Humanina

Humanina (ang. humanin, HN) to krótki peptyd, którego sekwencja kodująca znajduje się nie w genomie jądrowym, lecz w DNA mitochondrialnym, w obrębie regionu 16S rRNA (gen MT-RNR2). Ta lokalizacja jest kluczowa dla zrozumienia, dlaczego humanina wzbudza zainteresowanie badaczy starzenia: mitochondria od dawna uznaje się za jedno z centrów procesów starzeniowych, a humanina stała się jednym z pierwszych dowodów na to, że organellum to nie tylko produkuje energię, ale też wysyła do resztek komórki i do innych tkanek cząsteczki sygnałowe.

Opisywane są dwie główne formy peptydu. Forma 24-aminokwasowa o sekwencji MAPRGFSCLLLLTSEIDLPVKRRA, o masie cząsteczkowej około 2687 g/mol i wzorze C₁₁₉H₂₀₄N₃₄O₃₂S₂, jest tą, którą najczęściej stosuje się w pracach laboratoryjnych. Opisywana jest również krótsza forma 21-aminokwasowa, przypisywana translacji zachodzącej w samym mitochondrium, które korzysta z odmiennego kodu genetycznego niż cytozol. W praktyce badawczej, kiedy mówi się po prostu o humaninie, chodzi zwykle o wariant 24-aminokwasowy.

Z punktu widzenia nomenklatury humanina jest zaliczana do peptydów pochodzenia mitochondrialnego, w skrócie MDP (ang. mitochondrial-derived peptides). To klasa cząsteczek kodowanych przez krótkie otwarte ramki odczytu ukryte w sekwencjach mitochondrialnych rRNA. Humanina była pierwszą z nich, a jej odkrycie otworzyło drogę do identyfikacji kolejnych, w tym MOTS-c oraz grupy peptydów SHLP (small humanin-like peptides).

Ten przewodnik opisuje, co faktycznie wykazano w badaniach nad humaniną, a co pozostaje hipotezą. Omawia okoliczności odkrycia peptydu, jego pokrewieństwo z MOTS-c, badane mechanizmy działania, analogi HNG i S14G, obserwacje dotyczące ludzi oraz stan badań klinicznych. Treść ma charakter edukacyjny: humanina nie jest produktem leczniczym, nie podajemy tu żadnych dawek ani schematów stosowania, a wszelkie decyzje zdrowotne należy omawiać z pracownikiem ochrony zdrowia.

Humaninę opisano w 2001 roku na łamach Proceedings of the National Academy of Sciences. Pierwszym autorem pracy był Yuichi Hashimoto, a badania prowadzono w zespole Ikuo Nishimoto. Punktem wyjścia nie było poszukiwanie peptydu mitochondrialnego, lecz pytanie z zakresu neurobiologii: dlaczego w chorobie Alzheimera niektóre obszary mózgu ulegają degeneracji, a inne pozostają relatywnie zachowane.

Zespół zastosował przesiewowe badanie ekspresji funkcjonalnej biblioteki cDNA, szukając sekwencji, których wprowadzenie do komórek nerwowych chroniłoby je przed śmiercią wywołaną przez czynniki związane z chorobą Alzheimera. W ten sposób zidentyfikowano cDNA nazwane Humanin. Autorzy wykazali, że kodowany przez nie krótki polipeptyd znosi śmierć komórek nerwowych indukowaną przez szerokie spektrum genów rodzinnej postaci choroby Alzheimera oraz przez samo beta-amyloid. Opisali też, że transfekowane cDNA ulega transkrypcji do odpowiedniego polipeptydu, który następnie jest wydzielany do pożywki hodowlanej.

Dwa elementy tego odkrycia okazały się trwale istotne. Pierwszy to sam fakt wydzielania: peptyd nie działał wyłącznie wewnątrz komórki, w której powstał, co od początku sugerowało rolę sygnałową o zasięgu szerszym niż jedna komórka. Drugi to późniejsze ustalenie, że sekwencja kodująca znajduje się w mitochondrialnym 16S rRNA, a nie w genomie jądrowym. To przesunęło humaninę z kategorii ciekawostki neuroprotekcyjnej do kategorii cząsteczki sygnałowej pochodzenia mitochondrialnego.

