میتوکندری میتواند باعث افزایش طول عمر شود!

به لطف پیشرفت در علم پزشکی افراد بیشتر و طولانی‌تر از گذشته زندگی میکنند. پیش بینی میشود تا سال 2050 جمعیت بالای 65 سال دو برابر شود. در بیشتر موارد، عمر طولانی‌تر یک مزیت بزرگ برای جامعه است، اما این بدان معناست که درصد فزاینده‌ای از مردم آماده‌اند تا علائم پیری مانند ضعف عضلات، تضعیف حافظه و کند شدن متابولیسم را تجربه کنند.

از بین بسیاری از راه‌های مقابله با پیری فردی، ترکیبی به نام urolithin-A مورد توجه تعدادی از محققان قرار گرفته است. بیش از یک دهه است که دانشمندان شرکت علوم زیستی Amazentis و موسسه فناوری فدرال سوئیس در لوزان در حال بررسی این ترکیب هستند و Amazentis اکنون مکمل حاوی آن را تولید میکند. اورولیتین A به طور طبیعی توسط میکروبهای روده در برخی افراد هنگامی که یک ترکیب پیش ساز موجود در انار، انواع توتها و گردو را متابولیزه میکنند، تولید میشود و با سلامت میتوکندری مرتبط است.

در مطالعه‌ای که در سال 2016 در Nature Medicine منتشر شد، این محققان نشان دادند که urolithin A به طور قابل توجهی طول عمر کرم‌ها را افزایش میدهد و به میزان متوسطی قدرت ماهیچه‌ها را افزایش داده و استقامت موش‌ها را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد. در پنج سال گذشته آنها بر درک مزایای بالقوه این ترکیب برای انسان تمرکز کرده‌اند و میتوکندری و سلامت ماهیچه‌ها مورد توجه قرار گرفته است. در سال 2019، آنها نتایج آزمایش بالینی مرحله اول در متابولیسم طبیعت را گزارش کردند که نشان میداد urolithin A برای مصرف انسان بی‌خطر است. آنها به تازگی آزمایشی را برای کشف ارتباط بین سلامت میتوکندری و قدرت ماهیچه‌‌ها انجام داده‌اند.

رادیکال‌های رایگان و استرس اکسیداتیو

مشهورترین نظریه پیری بیولوژیکی در دهه 1950 پدیدار شد. Denham Harman، بیوشیمیست در دانشگاه کالیفرنیا، پیشنهاد کرد که با متابولیسم مواد مغذی و مصرف اکسیژن، ترکیباتی به نام گونه‌های فعال اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی تولید میشوند. او فرض کرد که این ترکیبات، که شیمی‌دانان آنها را رادیکالهای آزاد مینامند، با اجزای سلولی واکنش نشان میدهند و باعث آسیبهایی میشوند که با گذشت زمان منجر به پیری میشود. در دهه 1970 او این نظریه را گسترش داد و توضیح داد که میتوکندری‌ها منبع رادیکال‌های آزاد هستند.

همانطور که نظریه رادیکالهای آزاد Harman در مورد پیری به مرحله اجرا رسید، به تحقیقات در زمینه سرطان، آلزایمر و بسیاری از بیماری‌های دیگر دامن زد. حتی با آگاهی عمومی روبرو شد و توصیه‌های فعلی را برای خوراکی‌هایی مانند زغال اخته، چای سبز، شراب قرمز و انار که سرشار از آنتی اکسیدان‌های طبیعی هستند، به وجود آورد، اما رادیکال‌های آزاد به تنهایی نتوانسته‌اند همه اثرات پیری را توضیح دهند. به عنوان مثال، اگرچه موش طول عمر بیشتری نسبت به سایر جوندگان دارد، سطح استرس اکسیداتیو بسیار بالایی نیز دارد. بنابراین، در آزمایشگاه‌ها، محققان شروع به پیشروی در این تحقیقات کردند.

