Аннотация
Комплексный обзор humanin — первого открытого пептида, производного митохондрий, рассматривающий его цитопротективные механизмы, нейропротективные эффекты против болезни Альцгеймера, сердечно-сосудистые и метаболические преимущества, а также терапевтический потенциал при возрастных заболеваниях.
Humanin — пептид из 24 аминокислот, кодируемый областью 16S рибосомальной РНК митохондриальной ДНК, что делает его первым идентифицированным представителем нового класса биоактивных молекул, называемых митохондриальными пептидами (MDPs). Его открытие в 2001 году Хашимото и коллегами стало результатом функционального скрининга библиотеки кДНК, полученной из сохранившейся мозговой ткани пациента с семейной болезнью Альцгеймера. Исследователи искали факторы, способные защищать нейрональные клетки от клеточной гибели, индуцированной мутантным предшественником амилоидного белка. Идентификация humanin ознаменовала смену парадигмы в нашем понимании митохондриального генома, продемонстрировав, что митохондриальная ДНК кодирует не только структурные и ферментативные белки для окислительного фосфорилирования, но и малые биоактивные сигнальные пептиды с системными эффектами.
Аминокислотная последовательность humanin — MAPRGFSCLLLLTSEIDLPVKRRA; используется митохондриальный генетический код, отличающийся от стандартного ядерного. Несмотря на кодирование митохондриальной ДНК, humanin функционирует при цитоплазматической трансляции и высоко консервативен у млекопитающих, что свидетельствует о сильном эволюционном давлении, направленном на сохранение его биологической активности. Уровни циркулирующего humanin прогрессивно снижаются с возрастом, и это снижение коррелирует с повышением восприимчивости к тем самым заболеваниям, от которых humanin защищает в экспериментальных моделях: болезни Альцгеймера, сердечно-сосудистым заболеваниям и метаболической дисфункции.
Механизмы, посредством которых humanin оказывает свои защитные эффекты, многочисленны и взаимосвязаны. Один из наиболее хорошо охарактеризованных — активация сигнального пути STAT3. При связывании со своим рецепторным комплексом, состоящим из тримерной сборки CNTFR, WSX-1 и gp130, humanin запускает фосфорилирование STAT3, который затем транслоцируется в ядро для регуляции программ экспрессии генов, способствующих выживанию клеток, снижению воспаления и улучшению функции митохондрий. В клетках ретинального пигментного эпителия, подверженных окислительному стрессу, активация STAT3 под действием humanin ингибирует каспазу-3 — исполнительный фермент апоптоза, снижает внутриклеточные активные формы кислорода, восстанавливает митоэнергетику, увеличивает количество копий митохондриальной ДНК и уровни митохондриального транскрипционного фактора A (TFAM) — что указывает на усиленный биогенез митохондрий, — а также подавляет маркеры старения, включая бета-галактозидазу, ApoJ и p16INK4a.
Другой критический механизм связан с взаимодействием humanin с IGFBP-3 — белком 3, связывающим инсулиноподобный фактор роста. IGFBP-3 нормально способствует апоптозу через IGF-независимые механизмы, и humanin напрямую связывается с IGFBP-3, нейтрализуя его проапоптотическую активность и тем самым улучшая выживаемость клеток. Кроме того, humanin снижает уровни BAX — проапоптотического белка, формирующего поры во внешней мембране митохондрий для запуска высвобождения цитохрома c и инициирования внутреннего апоптотического каскада. В моделях инфаркта миокарда с последующей реперфузией лечение humanin значительно снижало уровни BAX и уменьшало апоптоз кардиомиоцитов.
Нейропротективные эффекты humanin были подробно изучены, особенно в контексте болезни Альцгеймера. Пептид защищает нейроны от токсичности олигомеров амилоида-бета — основного патологического механизма при болезни Альцгеймера, а также от лишения сыворотки, ишемии, индуцированной инсультом, NMDA-эксайтотоксичности и других инсультов, связанных с БА. В грызунных моделях введение humanin улучшает когнитивные функции и снижает амилоидную нагрузку. Исследования также выявили, что астроциты являются значимым источником humanin в мозге, а экспрессия humanin в гиппокампе регулируется овариальными гормонами. У овариэктомированных крыс, моделирующих гормональные изменения менопаузы, экспрессия humanin в гиппокампе значительно снижается, что сопровождается астроглиальными маркерами. Это открытие предоставляет потенциальную механистическую связь между менопаузой, снижением уровня эстрогена, уменьшением humanin в мозге и повышенной восприимчивостью женщин после менопаузы к болезни Альцгеймера.
Кардиоваскулярная защита humanin выходит за рамки острых антиапоптотических эффектов при ишемии-реперфузии. У мышей с дефицитом ApoE на диете с высоким содержанием холестерина лечение аналогом humanin HNGF6A уменьшало размер атеросклеротических бляшек, сохраняло функцию эндотелия, повышало активность эндотелиальной NO-синтазы и противодействовало окислительному стрессу. Уровни циркулирующего humanin у людей обратно коррелируют с риском сердечно-сосудистых заболеваний, что свидетельствует о том, что эндогенный humanin может служить природным защитным фактором против сосудистой патологии.
Метаболические эффекты humanin не менее значимы. Интрацеребровентрикулярное введение повышает инсулинчувствительность у крыс, снижая выработку глюкозы печенью и усиливая периферическое поглощение глюкозы. Аналог HNGF6A нормализует уровни глюкозы у крыс Zucker с диабетом, модели диабета 2 типа. У мышей NOD, модели диабета 1 типа, humanin улучшает толерантность к глюкозе, подавляет воспаление поджелудочной железы и инфильтрацию лимфоцитами и защищает бета-клетки от цитокин-индуцированного разрушения. В моделях старения лечение humanin снижает ожирение в среднем возрасте, увеличивает безжировую массу тела, снижает висцеральный жир и маркеры воспаления, включая IBA-1, IL-6 и IL-10, а также умеренно продлевает продолжительность жизни трансгенных червей C. elegans через путь daf-16/FOXO.
Наиболее эффективным аналогом humanin является HNG, также известный как S14G-humanin, несущий единственную аминокислотную замену серина на глицин в позиции 14. Эта модификация примерно в 1000 раз повышает биологическую эффективность по сравнению с нативным humanin, что делает его предпочтительным соединением для исследовательских применений, требующих более низких доз и более высокой эффективности. Исследовательские дозировки humanin и его аналогов варьируются от 0,01 до 1 микромоля в системах клеточных культур, тогда как исследования на животных использовали различные дозы HNGF6A на протяжении периодов до 16 недель.
Клинический исследовательский статус humanin остаётся полностью доклиническим. Терапевтических испытаний на людях завершено не было, хотя уровни эндогенного humanin исследуются как биомаркеры старения и заболеваний. Повышенные уровни humanin задокументированы при митохондриальных заболеваниях, таких как MELAS и CPEO, где он может представлять компенсаторную защитную реакцию на митохондриальную дисфункцию. Профиль безопасности выглядит благоприятным во всех опубликованных исследованиях: токсичность в животных моделях при терапевтических дозах не сообщалась, хотя теоретически существует опасение, что устойчивая антиапоптотическая активность может способствовать выживанию повреждённых или предраковых клеток. Долгосрочные данные о безопасности для человека отсутствуют и потребуют официальной клинической оценки.
