ПИЩЕВЫЕ СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ДОЛГОЛЕТИЯ
FOOD SYSTEMS AND LONGEVITY ENHANCEMENT METHODS

Эта заявка является продолжением предварительной заявки US 60/764056, поданной 1 февраля 2006 г., содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области поддержания здоровья и долголетия у животных с помощью питания. В частности, изобретение предоставляет пищевые составы и способы имитации физиологических, биохимических воздействий и воздействий на экспрессию генов ограничения калорийности (энергетической ценности) без изменения пищевого рациона.
Предшествующий уровень техники
Различные публикации, включая патенты, опубликованные заявки и научные статьи, цитируются по ходу описания. Каждая из этих публикаций включена в настоящее описание в качестве ссылки.
Показано, что ограничение калорийности рациона значительно ниже уровней ad libitum увеличивает продолжительность жизни, уменьшает или замедляет наступление многих связанных с возрастом состояний, улучшает устойчивость к стрессу и замедляет функциональные ухудшения у многих видов животных, включая млекопитающих, например грызунов и приматов (см., например, D.K.Ingram et al. (2004) Ann. N.Y. Acad. Sci. 1019: 412-423). Действительно, начаты клинические испытания для оценки способствующих долголетию воздействий ограничения калорийности (ОК) у людей. Но у людей, как и у животных, представляется маловероятным, что ОК является жизнеспособной стратегией для увеличения долголетия для большинства индивидуумов из-за степени и продолжительности необходимого ограничения. По этой причине исследования сосредоточены на идентификации веществ, например фармацевтических агентов, питательных веществ и т.п., способных имитировать действие ОК без заметного изменения пищевого рациона.
Усилия исследователей направлены на идентификацию агентов, которые могут имитировать одно или более из физиологических или биохимических воздействий ОК (см, например Ingram et al., 2004, supra) или которые могут имитировать профиль экспрессии генов, наблюдаемый при ОК, в определенных тканях и органах (например, Spindler, US патент №6406853; US патентная публикация №2003/0124540). В связи с последним описаны способы, имеющие целью анализ генов, связанных с ОК, и проведение скрининга на миметики ОК, основанного на определении профилей экспрессии генов (Spindler et al., US патентные публикации 2004/0180003,2004/0191775 и 2005/0013776).
Например, в различных исследованиях было обнаружено, что ОК проявляет одно или более из следующих воздействий: (1) уменьшение окислительного стресса и окислительного повреждения (например, Weindruch, Scientific American Jan. 1996, 46-52); (2) уменьшение повреждения из-за гликирования (Novelli et al. (1998), J. Gerontol. A. Biol. Sci. Med. Sci. 53: B94-101); (3) понижение веса тела и содержания жира в организме (Bertrand et al. (1980), J. Gerontol. 35:827-835); (4) повышение чувствительности к инсулину и понижение уровней глюкозы и инсулина в крови (Lane et al. (1995), Am. J. Physiol. 268: E941-E948; Kemnitz et al. (1994), Am. J. Physiol. 266:E540-E547); (5) снижение хронического воспаления (Chung et. Al. (2002), Microsc. Res. Tech. 59:264-272). В этой связи было показано, что введение длинноцепочечных свободных жирных кислот, например пальмитиновой и олеиновой кислот и их производных с КоА, может имитировать действие ОК на один или более биохимический показатель (Chacon, U.S. Patent Publication № 2002/0173450). Показано, что карнозин (β-аланил-L-гистидин) присутствует в тканях долгожителей и способствует замедлению старения посредством своего действия в качестве антиоксиданта, гасителя свободных радикалов и агента, защищающего от гликирования (Hipkiss (1998), Int. J. Cell Biol. 30: 863-868; Hipkiss & Brownson (2000), Cell Mol. Life Sci. 57: 747-753).
Pitha et al., (U.S. патент №2002/0035071) показали, что благоприятный биологический результат, связанный с ОК, можно получить путем применения агента, который блокирует метаболизм глюкозы, например, 2-дезокси-D-глюкозы, 5-тио-D-глюкозы, манногептулозы, 3-O-метилглюкозы, 1,5-ангидро-D-глюцитола или 2,5-ангидро-D-маннита.
Malnoe et al. (WO 02/071874; U.S. патент №2005/0100617) описывают состав пищи для введения млекопитающим, который способен направленно имитировать эффекты ОК на экспрессию генов. Композиция содержит антиоксидант и вещество, стимулирующее энергетический метаболизм, например карнитин или производное карнитина.