DNA میتوکندری و التهاب

زیست شناسان به زودی توانستند ارتباطات جدیدی بین میتوکندری و پیری کشف کنند. ارتباطاتی که از ریشه‌های غیر معمول میتوکندری‌ها استفاده میکند. در حدود 1.4 میلیارد سال پیش، جایی در اقیانوسهای اولیه زمین، تصور میشود که یک سلول یوکاریوتی یک باکتری تنفس کننده اکسیژن را در خود بلعیده است، که در طول گسترش نسلها به میتوکندری تبدیل شده است. اگرچه اندامکهای سلولی کاملاً یکپارچه هستند، میتوکندریها هرگز ژنوم اولیه خود را که امروزه به عنوان DNA میتوکندریایی (mtDNA) شناخته میشود، به طور کامل از دست ندادند. امروزه 13mtDNA پروتئین اصلی میتوکندریایی را تولید می کند.

با افزایش سن میتوکندری، آنها تغییر شکل داده و کمتر فعالیت میکنند. در نهایت آنها شکست میخورند و mtDNA را آزاد میکنند. از آنجا که میتوکندری‌ها به عنوان یک موجود زنده خارجی شروع به کار کردند، محققان گمان میکنند که این mtDNA منتشر شده باعث واکنش ایمنی میشود. چندین مطالعه نشان میدهند که در ارگانیسم‌های پیر این فرایند منجر به التهاب مداوم و همیشگی میشود. پدیده‌ای به نام “التهاب” که میتواند در انواع بیماری‌های مرتبط با سن کمک کننده باشد.

mtDNA خود نیز با افزایش سن تغییر میکند. با افزایش سن، ژنوم میتوکندری سریعتر از ژنهای موجود در سلول جهش‌ها را ایجاد و حذف میکند. این جهشها با علائم پیری مرتبط هستند. به عنوان مثال، موشهایی که دارای آنزیم تکراری DNA معیوب به نام mtDNA پلیمراز هستند، جهش بیشتری در DNA میتوکندری (mtDNA) خود نسبت به یک موش معمولی دارند. آنها همچنین به خز خاکستری و پوکی استخوان مبتلا میشوند و در جوانی میمیرند.

با این حال، Toren Finkel، مدیر موسسه پیری در مرکز پزشکی دانشگاه پیتسبورگ، میگوید که چنین ارتباطاتی ممکن است با افزایش سن ارتباط داشته باشند نه اینکه باعث ایجاد آن شوند. اختلال عملکرد میتوکندری احتمالاً ناشی از مشکلات دیگر در میتوکندری است، نه لزوما DNA آن.

میتوفاژی و میتوکندری سالم

چند سال پیش، Johan Auwerx ، پزشک، زیست شناس و استاد موسسه فناوری فدرال سوئیس در لوزان (EPFL) ، و محققان آمازنتیس از خود میپرسیدند که آیا میتوکندری آسیب دیده میتواند منجر به ضعیف شدن ماهیچه‌ها شود، که یکی از علامتهای پیری بیولوژیکی است. آنها عملکرد میتوکندری را در دو گروه از افراد بالای 60 سال، افراد سالم، فعال و افراد پیش فرض، که عملکرد عضلات آنها قبلاً افت کرده بود، مقایسه کردند. آنها با استفاده از یک ردیاب رادیواکتیو خوش خیم برای اندازه گیری میزان استفاده میتوکندری عضلانی از ATP، دریافتند که افراد “پیش فرض” فعالیت میتوکندری عضلانی کمتری دارند.

اگر میتوکندری‌های کند باعث افزایش سن شوند، بنابراین میتوکندری جدید و سالم ممکن است بافت را جوان کند و در واقع وقتی موشها میتوکندری جدیدی تولید میکنند، به نظر میرسد برخی از آثار پیری را کاهش میدهند، اگرچه نحوه عملکرد آن به خوبی درک نشده است.

سلولها همچنین میتوکندری معیوب را بازیافت میکنند. برای مطالعه این فرایند که میتوفاژی نامیده میشود، تیم Finkel موشهای مهندسی ژنتیکی را ایجاد کردند تا میتوکندری آنها یک پروتئین فلورسنت تولید کند. آنها سپس بافتهای مختلف را از حیوانات جدا کردند و سلولهای میتوکندری فلورسنت را بازیافت کردند. او میگوید: میزان میتوفاژی در حیوانات جوان در مغز بسیار بالا است و میزان میتوفاژی در حیوانات مسن بسیار کم است.

