Владимир Скулачёв - Жизнь без старости

Поразительна эффективность SkQ1 как геропротектора. Пожалуй, лучше всего ее иллюстрирует опыт на мутантных мышах, лишенных гена белка p53. С возрастом практически у всех таких животных появляются лимфомы, и мыши погибают от рака гораздо раньше, чем контрольные животные. По данным П.М. Чумакова и сотрудников [291], антиоксидант N-ацетилцистеин продлевает среднюю продолжительность жизни мутантов примерно на одну треть. Оптимальной в этом случае оказалась доза антиоксиданта, равная 6х10 -3моль на кг веса в день. Б.П. Копнин и сотрудники в рамках нашего "мегапроекта" сравнили эффект N-ацетилцистеина и SkQ1. Оказалось, что SkQ1 тоже продлевает жизнь мутантных мышей. При этом для SkQ1 оптимальной дозой оказались 5х10 -9моль на кг веса в день, то есть в миллион двести тысяч раз меньше, чем у обычного антиоксиданта, не адресованного в митохондрии [404,328] (рис. II.7.3.1).

Такой эффект мог быть предсказан, если принять, что мишенью антиоксиданта служит, например, продукт перекисного окисления кардиолипина, локализованный в той части фосфолипидного бислоя внутренней митохондриальной мембраны, которая смотрит в матрикс митохондрий. Дело в том, что SkQ1 как проникающий одновалентный катион должен накапливаться в цитозоле клетки в концентрации в десять раз больше, чем внеклеточная его концентрация. Эта величина получается из ура внения Нернста, если учесть, что на внешней клеточной

Рис. II.7.3.1Сравнение действия SkQ1 и неадресованного антиоксиданта N-ацетилцистеина (NAC) на выживаемость мышей, мутантных по белку p53. Данные Б.П. Копнина и сотр. [404].

мембране (внутри клетки знак "минус") существует разность электрических потенциалов (Δψ), равная примерно 60 мВ. Еще 1000-кратное накопление SkQ1 произойдет под действием Δψ на внутренней мембране митохондрий (180 мВ, "минус" внутри митохондрии). Кроме того, SkQ1 распределяется между водой и мембраной в соотношении около 1:10000. В итоге концентрация SkQ1 во внутреннем полумембранном слое внутренней митохондриальной мембраны будет 10 х 10 3х 10 4= 10 8раз большей, чем в водном растворе снаружи клетки [315] (рис. II.7.3.2).

Расчет, приведенный выше, применим к любому одновалентному катиону с коэффициентом распределения между мембраной и водой порядка 10 4. А дальше вступают в силу три других фактора, также важные для эффективности вещества как антиоксиданта, адресованного в митохондрии, а именно: 1) собственно антиоксидантная активность SkQ, 2) способность к регенерации восстановленной формы SkQ из окисленной и поддержание высокого отношения SkQH2/SkQ (поскольку именно восстановленная форма антиоксиданта действует как гаситель АФК) и 3) размер «окна» между анти- и прооксидантными эффектами исследуемого вещества (как уже отмечалось, антиоксидантное действие производных хинона переходит в прооксидантное при повышении их концентрации).

Рис. II.7.3.2Схема, объясняющая почему проникающие катионы SkQ накапливаются в слое внутренней митохондриальной мембраны, обращенном в сторону матрикса митохондрий, и почему в этом слое концентрация SkQ оказывается в 100 млн раз большей, чем снаружи клетки. Разность потенциалов на внешней мембране клетки и внутренней мембране митохондрий приняты соответственно за 60 и 180 мВ, а коэффициент распределения SkQ между мембраной и водой за 10.000. (По М.В. Скулачеву и др. [315]).

Антиоксидантная активность трех катионных произоводных хинона: убихинона (MitoQ), пластохинона (SkQ1) и метилпластохинона (SkQ3) сравнивались выше (см. рис. II.7.2.3). С этой целью к митохондриям in vitro добавляли ионы железа и аскорбат, что провоцировало превращение перекиси водорода, образуемой митохондриями, в радикал ОН.

