Autofagija ir glaukoma: neuroprotekcijos permąstymas
Glaukoma yra regos nervo neuropatija, pasižyminti progresuojančiu tinklainės ganglijų ląstelių (TGL) ir jų aksonų žuvimu, dėl kurio negrįžtamai prarandamas regėjimas (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tradiciškai gydoma mažinant akispūdį (AS), glaukoma dabar taip pat pripažįstama kaip neurodegeneracinė liga. Kol pasirodo regos lauko defektai, dažnai jau būna prarasta didelė dalis TGL (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Todėl dėmesys nukrypo į TGL apsaugą taikant ne AS strategijas. Vienas perspektyvus taikinys yra autofagija – ląstelės „savaiminio valgymo“ palaikymo kelias. Autofagija lizosomose atskiria ir perdirba pažeistus baltymus bei organeles, taip palaikydama neuronų sveikatą. Atsirandantys įrodymai rodo, kad sutrikusi autofagija (sumažėjęs autofaginis srautas) prisideda prie glaukomos sukeltos TGL mirties (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tiesą sakant, daugelis tyrimų praneša, kad disfunkcinė autofagija yra glaudžiai susijusi su glaukomos progresavimu (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Taigi, autofagijos stiprinimas TGL tapo patrauklia strategija siekiant užkirsti kelią apoptozei ir degeneracijai (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Spermidinas: natūralus autofagijos stipriklis
Spermidinas yra natūraliai visose ląstelėse randamas poliaminas. Jis ypač koncentruotas tinklainės ir smegenų glijos ląstelėse (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Spermidino lygis mažėja su amžiumi, tačiau papildymas visą gyvenimą turi didelę naudą. Modeliuose organizmuose (mielėse, kirmėlėse, muselėse ir pelėse) papildomas spermidinas pailgina gyvenimo trukmę ir padidina atsparumą stresui, skatindamas autofagiją (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Mechaniškai spermidinas slopina pagrindinių baltymų acetilinimą (taikantis į EP300), taip atlaisvindamas autofagijos mechanizmo stabdį. Rezultatas yra padidėjęs autofaginis srautas – susidaro daugiau autofagosomų ir pašalinamos ląstelių atliekos – o tai padeda ląstelėms išgyventi stresą (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Paprastai tariant, spermidinas veikia kaip „kalorijų apribojimo mimikas“, stimuliuodamas tuos pačius valymo kelius, kuriuos aktyvuoja badavimas ar rapamicinas (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Maisto šaltiniai ir papildai
Spermidino gausu tam tikruose maisto produktuose. Pavyzdžiui, sojų pupelės, brandinti sūriai, kviečių gemalai, grybai ir kai kurie riešutai ar ankštiniai augalai yra ypač turtingi šaltiniai (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tipinėje Vakarų mityboje gaunama apie 5–15 mg spermidino per dieną (apie 60–100 μmol) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tačiau eksperimentiniuose gyvūnų tyrimuose naudojamos dozės yra daug didesnės. Tyrimų pelėms spermidinas dažnai duodamas ~30 mM koncentracijos geriamajame vandenyje (atitinka daug šimtų mg kilogramui kūno svorio) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Paprastai perskaičiavus, tokia pelės dozė atitiktų gramus per dieną žmonėms – gerokai daugiau, nei galima gauti vien tik iš maisto. Žmonėms koncentruoti papildai yra būdas padidinti suvartojimą. Daugumoje iki šiol atliktų tyrimų su žmonėmis buvo naudojamos miligramų eilės dozės. Pavyzdžiui, neseniai atliktas kognityvinio senėjimo tyrimas davė vyresnio amžiaus suaugusiesiems ~1,2–3,3 mg spermidino per dieną (kapsulėmis arba praturtinta duona) ir nustatė, kad jis yra saugus (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Praktiškai komerciniai spermidino papildai dažnai suteikia ~0,5–3 mg vienoje kapsulėje, skirti kasdieniam vartojimui. Reikės tolesnių dozių nustatymo tyrimų, kad būtų nustatyta optimali apsauginė dozė akiai.