به سوی میتوکندری تجدید شده!

چنین نتایجی نشان میدهد که افزایش میتوفاژی ممکن است جمعیت سالم‌تری از میتوکندری را ایجاد کند، که ممکن است به عقب برگرداندن ساعت در بافت پیری کمک کند. برای آزمایش این فرضیه، محققان Amazentis و Auwerx تحقیقات خود را بر روی اورولیتین A متمرکز کرده‌اند.

در مطالعه پزشکی طبیعت 2016 ، تیم تحقیقاتی اورولیتین A را با کرم های پیر به نام C. elegans تغذیه کردند. این ترکیب میتوفاژی را فعال کرد، کرمها 50 درصد بیشتر عمر کردند و چندین خط شواهد نشان داد که میتوفاژی برای افزایش طول عمر ضروری است. هنگامی که محققان به موشها هم از ترکیب مشابهی تغذیه دادند، این حیوانات 57 درصد افزایش استقامت و عمر (که با زمان صرف شده در چرخ دویدن اندازه گیری میشود) را در مقایسه با دارونما نشان دادند.

از آن زمان محققان چندین آزمایش بالینی را برای آزمایش نحوه تأثیر مکملهای اورولیتین A بر روی انسان انجام داده‌اند. در مرحله اول آزمایش بالینی گزارش شده در 2019 در متابولیسم طبیعت، آنها نشان دادند که اورولیتین A برای مصرف انسان بی‌خطر است و بیان ژنهای میتوکندریایی را در ماهیچه افزایش میدهد.

به گفته Anurag Singh ، افسر ارشد پزشکی در آمازنتیس، یک مکمل با دوز دقیق و آزمایش شده بالینی اورولیتین A مورد نیاز است. متابولیت با استفاده از میکروبیوتای روده هنگامی که ترکیبات پیش ساز، به نام الاگیتانین‌ها – که معمولاً در غذاهایی مانند انار، توتها و گردو یافت میشود – مصرف میشود، شکل میگیرد.

اما نکته این است که تنوع میکروبیوم روده در افراد مختلف متفاوت است. در آزمایش بالینی اخیر که در مجله اروپایی تغذیه بالینی منتشر شد، Auwerx و تیم Amazentis  100 نفر را مورد آزمایش قرار دادند و گزارش دادند که تنها حدود 40 درصد از آنها به طور طبیعی میتوانند سطح قابل توجهی از urolithin A را فقط از طریق رژیم غذایی تولید کنند. این آزمایش همچنین نشان داد که مکمل اورولیتین A میتواند به اندازه شش لیوان آب انار این ترکیب را تامین میکند. در همین حال، یک کارآزمایی بالینی جداگانه که آزمایش میکرد که آیا اورولیتین A سلامت ماهیچه‌ها و قدرت عضلات را در بزرگسالان سالم بهبود میبخشد، به پایان رسید، اما هنوز منتشر نشده است.

به گفته Louise Burke  و John Hawley، محققان تغذیه ورزشی در موسسه تحقیقات سلامت مری مک کیلوپ در دانشگاه کاتولیک استرالیا، بهبود میتوفاژی همچنین ممکن است عملکرد عضلات را در افراد جوان بهبود بخشد. آنها با همکاری Amazentis ، اثر urolithin A را در ورزشکاران نخبه استقامتی اندازه گیری میکنند و برای اندازه گیری تغییرات میتوکندری از بیوپسی عضلات استفاده میکنند. او میگوید: در بسیاری از رویدادهای ورزشی، ورزشکاران برای کسب مدال طلا در چندین مسابقه شرکت میکنند.

Hawley هشدار میدهد که تغذیه، از جمله مکمل‌ها، جایگزین ورزش یا شیوه زندگی شما نمیشود. زیرا ورزش به خوبی باعث بهبود عملکرد ماهیچه‌ها با ایجاد میتوکندری جدید میشود. با این حال، حفظ تعداد پایدار میتوکندری‌های با عملکرد خوب میتواند به افراد کمک کند تا اثرات پیری را برای مدتی دیگر دور نگه دارند و عقب بی‌اندازند.

مترجم: غزل زارعی

منبع