Сенолитики перспективны в борьбе со старением мозга и невропатологией, вызванной COVID-19

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Природное старениеМеждународная группа исследователей заметила, что сенолитики могут облегчить физиологическое старение мозга и невропатологию, вызванную коронавирусной болезнью 2019 (COVID-19). Сенолитики — это класс препаратов, которые избирательно воздействуют на стареющие клетки и уничтожают их, то есть клетки, которые перестали делиться и способствуют старению и возрастным заболеваниям.

Большинство пациентов с COVID-19 часто испытывают различные неврологические осложнения. Кроме того, транскриптомные данные аутопсии тканей головного мозга предполагают связь между тяжелым снижением когнитивных функций у пациентов с COVID и признаками старения мозга. Хотя недавние сообщения указывают на участие сенесцентных клеток в нейродегенерации и снижении когнитивных функций у пожилых мышей и живой моделей невропатологии, их вклад в старение тканей головного мозга человека и патологию центральной нервной системы, вызванную COVID-19, остается неизвестным.

Изучать: Сенолитическая терапия облегчает физиологическое старение мозга человека и невропатологию, вызванную COVID-19. Изображение предоставлено: Хосе Луис Кальво / Shutterstock

Исследование и выводы

В настоящем исследовании исследователи проверили влияние сенолитиков на физиологическое старение мозга и невропатологию, вызванную COVID-19. Во-первых, они создали органоиды человеческого мозга (БО) из эмбриональные стволовые клетки и физиологически состарили их на восемь месяцев. Впоследствии БО получали две дозы сенолитиков, таких как комбинация дазатиниб-кверцетин (D+Q), ABT-737 и навитоклакс, в течение одного месяца с двухнедельным интервалом.

Сенолитические вмешательства значительно снижали активность связанной со старением β-галактозидазы (SA-β-гал), что указывает на элиминацию стареющих клеток. Это было дополнительно подтверждено значительно более высокими уровнями ламина B1 (ядерный маркер, активность которого снижается при старении) у обработанных БО. Затем команда исследовала типы клеток, участвующие в фенотипах старения, путем совместной иммуномаркировки маркером старения (p16).

Более трех четвертей p16-положительных клеток коиммуноокрашены с астроцитами (положительными на глиальный фибриллярный кислый белок), тогда как примерно 15% локализованы совместно со зрелыми нейронами (положительными на ядра нейронов). антиген). Эти две популяции клеток головного мозга представляли большинство (> 90%) p16-положительных клеток. Команда обнаружила значительное сокращение популяции стареющих астроцитов после лечения, при этом комбинация D+Q оказалась наиболее эффективной. Однако эффект сенолитиков на уменьшение стареющих нейронов был менее выражен.

Секвенирование РНК выявило повышение уровня информационной РНК (мРНК) ламина B1 при всех сенолитических обработках. Кроме того, 81 мРНК, связанная со старением, последовательно подавлялась с помощью сенолитической обработки. Кроме того, прогнозирование часов старения было выполнено на основе секвенирования всего транскриптома. Обработка D+Q девятимесячных органоидов вернула возраст экспрессии их генов до уровня восьмимесячных органоидов.

Этот фенотип не наблюдался при других протестированных сенолитических вмешательствах. Изменения в экспрессии генов, вызванные лечением D+Q, коррелировали с признаками вмешательств по продлению жизни млекопитающих, таких как введение рапамицина и ограничение калорий. Затем команда оценила распространенность стареющих клеток в аутопсии лобной коры головного мозга пациентов того же возраста, которые умерли из-за тяжелой формы COVID-19 или неневрологических и неинфекционных причин.

В мозге умерших от Covid-19 наблюдалось более чем семикратное увеличение количества p16-положительных клеток, чем у людей из контрольной группы, не зараженных COVID-19. Затем человеческие БО подверглись воздействию различных вирусных патогенов, чтобы изучить, как (нейротропные) вирусы способствуют невропатологии, вызванной старением. Инфекция, вызванная коронавирусом 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2), в основном выявлялась в нейронах, микроглии и нейрональных предшественниках.

Также были протестированы семь вариантов SARS-CoV-2, и их фенотипы старения были ранжированы по активности SA-β-гал. Большинство вариантов значительно увеличивали SA-β-гал, но вариант Дельта демонстрировал наиболее мощную индукцию. Более того, наблюдалась характерная колокализация вирусного шипа и SA-β-гал в Дельта-инфицированных БО. Кроме того, статистически более высокая индукция старения наблюдалась между органоидами, инфицированными в течение 5 и 10 дней.

Повышенное старение, наблюдаемое через 10 дней после заражения (дпи) по сравнению с 5 дпи, позволяет предположить, что инфекция SARS-CoV-2 могла спровоцировать вторичное старение. Интересно, что неинфицированные сенесцентные клетки располагались в пределах 150 мкм от инфицированных сенесцентных клеток, что подтверждает предполагаемый эффект свидетеля инфицированных клеток в запуске вторичного старения. Старение также было вызвано заражением БО вирусом японского энцефалита (JEV), вирусом Зика (ZIKV) или вирусом Росио (ROCV).

Исследователи изучили связь транскриптомных изменений между пациентами с COVID-19 и БО, инфицированными SARS-CoV-2. Среди почти 1600 генов с дифференциальной экспрессией между инфицированными и неинфицированными БО в образцах мозга пациентов с COVID-19 было 485 генов с дифференциальной экспрессией. Примечательно, что известные пути старения и старения были обогащены этим общим набором генов.