Preklinikinė neuroprotekcija glaukomos modeliuose
Gyvūnų tyrimai rodo stiprų spermidino neuroprotekcinį poveikį TGL. Pavyzdžiui, pelės regos nervo pažeidimo (RNP) modelyje (imitavus traumatinę regos nervo neuropatiją ir kai kuriuos glaukomos aspektus) kasdieninis geriamasis spermidinas smarkiai sumažino TGL praradimą. Pelėms, kurioms buvo duodama spermidino (30 mM geriamajame vandenyje), dviem savaitėms po regos nervo sutraiškymo išgyveno žymiai daugiau TGL nei kontrolinės grupės pelėms (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). In vivo OKS vaizdavimas patvirtino šią apsaugą: spermidinu gydytos pelės išlaikė storesnius vidinius tinklainės sluoksnius ir ganglijų ląstelių kompleksą (GLK) nei negydytos pelės (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Spermidinas taip pat skatino regos nervo aksonų regeneraciją ir slopino streso kelius: jis blokavo ASK1-p38 kinazės kaskadą TGL ir sumažino oksidacinio streso žymenis tinklainėje (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Trumpai tariant, geriamasis spermidinas stimuliavo stiprų antioksidacinį ir neuroprotekcinį atsaką, apsaugodamas TGL nuo traumos sukeltos mirties (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Atskiras normalaus akispūdžio glaukomos modelis – EAAC1 KO pelė – davė panašių rezultatų (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). EAAC1 KO pelėms spontaniškai išsivysto TGL degeneracija (su normaliu AS) dėl sutrikusio glutamato transporto. Ir šiame modelyje nuolatinis spermidinas (30 mM vandenyje nuo 5 iki 12 gyvenimo savaitės) pagerino tinklainės degeneraciją ir išlaikė funkciją (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Daugiakrypčiai klausimynai (OKS ir daugiafokis ERG) parodė geresnę tinklainės struktūrą ir regos atsakus spermidinu gydytoms genetiškai modifikuotoms pelėms, palyginti su negydytomis pelėmis (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Pažymėtina, kad spermidinas neturėjo įtakos pačiam AS, patvirtinant tiesioginį poveikį tinklainei (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Apsauginis mechanizmas čia vėlgi, atrodo, apėmė antioksidaciją: spermidinas labai sumažino 4-hidroksi-2-nonenalo (lipidų peroksidacijos žymens) kiekį tinklainėje KO pelėms (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov).
Šie graužikų tyrimai, kartu paėmus, rodo, kad mitybos spermidinas gali apsaugoti TGL traumų ir genetinių glaukomos modeliuose (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov). Nuoseklūs rezultatai – sumažėjusi TGL apoptozė, išsaugota tinklainės storis, pagerėjusi elektrofiziologija – rodo apibendrinamąjį neuroprotekcinį poveikį. Duomenys patvirtina idėją, kad autofagijos (ir antioksidacinės apsaugos) stiprinimas spermidinu gali nutraukti bendrus glaukomos oksidacinio streso ir uždegimo kelius (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov).