Warto zaznaczyć, na czym dokładnie polegał eksperyment z 2001 roku. Były to badania na modelach komórkowych, a nie na ludziach. Wykazano, że peptyd chroni neurony w warunkach hodowli przed określonymi bodźcami toksycznymi. Nie wykazano, że podanie humaniny leczy chorobę Alzheimera, zapobiega jej ani wpływa na jej przebieg u pacjentów. To rozróżnienie pozostaje aktualne po ponad dwóch dekadach badań i jest podstawą ostrożnego czytania całej późniejszej literatury na temat tego peptydu.

Odkrycie humaniny doprowadziło do systematycznego przeszukiwania genomu mitochondrialnego w poszukiwaniu kolejnych krótkich ramek odczytu. Najbardziej znanym rezultatem tych poszukiwań jest MOTS-c, peptyd o 16 aminokwasach opisany przez zespół Changhana Lee i Pinchasa Cohena w Cell Metabolism w 2015 roku. Autorzy wykazali, że MOTS-c reguluje szlak kwasu folianowego i metabolizm jednowęglowy, podnosi wewnątrzkomórkowe stężenie AICAR, aktywuje sygnalizację AMPK oraz że u myszy zapobiega przyrostowi masy ciała i insulinooporności indukowanym dietą wysokotłuszczową.

Różnica między tymi dwoma peptydami jest konkretna i warto o niej pamiętać, ponieważ bywa zacierana w materiałach popularyzatorskich. Humanina jest kodowana w regionie 16S rRNA, a MOTS-c w regionie 12S rRNA. To dwa osobne peptydy o odmiennych sekwencjach, odmiennych preferencjach tkankowych i odmiennych opisanych szlakach sygnałowych: dla MOTS-c dominującym motywem badawczym jest AMPK i mięśnie szkieletowe, dla humaniny sygnalizacja STAT3 i hamowanie apoptozy. Szersze porównanie tych profili znajduje się w naszym przewodniku po MOTS-c oraz w analizie Klow kontra MOTS-c.

Rodzina MDP nie ogranicza się do tych dwóch cząsteczek. W 2016 roku Laura Cobb i współpracownicy opisali, poza humaniną, sześć dodatkowych peptydów kodowanych w tym samym regionie 16S rRNA, nazwanych SHLP (small humanin-like peptides), czyli małe peptydy humaninopodobne. Praca ta skupiła się na SHLP2 i SHLP3, ponieważ wykazywały działanie zbliżone do humaniny: zmniejszały apoptozę i wytwarzanie reaktywnych form tlenu oraz poprawiały parametry metabolizmu mitochondrialnego w warunkach in vitro.

Humaniny nie należy natomiast mylić z peptydami kierowanymi do mitochondriów, które projektuje się chemicznie. Dobrym przykładem takiego odmiennego podejścia jest SS-31, cząsteczka syntetyczna zaprojektowana tak, aby gromadzić się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Humanina to peptyd endogenny, kodowany przez własne mtDNA organizmu, a SS-31 to związek zewnętrzny celujący w mitochondrium. Wspólny jest tylko obszar zainteresowania, nie pochodzenie ani mechanizm.

Najlepiej udokumentowanym mechanizmem humaniny jest hamowanie apoptozy na poziomie białka BAX. W 2003 roku Bingbing Guo i współpracownicy opublikowali w Nature pracę pokazującą, że humanina działa ochronnie poprzez interferencję z aktywacją BAX i hamowanie apoptozy zależnej od tego białka. BAX jest w komórce kluczowym wykonawcą przepuszczalnienia zewnętrznej błony mitochondrialnej, czyli etapu, po którym komórka zwykle nieodwracalnie wchodzi na drogę śmierci.

Późniejsze prace biofizyczne uszczegółowiły ten obraz. W 2019 roku Daniel Morris i współpracownicy opisali w Journal of Biological Chemistry, że humanina i BAX mogą wspólnie tworzyć włókna in vitro: BAX ulega przebudowie struktury drugo- i trzeciorzędowej i zostaje wbudowany we włókno, przy czym istotną rolę w procesie fibrylacji odgrywa jego C-końcowa helisa wiążąca błonę. Autorzy interpretują to jako potencjalny mechanizm sekwestracji BAX, która mogłaby zapobiegać przepuszczalnieniu błony mitochondrialnej.

