Las intervenciones antienvejecimiento afectan la variabilidad de la esperanza de vida en el sexo, la tensión, la dieta y la moda dependiente de las drogas

Contacto:jerry.he@wecistanche.com

Andrzej Bartke1, Tracy R. Evans2 y CJM Musters3

1Departamento de Medicina Interna, Investigación Geriatría, Facultad de Medicina de la Universidad del Sur de Illinois, Springfield, IL 62794, EE. UU.

2Centro de Investigación y Colecciones del Museo Estatal de Illinois, Springfield, Illinois 62703, EE. UU.

3Instituto de Ciencias Ambientales, Universidad de Leiden, Leiden 2333 CC, Países Bajos

Correspondence to: Andrzej Bartke; email: abartke@siumed.edu

Palabras clave: longevidad, varianza, hormona de crecimiento, rapamicina, acarbosa, 17 alfa estradiol, restricción calórica, ratones

Recibido: 5 de febrero de 2019 Aceptado: 12 de junio de 2019 Publicado: 24 de junio de 2019

Derechos de autor: Bartke et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia de atribución de Creative Commons (CC BY 3.0), que permite el uso, la distribución y la reproducción sin restricciones en cualquier medio, siempre que se acredite al autor original y a la fuente. .

Cistanche tiene un efecto antienvejecimiento.

RESUMEN

Recientemente se informó que los factores socioeconómicos relacionados con las diferencias en la esperanza de vida humana están asociados con diferencias en la variación de la edad de muerte. Para determinar siantienvejecimientointervenciones también alteran la varianza de la longevidad, hemos analizado datos de ratones sometidos a tratamiento con fármacos que afectan al envejecimiento oa la restricción calórica y de ratones mutantes longevos. Se encontró que la relación de cambios en la longevidad y en la variación de la longevidad depende del sexo y el tratamiento y aparentemente también de la tensión. Aumento de la longevidad de los ratones macho tratados conantienvejecimientomedicamentos fue acompañado por la variación reducida de la edad de muerte y la aparente reducción de la mortalidad temprana. La extensión de la vida inducida por mutaciones relacionadas con la hormona del crecimiento y la restricción calórica tendieron a aumentar la variación de la longevidad solo en las mujeres. Concluimos que el impacto deantienvejecimientolas intervenciones sobre la variación de la edad de muerte y la distribución de la esperanza de vida individual en ratones de laboratorio dependen del tratamiento y son sexualmente dimórficas.

INTRODUCCIÓN

En los estudios sobre el envejecimiento, los cambios en la duración de la vida generalmente se analizan comparando el promedio (media) o la mediana de la longevidad. Con frecuencia, también se considera alguna estimación de la longevidad máxima. Si bien los valores de las desviaciones estándar o los errores estándar de la media se informan de manera rutinaria, la distribución de la edad individual al morir rara vez se analiza o discute. Esto contrasta con el interés reciente en analizar la distribución de biomarcadores del envejecimiento utilizando la medida de distancia estadística [1] para estimar el nivel de desregulación fisiológica y relacionarlo con la resiliencia y la robustez durante el envejecimiento [2].

En una publicación reciente basada en un análisis de datos demográficos, Van Raalte y sus colegas informaron que el estatus socioeconómico influye no solo en la longevidad media sino también en la variabilidad de la esperanza de vida humana [3]. Usando un ejemplo de mujeres finlandesas, estos investigadores demostraron que la longevidad media reducida de las personas menos educadas y menos ricas se asocia con una mayor variabilidad en la esperanza de vida. La relación inversa de la esperanza de vida y la variación de la duración de la vida también se observó en otras poblaciones humanas [3]. La implicación práctica de estos hallazgos es que tanto para los individuos como para los sistemas de salud es más difícil predecir la edad de muerte de las personas menos privilegiadas que de los estratos más privilegiados o de toda la población.

Debido a la importancia potencial de esta relación para el análisis de datos de mortalidad y biomarcadores fisiológicos en estudios de envejecimiento, así como para varias consideraciones de salud pública, pensamos que sería

Tabla 1. Estimaciones de los coeficientes de regresión de la línea ajustada de longevidad contra varianza, asimetría y curtosis.

