《Nature》谈谈长生不老药的临床试验之路

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2017年10月31日 来源:生物通

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  长生不老是人类永恒的话题,杀死体内的僵尸细胞已经证明是一种强大的抗衰老策略。现在,它即将在人类身上进行测试。

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2011年,Mayo诊所的Jan van Deursen构建了转基因老鼠,该老鼠未能如预期发展肿瘤,却经历了一种奇怪的疾病。3个月大时,老鼠皮毛变薄,眼睛因白内障而变得呆滞无神。van Deursen花了几年时间来研究这种老鼠的迅速老龄化【1】。他发现,老鼠体内堆积着一类既不会分化也不会死去的奇怪细胞。

杀死这些“僵尸”细胞老鼠早衰会得到延迟吗?

2011年,研究团队发现,消除这些细胞,能预先阻止老鼠早衰【2】。此后七年,数十项实验证实衰老器官里确实积聚着僵尸细胞,消除它们可以减轻甚至预防某些疾病,例如今年发表的文章表明,清除老鼠僵尸细胞,老鼠皮毛密度增加,肾功能得到改善【3】;还能改善肺病【4】修复受损软骨【5】。2016年,一篇文章报道这种处理甚至延长了正常老鼠的寿命【6】。

“只要移除这些僵尸细胞,就会启动一些组织的自然修复机制,促进新生组织生产,”约翰霍普金斯大学生物医学工程师Jennifer Elisseeff说。

什么是僵尸细胞

这种“僵尸”细胞,即衰老细胞(senescent cell),在5年多前才首次进入人们视线,它们实际是种很常见的不分裂细胞。几乎所有细胞都具有进入衰老细胞的潜力,此时,细胞会停止复制自己,转而全力生产数以百计的抗死亡蛋白。这种暮年状态下的细胞虽然失去了壮年时自我复制的能力,但却可以保持不死。

现在很多生物科技和制药公司都在测试杀死衰老细胞的药物(senolytics),以图永葆青春,至少延缓衰老。

作为统一生物技术公司(Unity Biotechnology)的联合创办人,van Deursen计划未来2年半将进行多次针对骨关节炎、眼部疾病和肺部疾病的人体临床试验。Mayo的老年病学家James Kirkland也参与了2011年的研究项目,他说:“我为此整晚睡不着觉,这些实验在小鼠或者大鼠身上效果极好,但是距离人类医用总有一些难以跨越的障碍。”

测试长生不老药的临床试验几乎不可能获得项目经费。衰老是一个很尴尬的概念,美国食品药品监督管理局并未将其划为需要治疗的范畴。

尽管如此,统一总裁Ned David表示,任意一项测试证明senolytics对人类有一点功效的话,都将极大地推进人类老龄化基本进程研究和治疗。纽约爱因斯坦医学院的衰老研究所所长Nir Barzilai说:“进入临床试验?senolytics绝对已经准备好了。我认为很快,未来几年之内,现在的许多中老年人将受益于senolytics。”


研究困境

1961年,微生物学家Leonard Hayflick和Paul Moorhead提出了细胞层面的衰老(senescence)的概念。这一想法被忽视了几十年并非没有道理。

尽管许多细胞会自行死亡,但是所有可分裂的体细胞都有潜在的衰老体质。西班牙巴萨罗纳生物医学研究所,已经研究了25年senescence的 Manuel Serrano说:“我们还不确定这些衰老细胞是否还有其他重要的功能,尽管它们已经丧失了复制能力,但仍保持活跃的新城代谢,还会继续行使基本的细胞功能。”

2000s中期,senescence被理解为一种抑制损伤细胞生长以预防肿瘤的生理机制。如今,研究人员了解到,当细胞突变或受损后,通常会停止分裂。鉴于在胎盘和胚胎中也发现了衰老细胞,它们似乎引导了被清除之前的临时结构的形成。

直到2008年,分子生物学家Judith Campisi发现了senescence不为人知的消极面。包括Campisi在内的三个研究组透露衰老细胞大量分泌细胞因子、生长因子和蛋白酶,影响临近细胞,煽动局部炎症【7、8、9】。Campisi课题组称其为细胞衰老相关分泌表型(cell's senescence-associated secretory phenotype, SASP)【7】。最近,她的团队已经鉴定了几百种参与SASP的蛋白质。

在年轻和健康的组织中,这些分泌物可能参与修复过程,受损细胞刺激附近组织修复,并发出求救信号促进免疫系统消除它们。但不知什么时候开始,衰老细胞开始积累,有人猜测可能是长此以往,免疫系统停止了对细胞的反应,关节炎、动脉粥样硬化等老年病也随之而来。令人意外的是,不同组织的衰老细胞分泌不同细胞因子,表达不同细胞外蛋白,使用不同策略逃避死亡。

