1.4.1. Адресованные в митохондрии антиоксиданты -

новый класс биологически активных молекул

На рубеже 1960 - 70-х гг. В.П. Скулачев и его коллеги из МГУ совместно с группой профессора Е.М. Либермана из Академии Наук СССР показали, что некоторые соединения - липофильные катионы (например, ионы фосфония), способны адресно проникать в митохондрии, движимые электрическим полем на митохондриальной мембране (знак «минус» внутри митохондрии). Используя эти катионы, исследователи измерили разность электрических потенциалов на мембране митохондрий [Liberman et al., 1969; Liberman E.A., Skulachev V.P., 1970], подтвердив, таким образом, хемиосмотическую гипотезу сопряжения П. Митчелла (Нобелевская премия по химии за 1978 г.). Такие соединения известный американский биохимик Д. Грин назвал в 1974 г. «ионами Скулачева». Ещё в начале 70-х гг. В.П. Скулачев, профессор Л.С. Ягужинский и академик С.Е. Северин высказали предположение, что проникающие катионы могут использоваться митохондрией как «молекулы-электровозы» для накопления в них незаряженных веществ, присоединенных к этим катионам.

В конце 90-х гг. этот принцип был использован британским биохимиком М.П. Мерфи и сотр. [James A.M. et al., 2005] для адресной доставки в митохондрии антиоксидантов – витамина Е [Smith R.A. et al., 1999] и убихинона [Kelso G.F. et al., 2001], а также вещества, названного MitoQ и представляющего собой соединение убихинона и катиона трифенилдецилфосфония. Очевидное преимущество MitoQ перед пальмитоилкарнитином или катионным производным витамина Е состоит в том, что восстановленная форма MitoQ, окисляющаяся при выполнении своей антиоксидантной функции, способна регенерировать за счет присоединения электронов, поставляемых дыхательной цепью [Murphy M.P., Smith R.A., 2007]. Действительно, MitoQ оказался способным накапливаться и восстанавливаться в митохондриях, защищая их, а также культуры клеток, от окислительного стресса [Smith R.A. et al., 1999; Kelso G.F. et al., 2001; Murphy M.P., Smith R.A., 2007; James A.M. et al., 2005]. Однако оказалось, что эта активность быстро переходит в прооксидантную при повышении концентрации MitoQ [Скулачев В.П., 2007]. Перспективность всего подхода оказалась под сомнением, однако в 2003 г. под руководством В.П. Скулачева был разработан новоый митоходриально-адресованный антиоксидант, в котором для достижения максимальной эффективности был использован пластохинон – вещество из самого насыщенного кислородом места в живой природе – хлоропластов растений. Было сконструировано и синтезировано вещество SkQ1, эффективность которого оказалась выше предыдущих аналогов в сотни раз [Скулачев В.П., 2007; Skulachev V.P. et al., 2009]:

SkQ1

Доказано, что SkQ1 быстро восстанавливается комплексами I и II дыхательной цепи митохондрий, т.е. является регенерируемым антиоксидантом многократного действия [Скулачев В.П., 2007]. Катионные производные пластохинона (SkQ) свободно проникают через бислойные липидные мембраны с образованием диффузионного потенциала расчетной величины [Антоненко Ю.Н и др. 2008]; проявляют как анти-, так и прооксидантные свойства в изолированных митохондриях, однако интервал концентраций, в которых антиоксидантная активность преобладает над прооксидантной, очень велик, он существенно выше, чем у MitoQ [Антоненко Ю.Н и др. 2008].

Показано, что SkQ1 накапливается в митохондриях клеток и защищает их от апоптоза и некроза, вызванных АФК [Антоненко Ю.Н и др. 2008]; снижает уровень перекисного окисления липидов и белков в тканях стареющих животных [Нероев В.В и др., 2008]; оказывает положительный терапевтический эффект при различных возрастных заболеваниях, таких как инфаркты сердца и почек [Бакеева Л.Е и др., 2008], сердечная аритмия [Бакеева Л.Е и др., 2008], инсульт [Бакеева Л.Е и др., 2008], некоторые формы рака [Агапова и др., 2008].

Впервые в наших исследованиях, выполненных на крысах OXYS, было показано, что SkQ1 эффективен как в профилактике, так и в лечении катаракты и возрастной макулярной дегенерации [Нероев В.В и др., 2008; Stefanova N.A. et al., 2010]. Показано также, что SkQ1 снижает скорость развития остеопороза у крыс OXYS [Нероев В.В и др., 2008] и замедляет возрастную инволюцию тимуса [Obukhova L.A. et al., 2009], способствует восстановлению снижающейся с возрастом половой мотивации у самцов крыс [Amstislavskaya T.G. et al., 2010].

Исследования, выполненные на грибе подоспора, на беспозвоночных (дрозофиле и рачке дафнии), на млекопитающих: крысах и мышах, продемонстрировали способность SkQ1 увеличивать продолжительность жизни [Анисимов В.Н. и др., 2008]. Антиоксидант резко изменил картину причин смертности: SkQ1 сильно уменьшал смертность мышей от инфекций, которая обычно растет с возрастом в связи с ослаблением иммунитета, но не повлиял на смертность, вызванную раком молочной железы, ставшей главной причиной гибели животных, получавших SkQ1 (опыты производились на самках).

В ряде работ на моделях нейродегенеративных состояний в опытах in vitro продемонстрирована способность адресованных в митохондрии антиоксидантов защищать нейроны от окислительного стресса, и высказано предположение об их высокой эффективности как нейропротекторов [Reddy P.H., 2007, 2008; Chaturvedi R.K., Beal M.F., 2008]. Однако, судя по доступной нам литературе, данных об использовании этих антиоксидантов для лечения нейродегенеративных заболеваний, для профилактики возрастных изменений мозга, на сегодня не существует. Не исследовалось также и их влияние на поведение человека и животных. Проведение такого плана исследований необходимо, поскольку перспективность использования адресованных в митохондрии антиоксидантов в лечении ассоциированных со старением заболеваний очевидна, а как препарат для лечения возрастных заболеваний глаз SkQ1 уже проходит клинические испытания.

В заключение следует отметить, что механизмы реализации геропротекторных эффектов антиоксидантов различны, однако обращает на себя внимание однонаправленность конечного эффекта успешного применения их в качестве геропротекторов: повышение неспецифической резистентности организма, активности ферментов, усиление трофической функции нервной системы, эндокринных функций и др. Старение же, особенно преждевременное, характеризуется выраженным сокращением этих возможностей. Поэтому есть все основания считать, что в результате повышения адаптивных возможностей с помощью геропротекторов можно изменить характер и темпы старения, а также в значительной мере нормализовать деятельность функциональных систем организма. Однако ни одно из потенциальных геропротекторных средств пока не имеет убедительной доказательной базы для широкого применения: необходимо проведение многолетних всесторонних исследований их безопасности и эффективности, для установления оптимальных режимов приема и дозировок. Понадобились десятилетия для понимания того, что избыточный приём, казалось бы, всесторонне исследованных и незаменимых для организма соединений, как витамины, опасен для человека. В то же время фармацевтический рынок переполнен и постоянно пополняется всё новыми препаратами и биологическими добавками, основным достоинством которых объявляется уникальная антирадикальная или антиоксидантная активность, для оценки которой авторы, зачастую, ограничиваются опытами in vitro. В такой ситуации необходимым, но не достаточным условием остается проведение всесторонних фундаментальных исследований, для которых необходимы биологические модели.