения. Некоторые ученые изучают старение на уровне тканей или на системном уровне. Помимо этого, активно развивается направление математического моделирования процесса старения. И, конечно, специалисты работают в прикладном ключе, например, изучают определенные вещества, на основе которых разрабатывают фармакологические препараты, воздействующие на определенные механизмы и замедляющие процесс старения.

— Как старение связано с генетикой?

— Старение обусловлено рядом факторов. Оно зависит от набора генов, которые присутствуют в клетках нашего организма, и от того, как эти гены реализуются (это эпигенетический уровень). Вторая составляющая представляет собой действие внешних факторов, в том числе, факторов окружающей среды, образа жизни человека, особенностей питания, наличия вредных привычек.

Генетика играет важную роль, но ею не ограничивается влияние на продолжительность жизни. Например, существуют полиморфизмы, проще говоря, точечные изменения в генах, которые позволяют их обладателям жить исключительно долго. Но в человеческой популяции они встречаются не так часто, и в целом, от работы генов зависит стабильность функционирования клеток нашего организма и то, насколько эффективно организм будет отвечать на внешние стимулы и справляться с негативным воздействием среды.

— Прежде чем мы перейдем непосредственно к вашему последнему исследованию, хочется узнать, занимались ли вы подобной тематикой и раньше? Или эта научная задача оказалась для вас новой?

— Наша лаборатория образовалась в 2012 году. С самого начала мы занимались исследованием молекулярных основ старения и искали способы воздействия на них для увеличения продолжительности жизни организма. Исследования мы проводим на модельных животных, главным образом, на плодовых мушках дрозофилах. А влияем на процесс старения либо с помощью генетических манипуляций, когда работаем с линиями дрозофил с различными генотипами, либо с помощью фармакологических препаратов и биологически активных веществ. Ранее мы уже проводили и экспериментальные, и обзорные работы по анализу геропротекторных свойств противовоспалительных препаратов, флавоноидов, каротиноидов (которые относятся к терпеноидам) и некоторых других соединений. То есть эта задача была уже нам знакома.

— Расскажите подробнее об этих веществах — терпеноидах. Как возникла идея их изучать, с какого времени начался поиск подобных веществ для воздействия на механизмы старения? За счет чего эти вещества влияют на продолжительность жизни?

— Терпеноиды — это очень распространенный класс веществ. Это группа вторичных метаболитов растений с огромным разнообразием структурных типов и функций в регуляции процессов жизнедеятельности организмов. Научное сообщество насчитывает несколько десятков тысяч подобных соединений. И достаточно давно известно, что терпеноиды способны благоприятным образом сказываться на здоровье человека. Например, некоторые из веществ могут предотвращать развитие рака, сердечно-сосудистых и воспалительных заболеваний, нервных расстройств, улучшать состояние опорно-двигательного аппарата. Существуют терпеноиды, которые оказывают антибактериальную и противовирусную активность. Они могут быть использованы в качестве антидепрессантов и болеутоляющих средств. Но, тем не менее, несмотря на то что их очень много в природе и они проявляют большой спектр биологических активностей, с точки зрения замедления старения их почти не рассматривали. Поэтому в нашей работе мы попытались найти представителей терпеноидов, которые могли бы оказаться эффективными с точки зрения замедления процесса старения и увеличения продолжительности жизни. Мы проанализировали различные терпеноиды по критериям геропротекторов, выделили почти два десятка соединений, которые могли бы замедлить старение и улучшить состояние здоровья.

Вообще изучением терпеноидов мы начали заниматься в 2013 году. Но на тот момент мы ограничивались только свойствами каротиноидов. Постепенно это направление расширяется. Мы включаем в исследования и другие группы терпеноидов, и новые экспериментальные методы для более глубокого анализа особенностей их действия, и новые модельные объекты. Для этого мы сотрудничаем с другими организациями, например, с Институтом молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН и с «Инитиум-Фарм». В рамках такой коллаборации мы изучили геропротекторные свойства и способность улучшать состояние здоровья препаратов на основе терпеноидов пихты сибирской. Было установлено, что они способны положительным образом сказываться на состоянии здоровья, например, ослаблять воспалительные реакции в организме, и имеют хороший потенциал для лечения различных возрастных заболеваний.

— За счет чего эти вещества влияют на здоровье организма?

— Терпеноиды обладают широким спектром биологических активностей. Известно, что терпеноиды — достаточно сильные антиоксиданты и стимуляторы защитных систем клетки и организма. Они снижают уровень активных форм кислорода, уровень повреждений ДНК и белков в клетках. Вместе с тем, они могут воздействовать на механизмы, которые способствуют устранению подобных повреждений. Терпеноиды снижают воспаление в тканях и в организме. Это как раз то свойство, которое применяется при использовании терпенов в качестве лекарственных средств при некоторых заболеваниях. Эти природные вещества улучшают обмен веществ, например, нормализуют баланс углеводов и липидов. Помимо этого, терпеноиды обладают дополнительными активностями: иммуностимулирующим, противовирусным, антибактериальным и противопаразитарным действиями.

— На каком этапе находится ваше исследование? Начаты ли клинические испытания?

— Наша задача была в том, чтобы обозначить основные терпены и терпеноиды, на которые стоит обратить внимание для дальнейшего, более глубокого изучения их именно в качестве геропротекторов. В исследовании мы указали на тех представителей класса терпеноидов, которые способны замедлять процессы, связанные со старением, стимулировать защитные механизмы и замедлять развитие возрастных заболеваний. Для большинства из этих соединений в настоящее время проводятся, скорее, скрининговые и доклинические испытания. На различных модельных организмах и на культурах клеток ученые анализируют то, какими полезными свойствами обладают эти вещества, и какое действие от них можно ожидать. Тем не менее, для уже упомянутых препаратов на основе пихты сибирской, существуют и клинические исследования, где они показывают свою эффективность, в том числе для лечения возрастных расстройств. Насколько я знаю, существует несколько терпенов, для которых также проводились клинические исследования, и которые рекомендованы для использования в качестве дополнительной терапии, например, при лечении рака.

— То есть все вещества, которые вы изучили, могут потенциально, в будущем стать лекарственными препаратами? 

— Конечно. Но важно понимать, что перед применением новых веществ для людей требуется очень внимательно и детально изучить, к каким побочным эффектам может привести использование препарата для лечения определенных заболеваний и для увеличения продолжительности жизни. При геропротекторной терапии необходимо будет принимать терпеноиды (так же как и любой другой потенциальный геропротектор) достаточно долгое время. Поэтому возможны какие-то побочные эффекты, которые мы не заметим при кратковременном применении препаратов на их основе.

— Над чем вы работаете сегодня?

— Одно из направлений нашей лаборатории связано с изучением геропротекторных свойств различных препаратов. Мы изучаем как природные соединения, так и синтетические фармакологические препараты. Кроме расширения исследований по терпеноидам, мы рассматриваем эффекты различных полифенольных соединений, полиаминов, жирных кислот и некоторых других соединений. Изучаем геропротекторные эффекты различных растительных экстрактов, например, из ягод, которые произрастают в нашем северо-западном регионе России. Помимо этого, специалисты лаборатории анализируют, какие синтетические препараты можно применять для увеличения продолжительности жизни. Ранее мы изучали геропротекторные свойства нестероидных противовоспалительных препаратов, к которым относится, например, ибупрофен и аспирин. В прошлом году нам удалось получить грант РНФ. Одна из задач поддерживаемого проекта посвящена изучению способности синтетических препаратов, которые стимулируют механизмы восстановления повреждений ДНК, увеличивать продолжительность жизни.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования и Российской академии наук.