01Čo je to
Humanín je peptid z 24 aminokyselín, ktorý je kódovaný vnútri mitochondriálneho génu pre 16S ribozómovú RNA (MT-RNR2). Objavili ho v roku 2001 funkčným expresným skríningom ako faktor, ktorý ruší odumieranie neurónov vyvolané rôznymi génmi familiárnej Alzheimerovej choroby a amyloidom β; transfekovaná cDNA sa prepísala na peptid, ktorý bunky vylučovali do média, a účinok závisel od jeho primárnej štruktúry.
Humanín je prvým členom rodiny peptidov kódovaných v mitochondriálnej DNA. V tej istej oblasti mitochondriálneho genómu neskôr našli ďalších šesť peptidov, označených ako malé humanínu podobné peptidy (SHLP 1 až 6), a MOTS-c je kódovaný v inom mitochondriálnom géne. Vo výskume sa používa aj účinnejší analóg S14G-humanín, skrátene HNG, ktorý má v pozícii 14 glycín.
02Mechanizmus účinku
Humanín pôsobí cez receptorový komplex cytokínového typu. Na ochranu neurónov je nevyhnutná podjednotka gp130, spoločná pre receptory rodiny interleukínu 6, a väzbu peptidu na neuróny zvyšuje nadmerná expresia receptora pre ciliárny neurotrofický faktor (CNTFR) a podjednotky receptora interleukínu 27 (WSX-1), kým ich potlačenie malou interferujúcou RNA väzbu znižuje; vyradenie CNTFR alebo WSX-1 ruší ochranný účinok. Vnútrobunkovo je pre ochranu potrebná aktivácia STAT3. N-formylovaný humanín aktivuje aj receptory podobné receptoru pre formylované peptidy FPRL1 a FPRL2.
Druhým partnerom je os IGF. Humanín sa s vysokou afinitou a špecificitou viaže na väzbový proteín IGFBP-3, a to na jeho 18-aminokyselinovú heparín viažucu dománu, bez toho aby konkuroval väzbe IGF-I; interakciu potvrdila aj koimunoprecipitácia z myších semenníkov. Preto sa dá humanín meniť v oboch smeroch: liečba rastovým hormónom alebo IGF-I znižuje jeho hladinu v krvi u myší aj u ľudí, geneticky dlhoveké myši s deficitom GH (Ames) ho majú viac a myši s transgénom pre GH menej.
Metabolický účinok je čiastočne centrálny. U hlodavcov zvýšila trvalá infúzia humanínu do mozgových komôr celkovú citlivosť na inzulín a tento účinok prebiehal cez aktiváciu hypotalamického STAT3: po jeho inhibícii zmizol. Vnútrožilové podanie účinných derivátov zopakovalo to isté a pri zablokovanom hypotalamickom STAT3 vymizol aj ich účinok na pečeň, čo spolu s tým, že na izolované hepatocyty peptid priamo nepôsobí, ukazuje nepriamu cestu. Jedna dávka účinného analógu znížila glykémiu u diabetických potkanov Zucker.
Po injekcii zostáva humanín prevažne v krvi. U potkanov po vnútrobrušnom podaní analógu HNG bola jeho hladina najvyššia v plazme, nižšia v pečeni a v mozgu ani v srdci sa nedala zmerať; polčas bol u potkanov dlhší než u myší a u myší bez IGFBP-3 dlhší než u zvierat s ním, čo zodpovedá väzbe peptidu na tento proteín v cirkulácii. Po podaní HNG klesali hladiny IGF-1 aj IGFBP-3.
03Účinky
U ľudí sú zatiaľ merania pozorovacie a ukazujú humanín ako signál mitochondriálneho stresu. Hladiny v krvi klesajú s vekom u myší aj u ľudí a klesnú aj po liečbe rastovým hormónom alebo IGF-I. Deti storočných ľudí, ktoré majú samé vyššiu pravdepodobnosť dožiť sa vysokého veku, mali humanínu v krvi výrazne viac než rovnako starí kontrolní účastníci, a pri Alzheimerovej chorobe a pri mitochondriálnom syndróme MELAS boli hladiny nižšie. V kohorte 693 ľudí vo veku 21 až 113 rokov naopak humanín spolu s FGF21 a GDF15 s vekom stúpal a najvyššie hodnoty mali storoční ľudia; u sedemdesiatnikov sa vyššie hodnoty spájali so slabším stiskom ruky, nižšou citlivosťou na inzulín a vyššími triglyceridmi a u najstarších korelovali s kratším prežívaním. Autori to vysvetľujú hormézou: tie isté molekuly sú odpoveďou na stres, ktorej dopad závisí od jeho intenzity.
