TL;DR: Humanina to peptyd złożony z 24 aminokwasów, zakodowany wewnątrz genomu mitochondrialnego, odkryty w 2001 roku w neuronach, które przetrwały uszkodzenie związane z chorobą Alzheimera. Poziomy krążące spadają z wiekiem, a potomstwo stulatków ma wyższe poziomy niż dobrane wiekowo grupy kontrolne, co jest częścią powodu, dla którego badacze długowieczności zwracają na nią uwagę. Haczyk: zasadniczo wszystkie te dane u ludzi mają charakter obserwacyjny. Wydłużenie długości życia wykazano u C. elegans, a korzyści metaboliczne u myszy, ale nie ma ukończonego, opublikowanego badania interwencyjnego u ludzi dotyczącego humaniny ani jej analogów.
Peptyd znaleziony przypadkiem, w umierającym neuronie
Historia odkrycia humaniny jest niezwykła nawet jak na standardy badań peptydowych. W 2001 roku Hashimoto i współpracownicy z Keio University School of Medicine badali neurony pobrane z płata potylicznego pacjenta z chorobą Alzheimera, poszukując genów, które pozwalają niektórym neuronom przetrwać rodzinne mutacje związane z chorobą Alzheimera, które powinny je zabić. Sklonowana z komórek, które przetrwały, jedna sekwencja okazała się kodować krótki, 24-aminokwasowy peptyd, który blokował śmierć neuronalną wywoływaną przez zmutowane APP, presenilinę-1 i presenilinę-2, a także przez sam amyloid-beta.
Większa niespodzianka pojawiła się, gdy badacze prześledzili gen. To wcale nie było DNA jądrowe. Sekwencja znajduje się wewnątrz mitochondrialnego genu rybosomalnego RNA 16S, formalnie nazywanego MT-RNR2, jednej z niewielkiej garstki znanych otwartych ramek odczytu ukrytych wewnątrz mitochondrialnego DNA, która faktycznie zostaje przetłumaczona na funkcjonalny peptyd. To uczyniło humaninę pierwszym potwierdzonym peptydem pochodzenia mitochondrialnego (MDP), lata przed scharakteryzowaniem MOTS-c w tej samej kategorii. Jeśli czytałeś nasz artykuł o tym, czym jest MOTS-c, znasz już szerszą koncepcję: mitochondria to nie tylko elektrownie, po cichu kodują też cząsteczki sygnałowe.
Jak faktycznie działa humanina
Mechanizm humaniny jest naprawdę odmienny od większości peptydów omawianych na tej stronie i działa na dwóch frontach jednocześnie.
Wewnątrz komórki humanina wiąże się bezpośrednio z białkami proapoptotycznymi, najbardziej znanym BAX, oraz z IGFBP-3 (białkiem wiążącym insulinopodobny czynnik wzrostu 3). Przechwytując BAX, zanim ten zdąży uruchomić mitochondrialny szlak śmierci komórkowej, humanina zachowuje się jak cytoprotekcyjny hamulec, zatrzymując sekwencję samozniszczenia, zamiast naprawiać szkody po fakcie.
Na zewnątrz komórki wydzielana humanina działa jako cząsteczka sygnałowa z własną logiką receptorową. Angażuje trimeryczny kompleks receptorowy na powierzchni komórki, zbudowany z CNTFR (receptora rzęskowego czynnika neurotroficznego), WSX-1 i gp130, który przekazuje sygnał przez JAK2/STAT3. Humanina wiąże się też z receptorem podobnym do receptora peptydu formylowego 1 (FPRL1), osobnym receptorem sygnalizującym przez kaskadę ERK1/2. Poniżej tych receptorów donoszono, że humanina aktywuje AMPK, wycisza sygnalizację mTOR i NF-kB oraz moduluje aktywność szlaku insuliny/IGF-1 — zestaw narzędzi pokrywający się z kilkoma innymi interwencjami powiązanymi z długowiecznością. To właśnie ta sygnalizacja na poziomie receptorów, a nie tylko wewnątrzkomórkowe wiązanie antyapoptotyczne, sytuuje humaninę jako prawdziwego posłańca podobnego do hormonu, a nie wyłącznie lokalny czynnik ochronny.
Związek ze stulatkami, ujęty precyzyjnie
To odkrycie, które umieściło humaninę na radarze badaczy długowieczności, i zasługuje na to, by ująć je dokładnie tak, jak pokazują dane, ani mniej, ani więcej.