Dozės vertimas: nuo pelių iki žmonių
Vienas iššūkis yra atotrūkio tarp veiksmingų gyvūnų dozių ir galimo žmonių vartojimo sumažinimas. Kaip minėta, pelės dažnai gaudavo ~30 mM spermidino vandenyje. 25 g pelė, gerdama ~5 ml/dieną, suvartotų ~20–25 mg/dieną, maždaug 800–1000 mg/kg (labai didelė dozė). Perskaičiavus pagal kūno paviršiaus plotą, tai atitiktų dešimtis gramų per dieną 70 kg sveriantiems žmonėms – akivaizdu, kad tai nepraktiška. Vietoj to, žmonių intervencijose naudojamos daug mažesnės dozės. 2018 m. „Aging“ atsitiktinių imčių kontroliuojamajame tyrime buvo naudojama ~1,2 mg/dieną 3 mėnesius (pmc.ncbi.nlm.nih.gov); kitame tyrime buvo naudojama 1,9–3,3 mg/dieną per spermidinu praturtintą duoną (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Šios mažos dozės buvo gerokai mažesnės už vidutinį suvartojimą su maistu, tačiau buvo tiriamos dėl saugumo ir nedidelio veiksmingumo (3 mg/dieną buvo pastebėta tam tikra atminties nauda) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Kadangi spermidino suvartojimas su maistu (~10 mg/dieną) yra nedidelis, norint žymiai padidinti autofagiją, reikalingi papildai arba praturtinti maisto produktai. Laimei, spermidinas gerai absorbuojamas žarnyne (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Kapsulės arba ekstraktai (dažnai iš kviečių gemalų) leidžia kontroliuoti dozavimą. Projektuojant dozes žmonėms glaukomos tyrimams, tyrėjai greičiausiai pradėtų nuo dozių, panašių į kognicijos tyrimus (1–10 mg/dieną) ir atidžiai stebėtų poveikį. Farmakokinetikos duomenys rodo, kad, paradoksalu, didelės geriamojo spermidino dozės stipriai nepadidina spermidino kiekio kraujyje – jis greitai absorbuojamas audinių (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) – tačiau audinių lygis (ypač tinklainėje) vis tiek galėtų pakilti tiek, kad sustiprintų autofagiją. Ideali terapinė dozė dar nenustatyta.
Saugumo profilis ir įžvalgos apie ilgaamžiškumą
Spermidinas pasižymi puikiu saugumu mitybos dozėmis. Orientaciniame II fazės tyrime, vyresnio amžiaus žmonės, turintys kognityvinių sutrikimų riziką, vartojo spermidino turtingą ekstraktą (1,2 mg/dieną) arba placebą 3 mėnesius. Spermidino grupėje nepasireiškė jokių nepageidaujamų reakcijų: gyvybiniai rodikliai, kraujo chemija ir organų funkcija liko identiški kontrolinės grupės rodikliams (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Atitikimas buvo aukštas (>85%), o tai rodo gerą toleravimą. Net pelėms subchroninis spermidinas (28 dienos, iki 50 g ekstrakto/kg pašaro) nesukėlė mirties ar didelių organų pažeidimų (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Nedideli radiniai (pvz., nedidelis inkstų svorio padidėjimas pelių patelėms esant ekstremaliai perdozavimui) buvo pastebėti tik viršfiziologiniais lygiais (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Ankstyvos vėžio problemos nepasitvirtino. Nors navikai dažnai turi pakitusią poliaminų apykaitą, visą gyvenimą trunkantis spermidino papildymas normalioms pelėms nepadidino navikų atsiradimo dažnio (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Priešingai, vienas pelių tyrimas parodė, kad geriamasis spermidinas sumažino chemiškai sukeltą kepenų vėžį ir pailgino vidutinę gyvenimo trukmę ~25% (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tai atitinka plačią „kalorijų apribojimo mimikų“ literatūrą: spermidinas (kaip rapamicinas ir badavimas) linkęs skatinti ilgaamžiškumą kirmėlėse, muselėse ir pelėse (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Epidemiologiškai, žmonės, gaunantys daugiau spermidino su maistu, turi mažesnį visų priežasčių mirtingumą (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) ir lėtesnį biologinį senėjimą (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Apibendrinant, ilgaamžiškumo duomenys yra drąsinantys: spermidinas siejamas su gyvenimo trukmės pailginimu daugelyje sistemų, be akivaizdžios žalos. Žinoma, visą gyvenimą trunkančio poveikio žmonėms dar reikia įrodyti, tačiau dabartiniai saugumo/senėjimo tyrimai teikia vilčių.