Cvičenie hladinu humanínu akútne zvyšuje. U desiatich mladých netrénovaných mužov stúpol obsah humanínu v štvorhlavom svale aj v plazme hneď po desiatich jednominútových intervaloch na bicyklovom ergometri pri výkone odpovedajúcom maximálnej spotrebe kyslíka; po dvoch týždňoch intervalového tréningu bola pokojová plazmatická hladina nižšia (p = 0,063), kým odpoveď na akútnu záťaž sa nezmenila. Kontrakcia izolovaného myšieho svalu zvýšila humanín asi štvornásobne. U mužov s poruchou glukózového metabolizmu stúpol obsah humanínu vo svale po silovom tréningu.
V modeloch chorôb pôsobí humanín ochranne. V bunkových modeloch Alzheimerovej choroby ruší odumieranie neurónov vyvolané mutovanými génmi a amyloidom β a v hipokampálnych neurónoch, kde ho uvoľňujú astrocyty, zabraňuje strate synapsií. U myší s obezitou z vysokotukovej diéty zmenilo trojdňové podávanie analógu HNG v dávke 2,5 mg/kg dvakrát denne profil plazmatických metabolitov, najvýraznejšie v metabolizme glutatiónu a sfingolipidov, čo zodpovedá jeho účinku na citlivosť na inzulín.
V onkologickej záťaži chráni analóg HNG zdravé bunky a zosilňuje účinok chemoterapie. Myši, ktorým do žily podali myšacie melanómové bunky, dostávali denne HNG, jednu dávku cyklofosfamidu alebo obe liečby: HNG zabránil poklesu leukocytov a apoptóze zárodočných buniek po cyklofosfamide, počet pľúcnych metastáz znížili HNG aj cyklofosfamid samostatne a ich kombinácia najviac, a plazmatický IGF-1 po HNG klesol, čím peptid napodobnil kalorickú restrikciu. V ďalšom pokuse s opakovanými dávkami cyklofosfamidu udržal HNG počet spermatogoniálnych kmeňových buniek, počet spermií a leukocyty.
04Dávkovanie
Humanín sa u ľudí ako liek nepodával; dávkovanie pochádza z pokusov na hlodavcoch a väčšinou sa v nich používa účinnejší analóg HNG (S14G-humanín). Podáva sa injekčne, v dávkach rádu miligramov na kilogram a v krátkych schémach.
Jednotky
- mg/kg
- na kilogram telesnej hmotnosti zvieraťa v štúdii
Skúmané dávky
Myši s obezitou z vysokotukovej diéty, analóg HNG a peptid SHLP2
citlivosť na inzulín a profil plazmatických metabolitov
2,5 mg/kg v jednej dávke
- Podanie
- intraperitoneálne
- Načasovanie
- dvakrát denne
- Trvanie
- 3 dni
Prehľad dávok z registrácií, klinickej praxe a štúdií; pri každej je uvedený zdroj. Slúži na vzdelávanie, nie ako individuálny protokol.
05Riziká a súvislosti
Humanín sa človeku nepodával: ľudské práce merali jeho vlastnú hladinu v krvi a vo svale podľa veku, pri ochoreniach a po cvičení. Údaje o podávaní pochádzajú z hlodavcov, najčastejšie s analógom HNG.
Humanín chráni bunky pred apoptózou bez ohľadu na to, či ide o zdravé alebo nádorové tkanivo, a práve to je jeho hlavná sledovaná súvislosť v onkológii. V bunkových líniách glioblastómu a v primárnych kultúrach z bioptických vzoriek zvýšila chemoterapia expresiu humanínu aj jeho receptora FPR2 a analóg HNGF6A zvýšil odolnosť nádorových buniek proti chemoterapii, ich migráciu aj schopnosť podporiť delenie endotelových buniek; potlačenie humanínu špecifickou shRNA tieto vlastnosti znížilo. Autori z toho vyvodzujú, že pri glioblastóme je cieľom os humanín–FPR2 potláčať, nie posilňovať. V myšacom modeli melanómových metastáz analóg naopak účinok cyklofosfamidu na metastázy zosilnil, takže výsledok závisí od typu nádoru a od liečby, s ktorou sa peptid kombinuje.
