アンチエイジング治療薬としてのラパログと MTOR 阻害剤

ラパマイシンの機構的標的（mTOR）の阻害剤であるラパマイシンは、これまでに最も強力な実験的裏付けを持っています。アンチエイジング治療の可能性哺乳類では。 長寿に影響を与えると主張されている他の多くの化合物とは異なり、ラパマイシンは長命で遺伝的に不均一なマウスで繰り返し試験されており、平均寿命と最長寿命の両方が延長されています。 しかし、これらの効果を説明するメカニズムは明確とは程遠く、副作用のリストが増えているため、ラパマイシンが最終的に人間にとって有益であるかどうかは疑わしい。 このレビューでは、より新しく、より安全な開発の見通しについて説明します。アンチエイジング療法ラパマイシンの類似体（ラパログと呼ばれる）またはmTORシグナル伝達を標的とする他​​のアプローチに基づいています。

アンチエイジング治療のためのシスタンケについて詳しく知りたい場合はここをクリックしてください

ラパマイシンの簡単な歴史とラパマイシンのメカニズムの標的 ラパマイシンは、酵母カンジダ・アルビカンスの増殖を阻害することができるが、細菌の増殖には影響を及ぼさないストレプトミセス・ヒグロスコピカスによって産生される化合物としてイースター島の土壌で発見されました(1)。 哺乳類では、ラパマイシンが免疫反応を阻害することが判明し、その後、移植レシピエントの移植片拒絶反応を予防し、自己免疫疾患を治療するための標準治療法として採用されました(2、3)。 ラパマイシンはまた、哺乳動物細胞の成長と増殖を幅広く阻害するため、最近ではがん治療法としての使用への関心が高まっています (4)。 機構的には、ラパマイシンはプロリルイソメラーゼ活性を持つイムノフィリンであるFKBP12に結合します。 酵母におけるその効果に必要なさらに 2 つのタンパク質が 1991 年の遺伝子スクリーニングで同定され、ラパマイシン 1 (TOR1) および TOR2 の標的と呼ばれました (5)。 1994 年から 1995 年にかけて、3 つの別々のグループが、哺乳動物細胞においてラパマイシン - FKBP12 複合体に結合して阻害される 289- kDa キナーゼを単離しました (6-8)。 このキナーゼは現在、ラパマイシンの機構的標的 (mTOR) として知られており、出芽酵母 TOR タンパク質と約 40% 相同であり、真核生物間で高度に保存されています。 mTOR は、異なる機能とラパマイシンの作用に対する異なる感受性を持つ 2 つの複合体中に存在します。 mTOR 複合体 1 (mTORC1; mTOR、raptor、mLST8/GL、PRAS40、DEPTOR で構成される) は、S6 キナーゼ (S6K) および真核生物開始因子 eIF4E 結合タンパク質を含む基質のリン酸化を介して、翻訳と細胞増殖の制御において重要な役割を果たします。 (4E-BP)、ラパマイシンによって強力に阻害されます。 対照的に、mTORC2 (mTOR、Rictor、mLST8/GL、mSIN1、プロトール、DEPTOR で構成される) は、AKT S473、血清/グルココルチコイド制御キナーゼ、PKC-などの多様な基質セットを制御し、ラパマイシンに対して急性耐性があります。ただし、慢性的な曝露中には物理的に障害が発生する可能性があります。 mTORC は、多種多様なシグナル伝達メカニズムを通じて入力を受け取り、生理学の多くの側面で役割を果たしており、これについては詳しく検討されています (9)。 簡単に説明すると、mTORC1 は、アミノ酸、グルコース、WNT リガンド、酸素、cAMP、およびインスリン/IGF-1 を含むシグナルに応答します。 mTORC2 活性の制御はあまり明確ではありませんが、リボソームとの相互作用が関与している可能性があります (10)。 mTORC1 へのインスリン/IGF-1 シグナル伝達は、AKT リン酸化を介して mTORC2 によって部分的に媒介されます。 次に、mTORC1の活性化がフィードバックされて、S6K1およびGRB10を介したインスリン/IGF-1シグナル伝達が減衰します（図1および参考文献11）。