Krążąca humanina spada z wiekiem. Ten wzorzec zaobserwowano u wielu gatunków: mniej więcej 40-procentowy spadek w ciągu pierwszych 18 miesięcy życia u myszy oraz porównywalny spadek związany z wiekiem udokumentowany u makaków królewskich w wieku od 19 do 25 lat.
Odkrycie związane ze stulatkami dotyczy konkretnie potomstwa stulatków, a nie samych stulatków. W badaniu porównującym niewielką kohortę dzieci stulatków (n=18) z dobranymi wiekowo grupami kontrolnymi (n=19), grupa potomstwa wykazała istotnie wyższe poziomy krążącej humaniny. Ma to znaczenie, ponieważ dzieci stulatków same w sobie są dobrze zbadaną kohortą „wzbogaconą pod względem zdrowego starzenia się” w badaniach nad długowiecznością — niezależnie od humaniny mają zwykle niższe wskaźniki chorób związanych z wiekiem oraz udokumentowaną przewagę przeżycia nad populacją ogólną. Wyższa humanina obok tego fenotypu to korelacja warta poważnego potraktowania, ale to korelacja w dość małej próbie, a nie dowód, że humanina powoduje przewagę długowieczności.
Druga wskazówka z biologii porównawczej pochodzi od golca piaskowego, gryzonia znanego z tego, że niemal w ogóle się nie starzeje według normalnych standardów ssaków. Golce piaskowe wykazują wyjściowe poziomy humaniny mniej więcej czterokrotnie wyższe niż młode myszy, a w przeciwieństwie do myszy ich poziomy pozostają stosunkowo stabilne przez całe życie zwierzęcia, zamiast gwałtownie spadać. To właśnie taki międzygatunkowy wzorzec, wysoki i płaski u wyjątkowo długowiecznych gatunków, utrzymuje humaninę w centrum rozmowy.
- 1
2001
Hashimoto i współpracownicy odkrywają humaninę w neuronach pacjenta z chorobą Alzheimera, które przetrwały; blokuje ona toksyczność amyloidu-beta oraz zmutowanego APP/preseniliny w hodowli komórkowej.
- 2
Połowa lat 2000.
Prace mechanistyczne identyfikują wiązanie BAX i IGFBP-3, a do użytku badawczego opracowywany jest silny syntetyczny analog HNG (S14G-humanina).
- 3
Koniec lat 2000.
Zmapowano biologię receptorową: trimer CNTFR/WSX-1/gp130 oraz FPRL1, łączące humaninę z sygnalizacją STAT3 i ERK1/2.
- 4
Lata 2010.
Badania porównawcze i kohortowe donoszą o powiązaniu z potomstwem stulatków oraz o podwyższonych, stabilnych poziomach humaniny u golca piaskowego.
- 5
Obecnie
Dane u ludzi pozostają obserwacyjne; badania na *C. elegans* i myszach nadal badają efekty dotyczące długości życia i metabolizmu, przy braku dotąd ukończonego badania interwencyjnego u ludzi.
Co pokazują dane dotyczące HNG i modeli zwierzęcych
Ponieważ natywna humanina ma krótki okres półtrwania, większość funkcjonalnych badań nad długością życia i zdrowym okresem życia wykorzystywała HNG (S14G-humaninę), inżynieryjny analog z pojedynczą substytucją aminokwasową, która dramatycznie zwiększa siłę działania w testach komórkowych i zwierzęcych.
U C. elegans nadekspresja humaniny wydłużyła średnią długość życia z mniej więcej 17,7 dnia w grupie kontrolnej do około 19,0 dnia w szczepie z nadekspresją humaniny — realny, ale skromny efekt, wygenerowany poprzez nadekspresję genetyczną, a nie dawkowanie peptydu.
U myszy w średnim wieku leczenie HNG poprawiło kilka markerów metabolicznych: zmniejszyło tkankę tłuszczową trzewną, zwiększyło masę beztłuszczową i obniżyło IGF-1. Nie wydłużyło ono jednak ogólnej długości życia w 14-miesięcznym oknie obserwacji w tym samym badaniu. To niuans łatwy do zgubienia, gdy cząsteczka zyskuje przydomek na cześć Łazarza: korzyści metaboliczne — tak; korzyść w zakresie przeżycia — nie w tym badaniu.