Drugi powracający motyw mechanistyczny to sygnalizacja STAT3. W literaturze opisywano wiązanie humaniny z trimerycznym kompleksem receptorowym obejmującym CNTFR, WSX-1 i gp130, a także interakcje z receptorem rodziny formylopeptydowej oraz, wewnątrzkomórkowo, z IGFBP-3. Ta różnorodność opisanych partnerów molekularnych jest jednym z powodów, dla których działanie humaniny trudno sprowadzić do jednego prostego szlaku i dla których należy ostrożnie podchodzić do uproszczonych wyjaśnień.

Wspólnym mianownikiem tych obserwacji jest cytoprotekcja w warunkach stresu, a nie stymulacja wzrostu czy zwiększanie wydajności komórki w warunkach prawidłowych. W większości modeli humanina jest badana jako czynnik modulujący odpowiedź na bodziec szkodliwy: toksyczność beta-amyloidu, niedotlenienie, stres oksydacyjny, deprywacja czynników wzrostu. Jest to istotna różnica interpretacyjna w porównaniu z peptydami anabolicznymi.

Należy też podkreślić granicę poznawczą tych danych. Opisane mechanizmy pochodzą w przeważającej części z układów bezkomórkowych, linii komórkowych i modeli zwierzęcych. Mechanizm wykazany w probówce lub w hodowli nie dowodzi, że ten sam proces zachodzi w istotnym stopniu u człowieka po podaniu peptydu z zewnątrz, ani że byłby korzystny.

Neuroprotekcja to historycznie pierwszy i najobszerniej badany kierunek. Praca z 2001 roku wykazała, że humanina znosi śmierć komórek nerwowych wywołaną przez szerokie spektrum genów rodzinnej choroby Alzheimera oraz przez beta-amyloid, co stanowiło punkt wyjścia dla kolejnych dwudziestu lat badań w modelach choroby Alzheimera, niedokrwienia mózgu i stresu oksydacyjnego w neuronach.

Jednym z częściej cytowanych badań zwierzęcych jest praca Zhanga i współpracowników opublikowana w Pharmacology, Biochemistry and Behavior, dotycząca analogu S14G-humaniny u myszy transgenicznych APPswe/PS1dE9 w średnim wieku. Autorzy raportowali poprawę deficytów poznawczych oraz zmniejszenie patologii amyloidowej u leczonych zwierząt. Jest to model genetyczny amyloidozy, a nie model pełnoobjawowej choroby Alzheimera u człowieka, co ogranicza możliwość przenoszenia wniosków.

Bardziej aktualny zestaw danych pochodzi z pracy Kelvina Yen i współpracowników opublikowanej w Scientific Reports w 2018 roku. Autorzy wykazali, że humanina działa neuroprotekcyjnie w ludzkich modelach hodowli komórkowych i że podanie peptydu wystarcza do poprawy funkcji poznawczych u starych myszy. W tej samej pracy zidentyfikowano polimorfizm rs2854128 w regionie mtDNA kodującym humaninę, powiązany z obniżonym krążącym stężeniem peptydu, a ten wariant wiązał się z przyspieszonym starzeniem poznawczym u osób starszych.

Ustalenie genetyczne z 2018 roku jest ważne, ponieważ pokazuje istnienie korelacji po stronie ludzkiej, ale jego natura pozostaje korelacyjna. Związek między wariantem genetycznym, niższym stężeniem peptydu i szybszym spadkiem funkcji poznawczych nie dowodzi, że podawanie humaniny z zewnątrz odwróciłoby ten proces. Dowodu takiego mogłoby dostarczyć jedynie interwencyjne badanie kliniczne, którego dotąd nie przeprowadzono.

Z perspektywy czytelnika praktyczny wniosek brzmi: sygnał neuroprotekcyjny jest w literaturze przedklinicznej spójny i powtarzalny w wielu niezależnych modelach, natomiast u ludzi nie został przetestowany. Historia badań nad chorobą Alzheimera zawiera wiele cząsteczek o przekonujących danych zwierzęcych, które nie potwierdziły się w badaniach klinicznych, i humanina pozostaje w tej chwili na etapie przed tym testem.