En cada grupo de prueba, la longevidad se mide como la mediana de la edad al morir, la varianza como la Median Absolute Deviation (MAD) de la edad al morir, la asimetría como la asimetría de la edad al morir y la curtosis como la curtosis de la edad al morir. La estimación, el error estándar (SE) y el valor t provienen de modelos mixtos lineales con el sitio de investigación como variable de efecto aleatorio. ² y el valor p provienen de una prueba de razón de verosimilitud (LRT) donde el modelo con la variable independiente se compara con el modelo sin esa variable.

ser de interés para determinar si las intervenciones que se sabe que prolongan la longevidad promedio (o la promedio y la máxima) de los animales de experimentación tienen algún efecto sobre la variabilidad de la duración de la vida. Presumimos que la extensión de la longevidad por medios genéticos, dietéticos o farmacológicos conduce a una reducción de la variabilidad de la vida útil. Sin embargo, la inspección de los datos del Programa de Pruebas de Intervenciones del Instituto Nacional del Envejecimiento (ITP) [4] y de nuestros estudios de las interacciones de los genes de longevidad murino con la restricción calórica (CR) [5-7] indicó que los cambios recíprocos de longevidad y su variabilidad no se observan consistentemente. Esto sugirió que nuestra hipótesis probablemente tendría que ser rechazada y planteó una nueva pregunta, a saber, qué factores influyen en la variabilidad de la vida útil. Aquí informamos los resultados de un estudio destinado a analizar los efectos del sexo, la tensión, las intervenciones para prolongar la vida y sus interacciones en la variación de la duración de la vida.

RESULTADOS

Cuando la longevidad de los ratones en el conjunto de datos de ITP se correlacionó con la variación de la longevidad, se observó una fuerte disminución de la variación con el aumento de la longevidad. La asimetría también disminuyó, mientras que la curtosis, es decir, la falta de planitud, aumentó (Tabla 1). Sin embargo, cuando se incluyó el género en estas relaciones, encontramos que afectó fuertemente los resultados (Fig. 1; Tabla 2).

El hallazgo más sorprendente fue que la varianza de la longevidad es fuertemente dimórfica sexualmente (Fig. 1) (Tabla 2: ²=20.47; df=1; p < 0.{{16="" }}01).="" en="" las="" mujeres="" la="" varianza="" no="" disminuyó="" con="" el="" aumento="" de="" la="" longevidad="" (tabla="" 2:="" ²="0.95;" df="1;" p="0.329)," mientras="" que="" en="" los="" hombres="" sí="" (²="" {{="" 13}}.47;="" gl="1;" p="">< 0.001).="" la="" asimetría="" disminuyó="" (²="33.74;" df="1;" p="">< 0.001),="" tanto="" en="" mujeres="" como="" en="" hombres="" (²="0.35;" df="1;" p="" {="" {26}}.556).="" la="" curtosis="" aumentó="" ligeramente="" (²="4.51;" df="1;" p="0.034)," pero="">

Figura 1. Relación entre longevidad y varianza (a), asimetría (b) y curtosis (c). Hembras: círculos rojos; machos: círculos azules; círculos rellenos: tratados; y círculos vacíos; sin tratar

Tabla 2. Estimaciones de contrastes de modelos de longevidad contra varianza, asimetría y curtosis, incluyendo género y la interacción entre género y variables independientes.

La estimación, el error estándar y el valor t provienen de modelos mixtos lineales con el sitio de investigación como variable de efecto aleatorio. ² y el valor p provienen de una prueba de razón de verosimilitud (LRT) donde el modelo con la variable independiente se compara con el modelo sin esa variable.

significativamente menor en hombres que en mujeres (² {{0}}.16; df=1; p < 0.001).

Una representación gráfica de la variación en la longevidad de los ratones de control frente a los ratones tratados conantienvejecimientoLos compuestos mostraron que, aparte del efecto de los compuestos sobre la mediana de la longevidad, parecían disminuir principalmente la muerte prematura en los machos (Fig. 2).

El conjunto de datos de los estudios de RC/genes de longevidad no mostró una correlación general entre la mediana de la longevidad por grupo de prueba y la variación en la longevidad, medida como MAD por grupo de prueba (²=0.25; df=1; p=0.617). Cuando se tuvo en cuenta el género y los estudios se dividieron según el efecto de la dieta, el genotipo o la dieta más el genotipo, se encontró que cuando los ratones tenían genotipos que prolongaban la longevidad y se trataban con

Figura 2. Gráficos de densidad de la edad de muerte de los ratones de control (a) y los ratones tratados conantienvejecimientoproductos farmacéuticos (b). Prueba de Cox para la diferencia entre hembras (línea roja continua) y machos (línea azul discontinua) en la supervivencia con el sitio de investigación como variable de efecto aleatorio: ratones de control: z=11.02, p < {{="" 7}}.001;="" ratones="" tratados:="" z="6.95," p=""><>

Tabla 3. Estimaciones de contrastes de modelos de longevidad con varianza incluyendo género y la interacción entre género y variables independientes; CR, mutaciones que prolongan la vida, o ambas.