Humanina kontra MOTS-c kontra SS-31
Wszystkie trzy są grupowane razem jako „peptydy mitochondrialne” w literaturze badawczej, i to grupowanie jest uzasadnione, ale mechanizmy naprawdę się rozchodzą. Humanina i MOTS-c to oba peptydy pochodzenia mitochondrialnego kodowane bezpośrednio w mtDNA, podczas gdy SS-31 (elamipretyd) to w pełni syntetyczny peptyd zaprojektowany, by celować w mitochondria, a nie by z nich pochodzić. Nawet między tymi dwoma prawdziwymi MDP geny i szlaki się nie pokrywają: MOTS-c pochodzi z MT-RNR1 (genu 12S rRNA) i działa poprzez aktywację AMPK przez cykl folianowo-metioninowy, podczas gdy humanina pochodzi z MT-RNR2 (genu 16S rRNA) i działa poprzez wiązanie BAX/IGFBP-3 oraz sygnalizację receptorową CNTFR/WSX-1/gp130 i FPRL1. Nasz przegląd peptydów mitochondrialnych omawia wszystkie trzy obok siebie, jeśli chcesz pełniejszego porównania.
Skala ma charakter poglądowy: 1 = dane u ludzi wyłącznie obserwacyjne, 3 = ukończone badania interwencyjne u ludzi.
| Cecha | Humanina | MOTS-c | SS-31 (elamipretyd) |
|---|---|---|---|
| Długość | 24 aminokwasy | 16 aminokwasów | 4 aminokwasy (syntetyczny) |
| Gen / pochodzenie | MT-RNR2 (16S rRNA), kodowany w mtDNA | MT-RNR1 (12S rRNA), kodowany w mtDNA | Niekodowany w mtDNA; w pełni syntetyczny |
| Główny szlak | Wiązanie BAX / IGFBP-3; CNTFR-WSX-1-gp130 do STAT3; FPRL1 do ERK1/2 | Akumulacja AICAR aktywująca AMPK | Wiązanie kardiolipiny, stabilizacja błony wewnętrznej |
| Kluczowe powiązanie | Kohorty potomstwa stulatków; biologia porównawcza golca piaskowego | Spada z wiekiem; rośnie przy ostrym wysiłku fizycznym | Nie dotyczy (cel mechanistyczny, nie biomarker wieku) |
| Status badań u ludzi | Brak ukończonych badań interwencyjnych | Brak ukończonych badań interwencyjnych natywnego peptydu | Ukończono liczne badania fazy 2/3 u ludzi |
Czytaj tę tabelę taką, jaka jest: humanina i MOTS-c znajdują się na tym samym poziomie dowodów, oba przekonujące u myszy i komórek, oba skromne u ludzi, podczas gdy SS-31 naprawdę je wyprzedził na osi rozwoju klinicznego. Nasz przegląd SS-31 omawia to porównanie głębiej, jeśli interesuje cię aspekt badań klinicznych.
Uczciwe podsumowanie dowodów u ludzi
Warto powiedzieć to wprost, zamiast chować w przypisie: nie istnieje ukończone, opublikowane badanie interwencyjne u ludzi dotyczące humaniny ani żadnego jej analogu. Każdy powyższy punkt danych u ludzi — spadek związany z wiekiem, powiązanie z potomstwem stulatków — ma charakter obserwacyjny: badacze mierzyli poziomy w istniejących kohortach, zamiast podawać peptyd i śledzić wyniki. Dowody na wydłużenie długości życia pochodzą z C. elegans. Dowody na poprawę metaboliczną pochodzą z myszy. Ludzie, jak dotąd, byli w opublikowanych danych jedynie obserwowani, a nie dawkowani.
To nie sprawia, że biologia jest mniej interesująca. Peptyd zakodowany w mitochondrialnym DNA, degradowany z wiekiem, podwyższony u dzieci stulatków i utrzymujący się na wysokim, płaskim poziomie u zwierzęcia, które ledwo się starzeje, to naprawdę niezwykły zestaw punktów do połączenia. Oznacza to jedynie, że łączenie odbyło się za pomocą korelacji i modeli zwierzęcych, a nie badań u ludzi.
Badacze długowieczności zgłębiający ten klaster zazwyczaj patrzą na humaninę obok osi folianowo-metioninowej i NAD+ omówionej w naszym przeglądzie NAD+ oraz obok peptydów skoncentrowanych na telomerazie, jak ten opisany w naszym przewodniku po epithalonie. Żaden z tych związków nie dzieli mechanizmu, co jest właśnie powodem, dla którego badacze zajmujący się starzeniem komórkowym mają tendencję do czytania całego klastra, zamiast wybierać jeden peptyd w izolacji.