Spermidinas ir į mTOR nukreiptos terapijos
Spermidinas ir mTOR inhibitoriai abu stimuliuoja autofagiją, tačiau skirtingais būdais. mTOR (mechanistinis rapamicino taikinys) yra maistinių medžiagų jutiklis: kai jis aktyvus, jis slopina autofagiją, o kai slopinamas (pvz., rapamicinu), autofagija išlaisvinama. Naujausi darbai rodo, kad šie du metodai iš tikrųjų yra susiję. Badavimas arba rapamicinas sukelia endogeninį spermidino biosintezės šuolį (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Tiesą sakant, spermidino gamybos blokavimas (pvz., ODC1 inhibitoriais) neleidžia rapamicinui indukuoti autofagijos ir pailginti gyvenimo trukmės (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Kitaip tariant, spermidinas, atrodo, yra esminis rapamicino poveikio autofagijai grandinės mediatorius (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).
Tai reiškia, kad egzogeninis spermidinas ir rapamicinas susilieja į tą pačią autofagijos kaskadą. Praktinis pritaikymas neaiškus. Viena nuomonė, kad jų derinimas galėtų būti sinergetinis (didesnis autofagijos stimulas). Kita – kad jei rapamicinas jau maksimaliai padidina spermidino kiekį, pridėjus daugiau, poveikis gali mažėti. Pažymėtina, kad neseniai atliktas ląstelių tyrimas nustatė skirtingus autofaginio srauto profilius spermidinui ir rapamicinui (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), o tai rodo, kad jie veikia skirtingus etapus. Todėl juos derinti gali būti saugu (pvz., senėjimą stabdančiose klinikose), tačiau specifinis poveikis glaukomos pacientams nežinomas. Bent jau klinicistai turėtų žinoti, kad šios intervencijos biologiškai persidengia. Kiekvienas, vartojantis spermidino papildus, turėtų pranešti savo komandai apie bet kokius mTOR moduliuojančius vaistus (pvz., rapalogus ar net metforminą) ir stebėti netikėtus poveikius. Išsamūs vaistų ir papildų sąveikos tyrimai dar nėra atlikti.
Pirmojo glaukomos tyrimo su spermidinu kūrimas
Atsižvelgiant į daug žadančius preklinikinius duomenis, kaip galėtume išbandyti spermidiną glaukomos pacientams? Protingas pirmasis tyrimas būtų atsitiktinių imčių, placebu kontroliuojamas ankstyvos stadijos pirminės atviro kampo glaukomos (arba normalaus akispūdžio glaukomos) pacientų tyrimas, vartojant standartinę AS mažinančią terapiją. Pagrindiniai dizaino elementai galėtų apimti:
- Dozė ir trukmė: Pradėti nuo kukurūzų krakmolo placebo ir spermidino papildo (arba praturtinto kviečių gemalų ekstrakto) ~3–5 mg/dieną, vartojamo vieną kartą per dieną. Įvadinis laikotarpis pradinei stabilumui nustatyti, po to gydymas bent 12 mėnesių.
- Vaizdavimo galutiniai taškai (struktūriniai): Optinė koherentinė tomografija (OKT) regos nerve ir tinklainėje būtų pirminė. Konkrečiai, matuoti peripapiliarinio tinklainės nervo skaidulų sluoksnio (TNSS) storį ir geltonosios dėmės ganglijų ląstelių komplekso (GLK) storį pradiniu, 6 ir 12 mėnesių laiku. Bet koks TNSS/GLK plonėjimo sulėtėjimas spermidino grupėje būtų teigiamas ženklas. (Gyvūnų tyrimai jau patvirtino OKS kaip naudingą neinvazinį biomarkerį (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).)
- Funkciniai galutiniai taškai: Standartinė automatinė perimetrija (24-2 regos laukai) yra esminė. Dokumentuoti regos lauko vidutinio nuokrypio (VN) pokyčio greitį laikui bėgant. Kadangi ankstyvos glaukomos progresavimas yra lėtas, tyrimui gali prireikti pakankamai pacientų/galios arba jautraus tyrimo (pvz., lauko taškų tiesinės regresijos taškas po taško). Papildomi tyrimai galėtų apimti rašto elektroretinogramą (pERG) arba daugiafokį ERG, siekiant įvertinti TGL funkciją, ir galbūt regos sukeltuosius potencialus (RSP).