mTOR シグナル伝達と年齢の関係 老化における TOR シグナル伝達の役割は、2003 年に Vellai らが let-363/CeTor に対する RNAi が線虫の寿命を大幅に延長し、daf とは独立して機能することを示したときに初めて明らかにされました。{{2} }、寿命に影響を与えることが以前に示されていたFOXO相同ログ(12)。 これにすぐに、TORシグナル伝達の遺伝的阻害がキイロショウジョウバエおよび出芽酵母S. cerevisiaeの寿命を延長することが証明された(13、14)。 mTOR プロテインキナーゼ、raptor、rictor、および mLST8 はすべて発生に必須であるため、哺乳動物における mTOR シグナル伝達の遺伝的阻害はデリケートな問題です (15)。 最近、我々は、雌の Mtor plus /–Mlst8 plus /– マウスが mTORC1 活性を低下させ、寿命を延ばしたことを実証しました。これは、mTORC1 の主要な基質の 1 つである S6K1 を欠損するマウスについて Sel man らが報告した表現型と同様です (16, 17)。 ）。 したがって、mTORシグナル伝達と寿命の間の関連性は、酵母から哺乳動物まで保存されているようです（表1）。

長寿に対するラパマイシンの影響

ラパマイシンは酵母、線虫、ハエの寿命を延ばします（表 2 および参考文献 18 ～ 21）。 2009年、ラパマイシンは、オスとメスの遺伝的に不均一なマウス（長寿命の近交系間の四元交雑の子孫）の平均寿命と最長寿命の両方を延長することが示されました(22)。 注目すべきことに、マウスが人間の年齢60歳にほぼ相当する高齢（20か月）に達するまで治療は開始されなかった。 生後9か月から開始した追跡調査では、ラパマイシンは男性と女性の平均寿命をそれぞれ10パーセントと18パーセント延長し、最長寿命を16パーセントと13パーセント延長しました(23)。 ラパマイシンは腸溶性コーティングにマイクロカプセル化されており、これによりこれらの研究中に食品内での送達が可能となり、達成された血中濃度はヒトにおける免疫抑制の典型的な治療範囲より約 3 倍高かった(24)。

図 1 mTOR シグナル伝達。 mTOR は、mTORC1 と mTORC2 の 2 つの複合体に存在します。 mTORC1 は TSC 複合体によって部分的に制御されており、TSC 複合体は通常 Rheb の GTPase 活性化タンパク質として機能し、mTORC1 シグナル伝達を抑制します。 mTORC1 は、低分子 GTPase の Ras 関連 GTP 結合 (Rag) ファミリーを介してアミノ酸によっても制御されます。 Rag タンパク質は、調節因子複合体との相互作用を介して mTORC1 をリソソームに局在させることにより、mTORC1 を活性化します (110)。 mTORC1 は、オートファジーを阻害しながら、リボソーム生合成、翻訳、その他の同化プロセスを強化することで成長を促進します。 mTORC1は、Grb10およびS6Kの直接制御を介してインスリン/IGF-1シグナル伝達を抑制し、その後mTORC2へのシグナル伝達を減少させます。 TSC1/2 の阻害剤である AKT は、mTORC2 のいくつかの直接基質のうちの 1 つです。 mTOR シグナル伝達によって上方制御されるプロセスは赤色で表示されます。 mTOR シグナル伝達によって下方制御されるものは青色で示されます。

他の研究でも、ラパマイシンが寿命にプラスの影響を与えることがわかっています。 チェンら。 ラパマイシンが見つかった高齢男性の死亡率を減少させたC57BL/6 マウス (25)。 アニシモフら。 らは、ラパマイシンが短命で腫瘍を起こしやすい系統のマウス（FVB/N HER-2/neu トランスジェニック）の最大寿命（最後に生き残った10パーセントの平均寿命）を延長することを示した(26)。 この研究は、ラパマイシンががんの発症に有益である可能性があるという強力な証拠を提供しますが、菌株の選択により、抗がん効果と老化そのものを区別することが困難になります。 しかし、ラパマイシンは、より典型的な寿命と腫瘍発生率を持つ近交系である 129/Sv マウスの寿命も延長します (27)。 印象的なのは、最後の対照動物が死亡した時点で、治療を受けたマウスの 22.9 パーセントが生存していたということです。