La estimación, el error estándar y el valor t provienen de modelos mixtos lineales con tensión como variable de efecto aleatorio. ² y el valor p provienen de una prueba de razón de verosimilitud (LRT) donde el modelo con la variable independiente se compara con el modelo sin esa variable.

CR, la varianza de las mujeres aumentó casi con significación estadística (²=3.25; df=1; p=0.071), mientras que en los hombres este no pareció ser el caso (Figura 3; Tabla 3 ).

La representación gráfica de la variación en la longevidad de los ratones de control frente a los ratones mutantes de larga vida tratados con CR mostró que, además del efecto prolongador de la vida del tratamiento en la mediana de la longevidad, la diferencia de género en la longevidad se debió predominantemente a la muerte de algunos machos. relativamente temprano (Fig. 4).

DISCUSIÓN

Los resultados del presente estudio indican que las intervenciones que prolongan la longevidad en ratones de laboratorio también pueden alterar la distribución y la variación de la edad de muerte. La presencia, la magnitud y aparentemente también la dirección de estos cambios dependen del sexo de los animales y de la naturaleza de las intervenciones. En el gran conjunto de datos de los estudios de ITP, el aumento de la longevidad se asoció con una varianza reducida en los hombres (p<0.001) but="" not="" in="" females.="" moreover,="" the="" distribution="" of="" the="" data="" suggested="" a="" possible="" trend="" for="" variance="" in="" female="" data="" changing="" in="" the="" opposite="" direction="" (fig="" 1).="" in="" long-lived="" mice="" with="" gh-related="" mutations,="" subjected="" to="" cr,="" the="" variance="" was="" not="" related="" to="" longevity="" in="" males="" but="" seemed="" to="" increase="" with="" longevity="" in="" females="" (p="">

El dimorfismo sexual en las respuestas a las intervenciones de extensión de la longevidad no es inesperado y nuestros hallazgos muestran que la relación de la distribución de los datos de edad de muerte individuales con el promedio de vida de la población también depende del sexo. Por lo tanto, los presentes resultados se suman al creciente cuerpo de evidencia de que varios aspectos del envejecimiento, incluida la longevidad, así como las respuestas a diversosantienvejecimientointervenciones, no puede predecirse a partir de los datos obtenidos en individuos de distinto sexo [8].

La relación recíproca de la longevidad humana y su variabilidad que Van Raalte, et al. [3] encontrados en varios conjuntos de datos eran de segmentos de la misma población separados en función de los ingresos, el nivel educativo y/o el tipo de empleo. Se cree que la base biológica del impacto bien documentado de los factores socioeconómicos en el envejecimiento humano incluye diferencias en la dieta, los comportamientos relacionados con la salud y el acceso, así como la calidad de la atención médica, aunque la importancia de estos últimos factores en Finlandia y otros países con excelentes sistemas de atención de la salud es presumiblemente pequeño o inexistente.

Dado que los animales en cada una de las cuatro cohortes examinadas eran genéticamente heterogéneos y tres de las cuatro cohortes eran relativamente pequeñas, este estudio no permite ninguna conclusión firme sobre las posibles diferencias entre las cepas. Para abordar este problema, se necesitarían estudios que incluyan grandes poblaciones genéticamente distintas, diferentes cepas endogámicas y, preferiblemente, también sus cruces.

Figura 3. Efectos de CR, mutaciones que prolongan la vida o ambas sobre la relación con la longevidad y la variación en ratones machos y hembras. Hembras: círculos rojos; machos: círculos azules; círculos rellenos: tratados; y círculos vacíos; sin tratar

Lo que se puede concluir de nuestro análisis es que en los estudios deantienvejecimientoIntervenciones en animales de laboratorio Los cambios en la variabilidad de la esperanza de vida no se pueden predecir a partir de los cambios en la longevidad. Es interesante especular que esto puede estar relacionado con las diferencias en los mecanismos responsables de la extensión de la vida útil de las diversas intervenciones.