Peptid zasahuje do osi rastového hormónu a IGF. V pokusoch s myšami znížilo podávanie analógu HNG plazmatický IGF-1 a v rámci farmakokinetiky klesli po jeho podaní hladiny IGF-1 aj IGFBP-3. Autori to označujú za napodobnenie kalorickej reštrikcie; pri dlhodobom podávaní je to zmena hormonálneho prostredia, ktorú treba sledovať spolu s účinkom na citlivosť na inzulín.
Celotelové podávanie je opísané u hlodavcov v krátkych schémach (dni až týždne) a najčastejšie s analógom HNG, nie s prirodzeným peptidom.
06Ako zapadá do celku
Humanín, MOTS-c a peptidy SHLP tvoria rodinu mitochondriálnych peptidov: krátke kódujúce úseky v mitochondriálnej DNA, ktorých produkty pôsobia ako hormóny mitochondriálneho stresu. Humanín je z nich najdlhšie skúmaný a jeho hladina v krvi reaguje na vek, na os GH/IGF-1 aj na akútne cvičenie.
V archíve susedí s SS-31 a NAD+, ktoré zasahujú do mitochondriálnej funkcie z iných strán: SS-31 cez kardiolipín vnútornej membrány a NAD+ ako kofaktor redoxných a opravných reakcií. Humanín pridáva k tomuto obrazu signálnu vrstvu, teda peptid, ktorý mitochondria posiela von do bunky a do krvi.
Štúdie a zdroje
- A rescue factor abolishing neuronal cell death by a wide spectrum of familial Alzheimer's disease genes and Abeta. ↗Functional expression screening identified the Humanin cDNA, which encodes a short polypeptide that abolishes neuronal cell death caused by multiple familial Alzheimer's disease genes and by amyloid-β; the transfected cDNA was transcribed and the peptide secreted into the medium, and the rescue depended on its primary structure.
- Naturally occurring mitochondrial-derived peptides are age-dependent regulators of apoptosis, insulin sensitivity, and inflammatory markers. ↗In silico search of the mitochondrial 16S rRNA region identified six further peptides named small humanin-like peptides (SHLP 1–6); SHLP2 and SHLP3 shared humanin's protective profile, reducing apoptosis and reactive oxygen species and improving mitochondrial metabolism in vitro.
- Humanin inhibits neuronal cell death by interacting with a cytokine receptor complex or complexes involving CNTF receptor alpha/WSX-1/gp130. ↗Loss-of-function tests in neuronal cells: gp130 is essential for humanin-induced neuroprotection, overexpression of CNTFR and WSX-1 raises humanin binding and their knockdown lowers it, and loss of either nullifies the protective response; STAT3 activation is required.
- N-Formylated humanin activates both formyl peptide receptor-like 1 and 2. ↗N-formylated humanin activates the formyl peptide receptor-like receptors FPRL1 and FPRL2 in cell assays.
- Interaction between the Alzheimer's survival peptide humanin and insulin-like growth factor-binding protein 3 regulates cell survival and apoptosis. ↗Yeast two-hybrid screen, pull-down, ligand blots and co-immunoprecipitation from mouse testes: humanin binds IGFBP-3 with high affinity and specificity at its 18-amino-acid heparin-binding domain without competing with IGF-I binding; the F6A mutant does not bind.
- Humanin: a novel central regulator of peripheral insulin action. ↗Clamp studies in rodents: continuous intracerebroventricular humanin improved whole-body insulin sensitivity through hypothalamic STAT-3 (abolished by hypothalamic STAT-3 inhibition); intravenous potent derivatives reproduced the effect, their hepatic action was centrally mediated and absent in primary hepatocytes, and a single treatment with a potent analogue lowered blood glucose in Zucker diabetic fatty rats.