Drugi duży kierunek badawczy wyrósł z obserwacji epidemiologicznego związku między insulinoopornością a chorobą Alzheimera. W 2009 roku Radhika Muzumdar i współpracownicy opublikowali w PLoS One pracę zatytułowaną Humanin: A Novel Central Regulator of Peripheral Insulin Action, w której sprawdzali, czy peptyd opisany wcześniej jako neuroprotekcyjny wpływa także na gospodarkę glukozową.

Badanie przeprowadzono na gryzoniach, z ciągłym wlewem humaniny podawanym bezpośrednio do komór mózgu, czyli drogą dokomorową. Autorzy raportowali istotną poprawę ogólnoustrojowej wrażliwości na insulinę, obejmującą zarówno komponentę wątrobową, czyli zmniejszenie produkcji glukozy przez wątrobę, jak i obwodową, czyli zwiększenie wychwytu glukozy w tkankach. Efekt ten wiązał się z aktywacją sygnalizacji STAT3 w podwzgórzu.

Droga podania jest tu istotnym szczegółem metodologicznym, a nie przypisem. Wlew dokomorowy pozwala wykazać, że mechanizm jest ośrodkowy, czyli że mózg pośredniczy w obwodowym efekcie metabolicznym. Jednocześnie oznacza, że eksperyment ten nie mówi nic o tym, co stałoby się po podaniu peptydu obwodowo u człowieka, gdzie pokonanie bariery krew-mózg i stabilność peptydu w krążeniu stanowią osobne, nierozwiązane problemy farmakokinetyczne.

Kierunek metaboliczny rozwijano dalej. W pracy Yena i współpracowników z czasopisma Aging z 2020 roku podawanie myszom w średnim wieku silnego analogu humaniny HNG dwa razy w tygodniu poprawiało parametry metabolicznej długości zdrowego życia i obniżało markery zapalne. Autorzy wykazali także, że u Caenorhabditis elegans nadekspresja humaniny wystarcza do wydłużenia długości życia, przy czym efekt ten zależy od szlaku daf-16/FOXO, czyli jednego z klasycznych szlaków regulujących długowieczność.

Podsumowując ten blok danych: w modelach zwierzęcych humanina i jej analogi wykazują spójny profil korzystnego wpływu na parametry metaboliczne. Jest to jednak obraz zbudowany z badań na gryzoniach i nicieniach, często przy drogach podania niemających odpowiednika w praktyce klinicznej. Nie istnieją dane kliniczne pozwalające twierdzić, że humanina poprawia wrażliwość na insulinę u ludzi.

W pracach przedklinicznych stosunkowo rzadko stosuje się samą humaninę natywną. Dominującym narzędziem badawczym jest analog HNG, powstający przez zamianę seryny w pozycji 14 na glicynę. Wymaga to wyjaśnienia terminologicznego, ponieważ bywa źródłem nieporozumień: HNG i S14G-humanina to ta sama cząsteczka, opisywana dwiema konwencjami nazewniczymi. S14G wskazuje na konkretne podstawienie aminokwasowe, a HNG jest skrótem używanym w tekstach biologicznych.

Modyfikacja ta pochodzi z pierwotnych badań nad sekwencją peptydu i okazała się nieoczekiwanie istotna. W testach neuroprotekcyjnych in vitro raportowano dla S14G-humaniny aktywność biologiczną rzędu tysiąckrotnie wyższą niż dla peptydu macierzystego. Liczba ta dotyczy określonych układów komórkowych i nie powinna być odczytywana jako ogólny współczynnik siły działania we wszystkich modelach, ani tym bardziej jako wskazówka co do jakiejkolwiek skali podania.

Przyczyna wzrostu aktywności po tak minimalnej zmianie nie jest definitywnie rozstrzygnięta. Proponowane wyjaśnienia odwołują się do większej elastyczności konformacyjnej środkowego odcinka peptydu, co miałoby ułatwiać przyjęcie korzystniejszej konformacji w interakcji z partnerami receptorowymi. Niezależnie od wyjaśnienia, konsekwencja praktyczna dla czytelnika literatury jest konkretna: duża część cytowanych efektów humaniny u zwierząt została faktycznie uzyskana z użyciem analogu, a nie peptydu natywnego.