これらの観察結果を総合すると、ラパマイシンは哺乳類の長寿薬として最も支持されている候補になります。 その作用機序を理解することで、根底にある老化プロセスの性質についての洞察が得られる可能性があり、加齢に伴う疾患の負担を軽減するための新しい治療法につながる可能性があります。 しかし、ラパマイシンの老化防止効果を説明するメカニズムはまだ明らかではありません (表 2)。

ラパマイシンによる寿命延長の潜在的なメカニズム

抗がん作用。 実験用マウスの最も一般的な死因は癌であり、ラパマイシンは抗癌剤です。 したがって、ラパマイシンによる寿命延長は腫瘍抑制の二次的なものであり、根底にある老化プロセスとは無関係である可能性が依然として残っています。 このモデルを支持しない理由はいくつかあります。 まず、ラパマイシンと mTOR 阻害を長寿に結び付ける最初の実験は、主に有糸分裂終了した生物 (線虫やハエ) または単細胞 (酵母) であり、したがって癌を経験しない生物で行われました。 第二に、ラパマイシンは最長寿命を延ばし、加齢に関連した複数の病状を遅らせるという考えを裏付けます。 根本的な老化プロセスが延期されない限り、最高齢の人はほとんどまたはすべての死因について非常に高いリスクにさらされるため、単一の疾患を標的にしても、グループ内の最も長生きした人の寿命が大幅に伸びるはずはありません。 第三に、ラパマイシンは、幹細胞機能の喪失(25)、認知機能の低下(28)、網膜症(29)、心筋における細胞内変化の蓄積、肝変性、子宮内膜過形成など、マウスの複数の加齢に伴う変化を遅らせることが示されています。 、腱の硬化、身体活動の低下 (30)。 さらに、ラパマイシンは、高齢の人間に影響を与える心臓肥大 (31、32) および神経変性疾患 (33 ～ 35) のげっ歯類モデルの治療薬です。 ラパマイシンによってもたらされる延命効果においてがんの予防が大きな役割を果たしているのは明らかですが、がんは加齢に関連した病気であり、がんの予防は老化を遅らせるあらゆる治療の期待される結果であることを理解することが重要です。

翻訳。 mTORC1は、S6Kおよび4E-BPを介して翻訳制御において中心的な役割を果たしており、タンパク質合成の減少自体が長寿に対するラパマイシンの効果を媒介する可能性があるかどうかを検討する価値がある。 たとえば、全体の翻訳速度を下げると、合成中の忠実度が向上したり、誤ったタンパク質、ミスフォールドしたタンパク質、または損傷したタンパク質を分解する機構へのストレスが軽減される可能性があります (36)。 実際、S. cerevisiae、C. elegans、および D. melanogaster での実験では、リボソーム サブユニット、S6K、または翻訳開始因子の欠失または siRNA 媒介ノックダウンによりメスのマウスの寿命が延長され、S6K1 欠失により寿命が延びることが実証されています。一方、4E-BP の欠失は、ハエにおけるカロリー制限 (CR) の延命効果をブロックします (13、37-40)。

最近の発見は、翻訳自体がTOR/mTOR阻害の利点の鍵であるという見解に疑問を投げかけています。 S6K1 を欠損したメスのマウスは寿命が延びていますが、少なくとも骨格筋においては全体的な翻訳に目立った影響はありません (41)。 さらに、重要な翻訳開始因子を欠いている線虫の寿命は、TOR 欠失によってさらに延長される可能性があり、別のメカニズムが働いていることが示唆されています (38)。 さらに、翻訳開始因子の欠失による寿命延長はdaf-16に依存するが、TOR、S6K、またはリボソームサブユニットの欠失による寿命延長は依存せず、ここでも複数の異なる機構の関与が指摘されている(12) 、37）。 興味深いことに、RNAiを使用してTORを減少させても、すでに低いタンパク質合成速度をさらに49パーセント抑制したにもかかわらず、CRのモデルであるイート-2変異虫の寿命をさらに延長することはできなかった(37)。 さらに、AMPK の線虫ホモログの不活化は、表面上は翻訳に影響を与えることなく、S6K を欠く動物の寿命延長を抑制するのに十分です (16)。 翻訳と寿命の関係が当初の想定よりも複雑であることは明らかです