En los conjuntos de datos que analizamos, hubo ejemplos de diferencias en la proporción de muertes prematuras en hembras y machos, así como en longevos (mutantes, con restricción calórica o tratados con fármacos) versus control (tipo salvaje, alimentados ad libitum, o no tratados) y las pendientes de las curvas de supervivencia también diferían en algunos casos. La asimetría y la curtosis fueron las esperadas. Las diferencias en la distribución de la esperanza de vida individual pueden haber contribuido a las diferencias observadas en la variación. Por ejemplo, una disminución en la ocurrencia de muertes tempranas probablemente contribuyó a la longevidad de los hombres tratados con drogas en los estudios de PTI [9]. Este y otros ejemplos del papel de las muertes prematuras en la determinación de la longevidad de toda la cohorte se asemejan a los hallazgos demográficos sobre los efectos de los factores socioeconómicos en las poblaciones humanas [3].

El análisis de la distribución de la edad individual en los valores de muerte sugiere un impacto diferencial de los valores examinadosantienvejecimientointervenciones en diferentes segmentos de la historia de vida. Esto, a su vez, probablemente esté relacionado con diferentes mecanismos de sus acciones. La correlación significativa de la longevidad extendida con una varianza reducida de muerte individual en varias poblaciones humanas [3] y en ratones macho de la cohorte ITP (Fig. 1), puede deberse, en parte, al "efecto techo" a medida que la longevidad se acerca al límite. valor de vida útil máxima para la especie. Lo más probable es que refleje una mayor proporción de muertes prematuras de

Figura 4. Gráficos de densidad de la edad de muerte de los ratones de control (a) y los ratones tratados con unantienvejecimientodieta además de tener genotipos anti-envejecimiento (b). Prueba de Cox para la diferencia entre hembras (rojo continuo) y machos (azul punteado) en la supervivencia con tensión como variable de efecto aleatorio: ratones de control: z=0.57, p=0.57; ratones tratados: z=3.97, p <>

Tabla 4. Porcentaje de aumento en la mediana de vida debido a los agentes farmacológicos administrados en el Programa de Pruebas de Intervenciones.

Nota al pie: Para algunos de los medicamentos enumerados anteriormente, se realizaron estudios adicionales utilizando diferentes dosis o comenzando el tratamiento a una edad diferente, lo que resultó en una extensión porcentual algo diferente de la mediana de la vida útil.

diversas etiologías en grupos con una mediana de vida más corta. Curiosamente, las trayectorias de varios procesos fisiológicos mecánicamente relacionados con el envejecimiento son más variables en las personas de corta vida que en las excepcionalmente longevas [10].

Independientemente de los mecanismos involucrados, nuestros datos sugieren que el análisis de los cambios en la variabilidad de la esperanza de vida en respuesta a diversas intervenciones puede proporcionar información adicional sobre la naturaleza de los efectos observados.

MATERIALES Y MÉTODOS

Utilizamos datos sobre la duración de la vida de ratones individuales (edad de muerte medida en días) del ITP [4] y de estudios realizados en la Universidad del Sur de Illinois (SIU) [5-7]. En el ITP, ratones hembra y macho genéticamente heterogéneos (UM-HET3) derivados de cruces de cuatro cepas endogámicas fueron tratados con varios compuestos comenzando en la edad adulta temprana y continuando hasta que murieron o fueron sacrificados cuando se consideró que estaban moribundos. Estos estudios se realizaron en paralelo en tres instituciones colaboradoras. Tanto la extensión significativa de la longevidad como la ausencia de efectos se informaron en la literatura revisada por pares [9, 11- 15]. En la Tabla 4 se incluye una lista de los compuestos, sus acciones y el porcentaje de aumento en la mediana de la longevidad de los animales tratados, junto con referencias a publicaciones que informan datos de longevidad.

Los efectos de la farmacologíaantienvejecimientoLas intervenciones en los estudios de PTI se analizaron utilizando los datos de ratones tratados con extensión de vida documentada y controles coincidentes. Estos grupos incluyen animales tratados con acarbosa [9], aspirina [11], 17- -estradiol [9], glicina dietética [15], ácido nordihidroguaiarético [9, 11], ProtandimTM (mezcla de extractos de plantas) [14] , o rapamicina [16]. Se examinó la variación de la longevidad en relación con el tratamiento y el sexo teniendo en cuenta las diferencias en los laboratorios de pruebas [4].