Длительное лечение сенолитиками предотвращает избирательное накопление сенесцентных клеток в физиологически стареющих БО человека. а–жБО создавали и выращивали in vitro в течение 8 месяцев, а затем подвергали воздействию двух доз (по одной каждые 2 недели) навитоклакса (2,5 мкМ), ABT-737 (10 мкМ) или D + Q (D, 10 мкМ; Q, 25). мкМ) в течение следующего месяца, после чего органоиды (n = 8–14) собирали для анализа in situ. аАнализ SA-β-гал проводили на срезах органоидов. Каждая точка данных на гистограмме представляет один анализируемый органоид. Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение; по крайней мере восемь отдельных органоидов были проанализированы на каждое условие; однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA) с апостериорными поправками Тьюки для множественных сравнений. бОкрашивание ламином В1 проводили на срезах органоидов. Каждая точка данных на диаграмме рассеяния представляет собой интегрированную интенсивность каждой клетки в секциях органоидов. Для каждого условия анализировали не менее восьми отдельных органоидов; однофакторный дисперсионный анализ с апостериорными поправками Тьюки для множественного сравнения. с,дРепрезентативные изображения количественных оценок, показанные на а,бсоответственно. Масштабная линейка, 0,3 мм. еРепрезентативные иммунофлуоресцентные изображения областей органоидов, обработанных указанными сенолитиками и контролем носителя. Образцы были индивидуально помечены антителами против GFAP, Sox2 и NeuN и совместно окрашены на p16. Стрелки указывают на коиммунореактивность NeuN и p16. Масштабная линейка, 50 мкм. жГистограммы, показывающие количественную оценку колокализации, выполненную на срезах органоидов. Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение; анализировали три отдельных органоида на каждое состояние; однофакторный дисперсионный анализ с апостериорными поправками Тьюки для множественного сравнения. а.е., условные единицы.

Затем команда оценила влияние избирательного устранения стареющих клеток с помощью сенолитических вмешательств. Сенолитики значительно снизили количество клеток БО с активностью SA-β-гал через пять дней после заражения SARS-CoV-2. Следует отметить, что воздействие сенолитиков было более выраженным у БО, инфицированных вариантом Дельта, и сенолитики обращали вспять вызванную вариантом Дельта потерю ламина B1 и активацию р21.

Предварительная обработка БО сенолитиками перед инфицированием привела к значительному снижению вирус-индуцированного старения. Кортикоталамические нейроны 6-го слоя и нейроны эминентных ганглиозных эминентов гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) были двумя популяциями со значительно более высокой частотой старения после инфекции, а сенолитические вмешательства предотвращали клеточное старение в этих популяциях.

Наконец, исследователи заразили мышей K18-hACE2 (которые экспрессируют человеческий ангиотензинпревращающий фермент 2). [hACE2] под регуляцией кератина 18 [K18] промотор) с SARS-CoV-2 Delta. Сенолитики, обладающие проницаемостью гематоэнцефалического барьера, такие как D+Q, навитоклакс и физетин, вводились через 24 часа после заражения с последующим лечением каждые два дня. У инфицированных мышей продолжительность жизни сократилась: средняя выживаемость составила пять дней.

Однако лечение физетином или D+Q значительно улучшало выживаемость. Все контрольные животные умерли через 10 дней на дюйм, тогда как 13% мышей, получавших навитоклакс-, 38% мышей D+Q- и 22% мышей, получавших физетин, были живы через 12 дней на дюйм (конечная точка эксперимента). Сенолитики, особенно D+Q, вызывали глубокое уменьшение признаков, связанных с COVID-19, и значительно снижали экспрессию вирусных генов в мозге мышей.

В мозге инфицированных мышей наблюдалось увеличение секреторного фенотипа, связанного с воспалительным старением (SASP) и маркеров старения p16, а (все) сенолитические обработки нормализовали старение и экспрессию гена SASP у инфицированных животных до уровней, наблюдаемых в неинфицированном мозге. Дельта-инфекция также вызвала потерю дофаминергических нейронов в стволе мозга с сопутствующим увеличением астроглиоза. Однако повторное введение сенолитиков частично предотвращало гибель дофаминергических нейронов и прекращало возникновение астроглиоза.

Выводы

В совокупности исследование продемонстрировало, что сенесцентные клетки накапливаются в физиологически стареющих человеческих БО, при этом долгосрочное сенолитическое вмешательство существенно снижает клеточное старение и воспаление. Кроме того, лечение D+Q уникальным образом индуцировало изменения экспрессии генов, замедляющих старение и продлевающих жизнь, в BO.

Кроме того, в мозге пациентов с COVID-19 наблюдается быстрое накопление клеточного старения по сравнению с контрольной группой того же возраста. Нейротропные вирусы (ROCV, JEV и ZIKV) и SARS-CoV-2 могут инфицировать БО и вызывать клеточное старение, а вариант SARS-CoV-2 Delta вызывает наиболее мощную индукцию старения. Кратковременные сенолитические вмешательства могут снизить экспрессию гена SARS-CoV-2 в инфицированных БО и предотвратить старение ГАМКергических и кортикоталамических нейронов.

Примечательно, что сенолитики улучшили невропатологию COVID-19 у инфицированных мышей K18-hACE2, улучшили их выживаемость и клинические показатели, а также снизили SASP, старение и экспрессию вирусных генов. В целом, полученные результаты подчеркивают жизненно важную роль клеточного старения в старении мозга, COVID-19, невропатологии и терапевтическом воздействии сенолитиков.