Opisano również inne warianty i pochodne, w tym peptydy antagonistyczne zaburzające dimeryzację oraz formy o zmodyfikowanej stabilności. Żaden z tych analogów nie przeszedł jednak etapu badań klinicznych. Wszystkie pozostają odczynnikami badawczymi, a nie kandydatami na leki o potwierdzonym profilu skuteczności i bezpieczeństwa u ludzi.

Najczęściej powtarzana teza o humaninie brzmi, że jej poziom spada z wiekiem. Teza ta ma oparcie w danych, ale wymaga istotnego uściślenia. W pracy Yena i współpracowników z 2020 roku autorzy stwierdzają, że u wielu gatunków poziomy humaniny generalnie obniżają się z wiekiem, przy czym pozostają zaskakująco stabilne u golca piaskowego, gatunku traktowanego jako model znikomego starzenia. Raportowano między innymi spadek u makaków rezusów oraz obniżenie poziomów u myszy w pierwszych miesiącach życia.

W tej samej pracy przytaczana jest też obserwacja dotycząca ludzi: u potomstwa stulatków, czyli osób o podwyższonym prawdopodobieństwie dożycia bardzo zaawansowanego wieku, krążące stężenia humaniny opisano jako wyraźnie wyższe niż u osób kontrolnych dobranych pod względem wieku. Obserwacja ta jest jednym z głównych argumentów za powiązaniem peptydu z długowiecznością.

Istnieją jednak dane, które układają się w przeciwnym kierunku, i uczciwy przegląd literatury musi je uwzględnić. Maria Conte i współpracownicy przeanalizowali stężenia osoczowe trzech mitokin, czyli FGF21, GDF15 i humaniny, w grupie 693 osób w wieku od 21 do 113 lat. Poziomy wszystkich trzech cząsteczek były podwyższone w starszym wieku, z najwyższymi wartościami u stulatków. Co więcej, autorzy wiązali wyższe stężenia z pogorszeniem części parametrów, takich jak siła uścisku dłoni, wrażliwość na insulinę i stężenie triglicerydów, szczególnie w grupie siedemdziesięciolatków, a w grupie najstarszej stężenia te korelowały odwrotnie z przeżyciem.

Taka rozbieżność nie jest w biologii starzenia niczym wyjątkowym i ma prawdopodobne wyjaśnienia. Wzrost stężenia mitokiny może odzwierciedlać nie tyle rezerwę ochronną, ile nasilenie stresu mitochondrialnego, który tę mitokinę wywołuje. Różnice mogą też wynikać z metod oznaczania, doboru populacji i tego, która forma peptydu jest mierzona. W praktyce oznacza to, że humanina nie jest obecnie zwalidowanym biomarkerem wieku biologicznego, a interpretacja pojedynczego wyniku jej stężenia nie ma ustalonego znaczenia klinicznego.

Dla czytelników zainteresowanych tym, jak humanina wypada na tle innych cząsteczek badanych w kontekście starzenia, kontekst porównawczy znajduje się w zestawieniu peptydów badanych w obszarze anti-aging. Warto podchodzić do takich przeglądów z tym samym zastrzeżeniem: obecność w literaturze przedklinicznej nie jest równoznaczna ze skutecznością u ludzi.

Odpowiedź na pierwsze pytanie jest jednoznaczna. Nie opublikowano żadnego interwencyjnego badania klinicznego, w którym humanina lub jej analog, taki jak HNG, byłyby podawane ludziom w celu oceny skuteczności i bezpieczeństwa. Po ponad dwudziestu latach od odkrycia peptyd pozostaje przedmiotem badań podstawowych i przedklinicznych.

Istnieją natomiast badania obserwacyjne u ludzi, i rozróżnienie tych dwóch kategorii jest kluczowe. W rejestrach badań klinicznych można znaleźć projekty, które mierzą endogenne stężenia humaniny jako biomarker w określonych populacjach, na przykład w kontekście zespołu policystycznych jajników i wyników procedur wspomaganego zapłodnienia. W takich badaniach nikomu nie podaje się peptydu: oznacza się to, co organizm wytwarza samodzielnie, i sprawdza korelacje. Takie prace mogą generować hipotezy, ale nie odpowiadają na pytanie, czy podanie humaniny przynosi jakąkolwiek korzyść.