Se creó un segundo conjunto de datos con datos de longevidad individual de ratones de tres experimentos separados sobre la interacción de la restricción calórica (RC) con una de las tres mutaciones que prolongan la vida [5-7]. Estos experimentos utilizaron ratones con supresión de la señalización de la hormona del crecimiento (GH) por una mutación que interfiere con la diferenciación de tres tipos de células de la hipófisis anterior que conducen al hipopituitarismo, incluida la deficiencia de GH [17, 18], la eliminación del gen de la hormona liberadora de GH (GHRH) que conduce a Deficiencia de GH [19], o deleción del gen del receptor de GH (GHR) que conduce a la resistencia a la GH [20]. Aproximadamente la mitad de los animales en cada grupo de genotipo/sexo fueron alimentados ad libitum (AL), mientras que el resto fue sujeto a restricción calórica (CR) comenzando en la edad adulta temprana alimentándolos 60 -70 por ciento de la cantidad de alimentos consumidos durante la semana anterior por edad, sexo y genotipo emparejaron ratones AL. Las mutaciones empleadas se mantuvieron sobre un fondo genético heterogéneo que era diferente para cada mutación y diferente de la composición genética de los ratones ITP. Cada una de las tres mutaciones utilizadas en estos estudios aumenta la longevidad tanto de las mujeres como de los hombres, mientras que los efectos de la CR sobre la longevidad dependían de la mutación y el sexo [5-7]. El aumento porcentual de la mediana de la longevidad en cada genotipo/sexo/grupo de dieta se enumera en la Tabla 5.

Se examinó la varianza de la longevidad en relación con diferentes grupos (genotipo, dieta y combinaciones de sexo). Intervenciones que fueron ineficaces (como CR en GHR

Tabla 5. Efectos interactivos de la restricción calórica y la supresión genética de la señalización de la hormona del crecimiento sobre la mediana de la longevidad en cada genotipo/sexo/grupo de dieta.

Hay 24 grupos: tres cepas (Ames, GHR, GHRH); dos sexos; dos dietas (CR y AL); y dos genotipos (Normal y enano o knock-out). Normal (N) indica hermanos normales de ratones mutantes.

-/- ratones) se incluyeron para tener en cuenta la posibilidad de que CR pudiera alterar la varianza sin alterar la mediana.

Realizamos todos los análisis estadísticos utilizando el software R 3.4.4 [21]. Para estudiar la relación entre la longevidad y la variación de la longevidad, calculamos la mediana de la edad de muerte de las hembras y los machos de todos los grupos de prueba disponibles. Elegimos la mediana en lugar de la media porque no podíamos suponer que la variación en la longevidad se distribuyera normalmente. Para la varianza en la longevidad, calculamos la MAD, es decir, la Median Absolute Deviation, un ajuste métrico robusto para distribuciones no normales [22]. La mediana, la MAD, la asimetría y la curtosis se calcularon con la función descrita () del paquete psych [23]. Para probar las relaciones entre longevidad y varianza, asimetría y curtosis, se aplicó la función lmer() del paquete lme4 [24] para modelos lineales de efectos mixtos, combinada con la función drop1() para el Likelihood Ratio Test (LRT). Para probar la diferencia de supervivencia entre hembras y machos se utilizó la prueba de efectos mixtos de Cox, es decir, la función foxme() del paquete foxme [25]. Como variable de efecto aleatorio, el sitio de investigación se incluyó en todos los análisis de los datos de ITP y la cepa en todos los análisis de los datos de SIU (mutaciones/RC). Los gráficos se construyeron usando diagramas de dispersión () y diagramas de densidad (), ambos del paquete de automóviles [26]. Preferimos las gráficas de densidad a las gráficas de supervivencia de Kaplan-Meier, porque muestran más claramente dónde ocurrieron las diferencias entre hembras y machos.

EXPRESIONES DE GRATITUD

Agradecemos al Dr. Richard Miller por sus comentarios y sugerencias más útiles y al Dr. Scott Pletcher por sus comentarios sobre la interpretación de nuestros hallazgos. Este trabajo fue apoyado por NIA a través del programa ITP y subvenciones AG031736, AG019899 y AG038850, y por la Asociación Estadounidense de Diabetes, subvención 1- 19-IBS-

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CONFLICTOS DE INTERÉS

Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.