- Pharmacokinetics and tissue distribution of humanin and its analogues in male rodents. ↗Mice (wild type and IGFBP-3 knockout) and Sprague Dawley rats after intraperitoneal HNG or HNGF6A: longer half-life without IGFBP-3 binding and in rats than in mice; after HNG injection IGF-1 and IGFBP-3 levels fell; peptide levels highest in plasma, present in liver, undetectable in brain and heart.
- IGF-I regulates the age-dependent signaling peptide humanin. ↗Circulating humanin declines with age in mice and humans; long-lived GH-deficient Ames mice have higher levels and GH-transgenic mice lower; treatment with GH or IGF-I reduced circulating humanin in mice and in human subjects.
- The mitochondrial derived peptide humanin is a regulator of lifespan and healthspan. ↗C. elegans overexpression extends lifespan dependent on daf-16/Foxo; humanin transgenic mice share the phenotypes and resist toxic insults; twice-weekly HNG in middle-aged mice improved metabolic healthspan parameters and lowered inflammatory markers; levels decline with age in multiple species but are stable in the naked mole-rat, are much higher in children of centenarians than in age-matched controls, and are decreased in Alzheimer's disease and MELAS.
- Human Aging and Longevity Are Characterized by High Levels of Mitokines. ↗693 subjects aged 21–113: plasma FGF21, humanin and GDF15 rose in old age with the highest levels in centenarians; higher levels were associated with worse handgrip strength, insulin sensitivity and triglycerides, particularly at about 70 years, and correlated inversely with survival in the oldest; people with Down syndrome had higher GDF15 and humanin than their siblings; the authors read this within the hormetic paradigm.
- High-intensity interval exercise increases humanin, a mitochondrial encoded peptide, in the plasma and muscle of men. ↗Ten young healthy untrained men (24.5 ± 3.7 years), vastus lateralis biopsies and plasma before, immediately after and 4 h after 10 × 60 s cycle bouts at peak oxygen uptake power, repeated after six high-intensity interval training sessions over two weeks: humanin rose in muscle and plasma after acute exercise, training trended to lower resting plasma humanin (p = 0.063), and contraction of isolated mouse extensor digitorum longus muscle raised humanin about fourfold.
- Humanin skeletal muscle protein levels increase after resistance training in men with impaired glucose metabolism. ↗Men with impaired glucose metabolism: skeletal muscle humanin protein levels increased after a period of resistance training.
- Humanin, a Mitochondrial-Derived Peptide Released by Astrocytes, Prevents Synapse Loss in Hippocampal Neurons. ↗Hippocampal neuron cultures: humanin released by astrocytes prevents synapse loss.
- Metabolomic profile of diet-induced obesity mice in response to humanin and small humanin-like peptide 2 treatment. ↗Diet-induced obesity mice given vehicle, the humanin analogue HNG or SHLP2 as intraperitoneal injections twice a day at 2.5 mg/kg per injection for 3 days (n = 6 per group): plasma amino acid and lipid metabolites changed, most strongly in glutathione and sphingolipid metabolism.
- Mitochondrial Peptide Humanin Facilitates Chemoresistance in Glioblastoma Cells. ↗Glioblastoma cell lines and primary cultures from biopsies: chemotherapy upregulated humanin and its receptor FPR2; the analogue HNGF6A increased chemoresistance, migration and the capacity to drive endothelial cell migration and proliferation, an effect blocked by the FPR2 antagonist WRW4; silencing humanin with shRNA reduced chemoresistance, migration and proangiogenic capacity in both wild-type and mutated IDH backgrounds.
- The Potent Humanin Analogue (HNG) Protects Germ Cells and Leucocytes While Enhancing Chemotherapy-Induced Suppression of Cancer Metastases in Male Mice. ↗Male mice inoculated intravenously with murine melanoma cells, randomized to no treatment, daily intraperitoneal HNG, a single dose of cyclophosphamide or both: HNG prevented the cyclophosphamide-induced fall in leucocytes and germ cell apoptosis, lung metastases were suppressed by either treatment and most by the combination, plasma IGF-1 fell with HNG, and in a repeated-cyclophosphamide experiment HNG preserved spermatogonial stem cells, sperm count and leucocytes.