另一项研究表明,癌症化疗后清除衰老细胞,皮肤和乳腺癌小鼠模型的癌症比较不容易出现扩散【10】。

缺乏通识标志物是搜查衰老细胞积累的一大难题。研究人员必须使用大量额外标志物,以至于耗时耗力。van Deursen说:“我打赌,我们永远找不到衰老特异性的标志物。”

今年早些时候,Valery Krizhanovsky和他在魏茨曼科学研究所的同事们用senescence的分子标记染色组织,观察到了肿瘤和衰老小鼠组织的一些衰老细胞【11】。“数量比我预想的要多,幼年小鼠任意器官的衰老细胞约占1%,2岁小鼠的这一比例提升到了20%。”Krizhanovsky说。

虽然这些细胞很难被鉴定,但很容被杀死。

杀死它们

细胞老而不死的保护机制在于“不死”状态,所以研究人员找到了6条被衰老细胞激活的、阻止细胞死亡的信号通路【12、13】。这是寻找靶向化合物的核心问题。

2015年初,该研究小组确定了第一个senolytic,这是一种FDA批准化疗药物,名为dasatinib。与槲皮素联合使用,有效减缓了衰老相关小鼠模型的老化进程【14】。

10个月后,Arkansas 大学的Daohong Zhou和同事发现了现如今被称为navitoclax的一个senolytic组分,它能抑制两种BCL-2家族成员,阻止细胞继续存活【15】。本周Kirkland课题组和Krizhanovsky课题组也报道了类似的发现【16、17】。

有文献记载的senolytic已经累至14种,包括小分子、抗体和多肽。

但是,每种senolytic只对特定衰老细胞起效,针对不同老化疾病,可能需要多种类型senolytic。

除此之外,senolytic药物有几点比较吸引人的特质。衰老细胞只需定期清除一次,比如一年一次。所以用药期比较短,打完就跑的药物呈递策略可以避免不良副作用。统一公司计划直接将药物注射到疾病患处,例如关节炎患者的膝关节、黄斑变性患者的眼睛后部等。

与癌症不同,衰老相关疾病治疗没必要杀死组织中的所有衰老细胞。小鼠研究表明,杀死大部分细胞就足以产生差异。最后,senolytic只会影响已经存在的衰老细胞,不会干涉这类细胞的形成,意味着衰老细胞最初的肿瘤抑制功能仍可保留。

去年,senolytic使动物寿命延长了25%【6】的报道很大程度上鼓励了senolytic的热衷粉丝。已经有七八家公司进入了这个领域。在Mayo诊所,dasatinib和槲皮素联合用药对抗慢性肾病的临床研究已经开放。

“在人类安全测试之前,任何人都不能擅自服用这些药物。在啮齿动物中,实验已经证明senolytic化合物会延迟伤口愈合,可能还会有其他副作用,”Kirkland说。

Van Deursen认为,解决衰老之谜是人类永恒的话题,这么多年来,人们在衰老细胞上的基础探索都是为了勾勒衰老的真实样貌,最终证明人类有能力以一种智能的方式干预衰老。

原文检索:
To stay young, kill zombie cells Nature 550, 448–450 (26 October 2017) doi:10.1038/550448a

相关文献:
1. Baker, D. J. et al. Nature Cell Biol. 10, 825–836 (2008).
2. Baker, D. J. et al. Nature 479, 232–236 (2011).
3. Baar, M. P. et al. Cell 169, 132–147 (2017).
4. Schafer, M. J. et al. Nature Commun. 8, 14532 (2017).
5. Jeon, O. H. et al. Nature Med. 23, 775–781 (2017).
6. Baker, D. J. et al. Nature 530, 184–189 (2016).
7. Coppé, J.-P. et al. PLoS Biol. 6, e301 (2008).
8. Kuilman, T. et al. Cell 133, 1019–1031 (2008).
9. Acosta, J. C. et al. Cell 133, 1006–1018 (2008).
10. Demaria, M. et al. Cancer Discov. 7, 165–176 (2017).
11. Biran, A. et al. Aging Cell 16, 661–671 (2017).
12. Zhu, Y. et al. Aging Cell 14, 644–658 (2015).
13. Fuhrmann-Stroissnigg, H. et al. Nature Commun. 8, 422 (2017).
14. Kirkland, J. L. & Tchkonia, T. EBioMedicine 21, 21–28 (2017)
15. Chang, J. et al. Nature Med. 22, 78–83 (2016).
16. Zhu, Y. et al. Aging Cell 15, 428–435 (2016).
17. Yosef, R. et al. Nature Commun. 7, 11190 (2016).

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