- Biomarkeriai ir saugumas: Kas ketvirtį stebėti AS ir sisteminės saugos laboratorinius tyrimus (kepenų/inkstų funkcija). Tikrinti atitikimą skaičiuojant tabletes arba pagal biomarkerius (pvz., poliaminų kiekį kraujyje ar net ašarų skystyje, nors ašarų žymenys yra eksperimentiniai). Jei yra, galima naudoti naujus vaizdavimo metodus: pavyzdžiui, DARC (apoptozuojančių tinklainės ląstelių aptikimas) yra naujas fluorescencinis TGL mirties tyrimas, kuris gali aptikti poveikį per kelis mėnesius. Tačiau OKS ir regos lauko tyrimai turėtų pakakti iš pradžių.
- Tyrimo populiacija: Pacientai, sergantys lengva ar vidutine glaukoma (ankstyvas regos lauko praradimas), maksimaliai padidintų galimybę pamatyti neuroprotekciją. Abiejų lyčių, vyresni nei 40 metų, su kontroliuojamu AS, vartojant stabilizuojančius lašus. Pašalinti iš tyrimo pažengusią glaukomą (kai regėjimo pokyčiai gali klaidinti) ar kitas tinklainės ligas.
- Statistinis planas: Pagrindinis galutinis taškas galėtų būti TNSS storio pokytis (tikriausiai nedidelis per vienerius metus). Antrinis: regos lauko progresavimo greitis. Teigiama tendencija (lėtesnis struktūrinis ar funkcinis pablogėjimas) pateisintų didesnius tyrimus. Imties dydžio skaičiavimai priklausytų nuo laukiamo efekto dydžio; pilotinis tyrimas su ~50 pacientų vienoje grupėje galėtų suteikti pradinių įžvalgų.
- Apsvarstymai: Visi tiriamieji toliau gautų standartinę glaukomos priežiūrą (AS kontrolę). Kadangi spermidinas yra labai saugus, etikos komitetas greičiausiai vertintų tai kaip nutraceutikų tyrimą, o ne didelės rizikos vaisto tyrimą. Nepaisant to, turėtume kruopščiai registruoti visus nepageidaujamus reiškinius (nors tikimasi, kad tokiomis dozėmis jų nebus).
Siekdami ilgalaikių tikslų, atsižvelgiant į platų spermidino sisteminį poveikį, galėtume matuoti ir ilgaamžiškumo žymenis arba metabolinius poveikius šiems pacientams. Tačiau oftalmologiniam tyrimui prioritetas yra įrodyti, kad TGL vientisumas (vaizdavimas ir funkcija) yra išsaugotas.
Išvada
Didėjantis tyrimų skaičius sieja autofaginę sveikatą su TGL išgyvenamumu ir spermidiną iškelia į šios biologijos centrą. Kaip maisto/autofagijos stipriklis, turintis patikimą saugumo įrašą ir neuroprotekcijos įrodymus glaukomos modeliuose (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov), spermidinas yra intriguojantis kandidatas glaukomos terapijai. Jo natūralus buvimas maiste, kartu su pastebėtu gyvenimo trukmės pailgėjimu preklinikiniuose tyrimuose (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), dar labiau didina jo patrauklumą. Dabar reikalingi kruopštūs klinikiniai tyrimai. Gerai suprojektuotas pirmasis glaukomos tyrimas, naudojant vaizdavimą (OKS) ir regos laukus, galėtų nustatyti, ar lėtinis spermidino papildymas lėtina TGL praradimą pacientams. Jei pavyks, spermidinas galėtų atverti naują nutraceutikos strategiją regos neuroprotekcijai – sprendžiant didelį nepatenkintą poreikį glaukomos valdyme.