Z punktu widzenia regulacyjnego humanina nie jest zatwierdzona ani przez FDA, ani przez EMA do jakiegokolwiek wskazania u ludzi. Nie jest lekiem, nie jest suplementem diety dopuszczonym do obrotu w Unii Europejskiej i nie posiada zatwierdzonego profilu bezpieczeństwa. Materiały oferowane na rynku są oznaczane jako przeznaczone wyłącznie do celów badawczych, co oznacza brak standardów jakości wymaganych dla produktów stosowanych u ludzi: brak gwarancji czystości, tożsamości, jałowości i braku endotoksyn.

Status prawny posiadania i obrotu takimi substancjami różni się między jurysdykcjami i może się zmieniać. W wielu krajach podawanie człowiekowi substancji o statusie badawczym poza zatwierdzonym badaniem klinicznym jest niedozwolone. Niezależnie od przepisów, sportowcy objęci przepisami antydopingowymi powinni pamiętać, że peptydy i czynniki wzrostu podlegają regulacjom WADA, a status konkretnej substancji należy weryfikować w aktualnej liście zabronionej.

Z tego powodu w tym przewodniku nie znajdują się żadne dawki, drogi podania, czasy stosowania ani schematy łączenia z innymi substancjami. Nie jest to pominięcie redakcyjne, lecz konsekwencja stanu wiedzy: nie istnieją dane kliniczne, z których można byłoby odpowiedzialnie wyprowadzić jakikolwiek protokół dla ludzi.

Pierwszym ograniczeniem jest struktura dowodów. Praktycznie cała wiedza o efektach humaniny pochodzi z linii komórkowych, układów bezkomórkowych, nicieni i gryzoni. Takie modele dobrze służą do rozpoznawania mechanizmów, lecz historycznie słabo przewidują wyniki u ludzi, zwłaszcza w obszarach neurodegeneracji i metabolizmu, gdzie liczba cząsteczek obiecujących u myszy i nieskutecznych u pacjentów jest bardzo duża.

Drugie ograniczenie dotyczy farmakologii. Humanina jest krótkim peptydem, a peptydy bez modyfikacji mają w krążeniu okres półtrwania mierzony zazwyczaj w minutach. W części kluczowych badań metabolicznych peptyd podawano bezpośrednio do komór mózgu, co pozwala wykazać mechanizm, ale nie odpowiada żadnej realistycznej drodze podania u człowieka. Pytania o biodostępność, przenikanie do mózgu i dystrybucję tkankową po podaniu obwodowym pozostają otwarte.

Trzecie ograniczenie wynika z samej natury badanego mechanizmu. Hamowanie apoptozy jest korzystne, gdy ginie neuron, którego potrzebujemy. To samo działanie przestaje być oczywiście korzystne w kontekście komórek, które powinny zostać usunięte, co dotyczy między innymi onkologii. Humanina i jej analogi były opisywane w kontekście różnych typów nowotworów, w tym w zgłoszeniach patentowych, a to oznacza, że kierunek biologicznego oddziaływania w tej dziedzinie nie jest jednoznacznie ustalony. Jest to jeden z powodów, dla których systemowe hamowanie apoptozy u człowieka wymagałoby bardzo starannej oceny bezpieczeństwa.

Czwarte ograniczenie to brak jakichkolwiek danych o bezpieczeństwie u ludzi. Nie znamy profilu działań niepożądanych, nie znamy immunogenności, nie znamy interakcji z lekami i nie znamy skutków długotrwałej ekspozycji. Stwierdzenie, że substancja jest bezpieczna, wymaga danych. W przypadku humaniny takich danych nie ma, a brak zgłoszonych działań niepożądanych w sytuacji braku badań klinicznych nie jest informacją o bezpieczeństwie.

Zastrzeżenie medyczne. Ten artykuł ma charakter wyłącznie edukacyjny i informacyjny. Humanina jest peptydem badawczym, który nie został zatwierdzony do stosowania u ludzi przez FDA, EMA ani inne organy regulacyjne. Treść nie stanowi porady medycznej, nie zawiera dawek ani protokołów i nie powinna być wykorzystywana do podejmowania decyzji dotyczących zdrowia. W razie pytań o zdrowie mitochondrialne, funkcje poznawcze lub gospodarkę glukozową należy skonsultować się z lekarzem lub innym wykwalifikowanym pracownikiem ochrony zdrowia. Status prawny substancji badawczych różni się w zależności od kraju i podlega zmianom.