特定の mRNA の翻訳は寿命に影響を与える可能性があります。

mTOR 機能の完全な喪失は一般的な翻訳に大きな影響を及ぼしますが、ラパマイシンの影響はより微妙ですが、これはおそらく 4E-BP の機能のサブセットがラパマイシン耐性であるためです (42、43)。 ラパマイシンと完全なmTOR阻害はどちらも、5'末端オリゴピリミジンモチーフを持つmRNAの翻訳を優先的に抑制することから、これらの遺伝子が長寿において役割を果たしている可能性があることが示唆されている(43、44)。 全体的なタンパク質合成が減少するにもかかわらず、ハエの CR は、核にコードされたミトコンドリア遺伝子を含む、短くて構造の少ない 5' UTR を持つ mRNA のサブセットの翻訳を特異的に強化します (40)。 この効果と寿命延長には TOR 基板 4E-BP が必要です。 リボソームサブユニットまたはTORを欠く酵母では、寿命を完全に延長するには、特定の転写物であるGCN4の翻訳を増加する必要があります(45)。 GCN4 の発現は、通常は mRNA に結合するリボソームを隔離する複数の上流 ORF によって制限されます。 TOR活性の低下またはリボソームサブユニットの存在量が多い条件下では、GCN4 ORFの翻訳を開始するために上流ORFがより頻繁にバイパスされます。 これらの例は、私たちがようやく認識し始めた翻訳規制の微妙な点を浮き彫りにしています。

表 2 長寿に対するラパマイシンの影響

オートファジー。 長寿と関連している mTOR 阻害のもう 1 つの効果は、細胞がタンパク質や細胞小器官をリサイクルするプロセスであるオートファジーの誘導です。 オートファジーは、細胞が栄養制限された条件で生き残ることを可能にし、損傷した成分を除去する中心的なメカニズムです。 栄養が十分な条件下では、mTOR はオートファジー開始キナーゼ ULK1 をリン酸化し、阻害します (46)。 オートファジーに関与する遺伝子の不活化により、酵母（年代順）、線虫、ショウジョウバエの寿命が短縮され、ハエの神経系におけるオートファジーの促進により寿命が延長されます（47-49）。 さらに、オートファジーは、ラパマイシンによる酵母の経時的寿命の延長 (47)、および線虫の CR または mTOR シグナル伝達の遺伝子阻害による寿命の延長 (50) に必要です。

哺乳類では、オートファジーも老化プロセスに重要な役割を果たしているようです。 最も劇的には、オートファジーの誘導は、老化したマウスの肝臓の組織構造と機能を若返らせるのに十分である(51)。 さらに、オートファジーは CR マウスで上方制御されており、心臓、肝臓、腎臓に対する CR 食の有益な効果の一部を媒介しているようです (52-54)。 長命のスネルドワーフマウスの細胞もオートファジーの増加の証拠を示しています(55)。心筋細胞 i高齢のマウスから分離されたマウスはオートファジーが低く、カルシウムの取り扱いに欠陥を示しますが、これらは両方とも体外でラパマイシンに曝露することで修正されます(56)。 しかし、オートファジーの増加は常に有益であるとは限らず、実際、早老症マウスの老化表現型に寄与する可能性があります(57)。

興味深いことに、ラパマイシンは、稀な早老症候群であるハッチンソンギルフォード早老症患者由来の細胞の核水疱形成と早老老化を改善します(58)。 この疾患は、プロジェリンと呼ばれるラミン A のスペルミス変異体によって引き起こされます。プロジェリンは、患者の体内に大量に蓄積し、正常な細胞老化中にも少量検出されます (59, 60)。 ラパマイシンは、オートファジーを介して罹患細胞からのプロジェリンの除去を刺激すると思われ、したがって、加齢に伴うプロジェリンの正常な蓄積も制限する可能性がある。 全体として、オートファジーの適切な制御は、健康な老化の重要な決定要因である可能性があります。

図 2 慢性ラパマイシン治療は mTORC2 を破壊します。 (A) in vivo では、栄養素と成長因子が mTORC1 と mTORC2 の活性を駆動し、成長、老化、インスリン感受性を促進します。 (B) ラパマイシンによる急性治療は、インスリン感受性を低下させることなく、mTORC1 シグナル伝達を阻害し、成長を制限し、寿命を促進します。 (C) ラパマイシンによる慢性治療は、mTORC1 と mTORC2 の両方を阻害し、成長を制限し、インスリンシグナル伝達を障害しますが、長寿を促進します。