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest peptyd humanina?
Humanina to peptyd złożony z 24 aminokwasów, zakodowany w mitochondrialnym genie 16S rRNA (MT-RNR2), odkryty w 2001 roku w neuronach, które przetrwały uszkodzenie związane z chorobą Alzheimera. Działa zarówno wewnątrz komórek, wiążąc BAX i IGFBP-3, by zablokować apoptozę, jak i na zewnątrz komórek, sygnalizując przez kompleks receptorowy CNTFR-WSX-1-gp130 oraz FPRL1.
Jakie są dowody na związek humaniny z długowiecznością?
Dowody to mieszanka danych zwierzęcych i obserwacji u ludzi. U C. elegans nadekspresja humaniny wydłużyła średnią długość życia z około 17,7 do 19,0 dnia. U ludzi krążąca humanina spada z wiekiem, a potomstwo stulatków wykazuje istotnie wyższe poziomy niż dobrane wiekowo grupy kontrolne. Nie ma ukończonego badania interwencyjnego u ludzi łączącego humaninę z wynikiem dotyczącym długości życia.
Czy humanina to to samo co MOTS-c?
Nie. Oba są peptydami pochodzenia mitochondrialnego, ale są kodowane w różnych genach mitochondrialnych i działają przez różne szlaki. Humanina pochodzi z MT-RNR2 (genu 16S rRNA) i działa poprzez wiązanie BAX/IGFBP-3 oraz sygnalizację receptorową via CNTFR-WSX-1-gp130 i FPRL1. MOTS-c pochodzi z MT-RNR1 (genu 12S rRNA) i działa głównie poprzez aktywację AMPK. To komplementarne tematy badawcze, a nie wymienne.
Czy istnieją badania humaniny u ludzi?
Nie istnieją ukończone, opublikowane badania interwencyjne u ludzi dla humaniny ani jej analogów, w tym HNG (S14G-humaniny). Wszystkie dotychczasowe dane u ludzi pochodzą z obserwacyjnych badań kohortowych mierzących krążące poziomy humaniny, takich jak porównanie potomstwa stulatków, a nie z badań, w których podawano peptyd i śledzono wyniki.
Czy sami stulatkowie mają wyższe poziomy humaniny?
Opublikowane odkrycie dotyczy konkretnie potomstwa stulatków, a nie samych stulatków. Badanie porównujące 18 dzieci stulatków z 19 dobranymi wiekowo grupami kontrolnymi wykazało istotnie wyższą krążącą humaninę w grupie potomstwa stulatków. To odrębne twierdzenie od „stulatkowie mają więcej humaniny” i warto trzymać te dwie kwestie oddzielnie, czytając o tych badaniach.
Czym jest HNG i czym różni się od natywnej humaniny?
HNG (S14G-humanina) to syntetyczny analog humaniny niosący pojedynczą substytucję aminokwasową, która czyni go znacznie silniejszym w testach komórkowych i zwierzęcych niż natywny peptyd. Większość funkcjonalnych badań zwierzęcych, w tym mysie badania metaboliczne i prace nad długością życia C. elegans, wykorzystywała nadekspresję humaniny lub HNG, a nie dawkowanie niezmodyfikowanej natywnej humaniny.
Bibliografia
- Hashimoto Y, Niikura T, Tajima H, et al. A rescue factor abolishing neuronal cell death by a wide spectrum of familial Alzheimer’s disease genes and Abeta. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2001;98(11):6336-6341.
- Lee C, Yen K, Cohen P. Humanin: a harbinger of mitochondrial-derived peptides? Trends in Endocrinology and Metabolism. 2013;24(5):222-228.
- Yen K, Wan J, Mehta HH, et al. The mitochondrial-derived peptide humanin is a regulator of lifespan and healthspan. Aging (Albany NY). 2020;12(11):11185-11199.
- Hoang PT, Park P, Cobb LJ, et al. The neurosurvival factor humanin inhibits beta-cell apoptosis via signal transducer and activator of transcription 3 activation and delays and ameliorates diabetes in NOD mice. Metabolism. 2010;59(3):343-349.
- Muzumdar RH, Huffman DM, Atzmon G, et al. Humanin: a novel central regulator of peripheral insulin action. PLoS One. 2009;4(7):e6334.
- Klein LE, Cui L, Gong Z, et al. A humanin analog decreases oxidative stress and preserves mitochondrial integrity in cardiac myoblasts. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2013;440(2):197-203.