Последний вызывал перекисное окисление фосфолипидов митохондрий, которые пытались затормозить MitoQ, SkQ1 или SkQ3. Как видно из нижней части графика, активность этих трех веществ падает в ряду SkQ1>>SkQ3>MitoQ. Интересно, что SkQ3, отличающийся от SkQ1 только наличием еще одной метильной группы, расположенной, как и в MitoQ, при 5-ом углероде хинонового кольца, уже сильно проигрывает SkQ 1 как антиоксидант. В то же время, переход антиоксидантной активности в прооксидантную наблюдается примерно в одной и той же области концентраций всех трех веществ (прооксидантную активность измеряли по скорости генерации H2O2 митохондриями, окисляющими глутамат и малат). Это означает, что «окно» между 20 % анти- и прооксидантными активностями уменьшается в ряду SkQ1>>SkQ3>MitoQ, причем у SkQ1 оно оказывается, судя по этому параметру, около 1 000 раз, а у MitoQ — около 2 раз [409,328]. В то же время, скорость окисления SkQ1H2 кислородом с образованием семихинона SkQ -. и супероксида оказалась втрое ниже, чем у MitoQH2 [409]. Это свидетельствует о более низкой прямой прооксидантной активности SkQ1 по сравнению с MitoQ. Кроме того, данное обстоятельство должно повышать степень восстановленности SkQ1, тем самым увеличивая его антиоксидантную активность [409,328]. Следует отметить, что в рамках проекта нами были синтезированы не только уби- и пластохиноновые коньюгаты децилтрифенилфосфония, но и два вещества, занимающих по структуре промежуточное положение между SkQ и MitoQ. Это дезметоксиMitoQ (DMMitoQ, одна из метоксильных групп убихинона заменена на водород) и уже упомянутый выше SkQ3 (обе метоксильные группы заменены на Н, но сохранена метильная группа убихинона). И DMMitoQ, и SkQ3 оказались более активными антиоксидантами, чем MitoQ, но сильно уступали по активности SkQ1 [328] [329] [33].

По-видимому, одно из производных пластохинона, а именно толухинон, или дезметилпластохинон (одна из метильных групп заменена на атом водорода) может считаться древнейшим антиоксидантом, применённым человеком в медицинских целях. Изопропильное производное толухинона (тимохинон) содержится в семенах кумина, полученных из растения нигеллы (Nigella sativa), приправы к плову и другим мясным блюдам. Нигелла — цветок, относящийся к отряду лютиковых, высотой 20–30 см. О целебных свойствах его семян упоминается в библии и проповедях пророка Магомета. По множественности благоприятных эффектов кумин может соперничать с SkQ1, хотя эффекты эти зачастую менее выражены и требуют гораздо больших количеств вещества: терапевтическая доза тимохинона 50 мг/кг веса [38,387] (формулы тимохинона, SkQ1, MitoQ и некоторых их производных показаны на рис. II.7.3.3). Меньшая эффективность тимохинона неудивительна, т. к. он, в отличие от других соединений на этом рисунке, не имеет проникающего катиона в своем составе и поэтому не адресуется в митохондрии. Таким проникающим катионом мог бы быть растительный алкалоид берберин. Нельзя исключить, что берберин или какое-либо другое вещество такого же типа могло бы стать партнером пласто- или тимохинона в неком природном антиоксиданте, адресованном в митохондрии. В нашей лаборатории был получен путем химического синтеза SkQBerb, составленный из пластохинона и берберина, связанных декановым линкером. Вещество оказалось примерно такой же антиоксидантной активности, как SkQ1. В настоящее время Г.А. Коршунова в нашей группе синтезировала SkTQ, где толухинон соединен с децилтрифенилфосфонием. Оказалось, что его активность как ингибитора апоптоза, вызванного H2O2, заметно больше, чем у SkQ1, а окно между анти- и прооксидантным действием на митохондрии в 30 раз превышает таковое для SkQ1 [302,327].