幹細胞のメンテナンス。 ラパマイシンは、幹細胞の機能に対して多くの興味深い効果をもたらします。 Pten の欠失、結節性硬化症 1 (Tsc1) の欠失、または AKT の構成的活性化による mTORC1 の上流のシグナル伝達の亢進は、HSC の数と機能的能力を低下させます (61-63)。 ラパマイシン治療は、自然発生的に高い酸化ストレスと機能的能力の低下を有するマウス HSC の部分集団において、正常な自己再生能力を回復させることができます (64)。 より最近では、Chen ら。 は、mTORC1 活性が高齢マウス由来の HSC で上昇しており、Tsc1 欠失によって引き起こされるものを彷彿とさせる機能欠損を示すことに注目しました (25)。 ラパマイシンは、高齢マウスのHSCの機能能力を回復し、インフルエンザウイルスに対する免疫反応を高めました。 ラパマイシンはまた、CR 動物で観察された効果と同様に、隣接するパネート細胞における mTORC1 の阻害を介して腸幹細胞の自己複製を増加させます (65)。 さらに、ラパマイシンは体細胞の再プログラミングを強化して人工多能性幹細胞を生成し、幹細胞の機能が全般的に促進されることを示唆しています(66)。 一方、ラパマイシンはヒト胚性幹細胞の多能性を損ない、増殖を減少させ、分化を促進します(67、68)。 マウス胚性幹細胞では、多能性マーカーの発現はラパマイシン処理に対してより耐性がありますが、それでも細胞サイズと増殖は減少し、分化が促進されます(67、69)。 興味深いことに、ラパマイシンは白血病開始細胞を枯渇させ、乳児血管腫由来の幹細胞の自己再生能力と分化能力の両方を阻害し、癌幹細胞に対する保護効果を示唆しています(61, 70)。 総合すると、これらの結果は、ラパマイシンが幹細胞の挙動を調節し、一般に研究された成体幹細胞タイプにおける「幹細胞性」の保持とより若々しい表現型を促進することを示唆しています。

長寿に関しては、免疫抑制剤としての効果を無視してはなりません。

慢性的、軽度の炎症は老化の特徴です、そしてほぼすべての慢性疾患には炎症要素があります(71)。 ラパマイシンの免疫学的効果の完全な議論はこの総説の範囲を超えており、このトピックは他の場所で取り上げられています(72)。 重要なのは、この薬は自然免疫と適応免疫に対してプラスとマイナスの両方の効果をもたらし、インフルエンザウイルスに対する高齢マウスの免疫力を高める能力で例示されるように、最終的な結果は単純な免疫抑制よりも複雑であるということです(25)。 mTORC2- に依存するメカニズム。 急性治療中のラパマイシンの mTORC1 に対する特異性は高いにもかかわらず、慢性曝露も mTORC2 を阻害する可能性があります。 この効果は特定の培養細胞株で最初に観察され(73)、我々は最近、この効果が肝臓、筋肉、脂肪などの複数の組織でも生体内で起こることを示しました(図2を参照)。 mTORC2 の阻害がラパマイシンの長寿促進効果に役割を果たしているかどうかは、現時点では不明です。 S6K1 を欠損したメスのマウスとメスの Mtor plus /-Mlst8 plus /- マウスは、mTORC1- に依存するシグナル伝達の障害により表向きは長生きですが、C. elegans のデータは、mTORC2 の阻害も長寿を促進する可能性があることを示唆しています ( 21、74）。 興味深いことに、線虫の mTORC1 の破壊による寿命の延長には、皮膚-1 (哺乳類の NRF1/2 のホモログ) と daf-16 (哺乳類の FOXO のホモログ) が必要であり、どちらも転写因子として関与する遺伝子を制御します。ストレス防御。 ただし、ラパマイシンまたは mTORC2 破壊による寿命の延長には、SKN-1 のみが必要です。 ラパマイシンの利点における一般的なストレス防御の役割と一致して、TOR 機能が障害された線虫とハエは両方ともストレス耐性があり、ラパマイシン (2 mg) で治療されたマウスの肝臓で NRF1/2 および FOXO 標的遺伝子の誘導が検出されました。 /kg 毎日 2 週間) (20, 21)。