Young et al. (WO 01/17366) описывают способ увеличения долголетия престарелых домашних питомцев путем введения пищевого состава, содержащего источник кальция, антиоксидант и при необходимости пребиотики или пробиотический микроорганизм, источник цинка и глютамин.
Cupp et al., (US патент 2005/0123643) также описывают способ продления долголетия престарелых домашних питомцев путем введения пищевого состава, содержащего смесь масел, антиоксидант, источник линолевой кислоты и при необходимости пребиотики, такие как инулин или фруктоолигосахариды.
Несмотря на доступность способов и агентов, описанных выше, сохраняется потребность в способах и составах, которые могут имитировать воздействия ОК без требования к индивидуумам значительно изменить калорийность их рациона.
Сущность изобретения
Один аспект изобретения представляет пищевой состав (диету), включающий по меньшей мере три ингредиента, каждый из которых попадает в одну отличную из пяти категорий ингредиентов, которые улучшают долголетие путем имитации способствующих долголетию эффектов ограничения калорийности, каковыми категориями являются: (а) антиоксиданты; (б) агенты, защищающие от гликирования; (в) агенты для уменьшения веса тела или жира организма; (г) агенты, способствующие высокой чувствительности к инсулину или низкому уровню инсулина или глюкозы в крови; (д) противовоспалительные агенты.
В определенных осуществлениях антиоксиданты являются водорастворимыми веществами, которые могут включать, например, одно или более вещество как витамин С, полифенолы, проантоцианидины, антоцианины, биофлафоноиды, источник селены (например, один или более из селенита натрия, селената натрия или L-селенометионина), α-липоевая кислота, глютатион, катехин, эпикатехин, эпигаллокатехин, эпигаллокатехин галлат, эпикатехин галлат или цистеин. В других осуществлениях антиоксидантами являются жирорастворимые вещества, которые могут включать, например, одно или более из таких веществ, как витамин Е, γ-токоферол, α-каротин, β-каротин, лютеин, зеаксантин, ретиналь, астаксантин, криптоксантин, природные смешанные каротиноиды, ликопен или ресвератрол. В другом осуществлении состав сдержит как жирорастворимые, так и водорастворимые антиоксиданты, например витамин Е, витамин С, природные каротиноиды, источник селена и ликопен.
Агенты, направленные против гликирования, могут включать одно или более вещество, выбранное из карнозина или аминогуанидина. Агенты для уменьшения веса тела или жира могут включать одно или более вещество, выбранное из конъюгированной линолевой кислоты, L-карнитина, ацетил-L-карнитина, пирувата, полиненасыщенных жирных кислот, жирных кислот со средним размером цепи, триглицеридов со средним размером цепи или соевых изофлавонов и их метаболитов. Агенты, способствующие высокой чувствительности к инсулину, могут включать один или более компонентов, выбранных из источников хрома, корицы, коричного экстракта, полифенолов из корицы и ведьминого ореха (гамамелиса), экстракт плодов кофе, хлорогеновой кислоты, кофейной кислоты, источника цинка или экстракта виноградных косточек.
Противоспалительные агенты могут включать один или более компонентов, выбранных из источников ω-3-жирных кислот или источника куркумина. В отдельном осуществлении источником ω-3-жирной кислоты может быть по меньшей мере одна из α-линоленовой кислоты, эйкозапентаеноевой кислоты, докозапентаеноевой кислоты, докозагексаеноевой кислоты, льняного семени, льняного масла, грецких орехов, масла канола, зародышей пшеницы или рыбьего жира. В другом конкретном осуществлении источником куркумина является (1,7-бис-(4-гидрокси-3-метоксифенил)-гепта-1,6-диен-3,5-дион; 1-(4-гидроксифенил)-7-(4-гидрокси-3-метоксифенил)-гепта-1,6-диен-3,5-дион; 1,7-бис-(4-гидроксифенил)-гепта-1,6-диен-3,5-дион, деметоксикуркумин или бисдеметоксикуркумин.
В отдельных осуществлениях состав включает по меньшей мере один ингибитор повреждения из-за гликилирования, по меньшей мере один агент для понижения веса тела и жира и по меньшей мере один агент, способствующий высокой чувствительности к инсулину и низким уровням инсулина и глюкозы в крови. Такие составы могут дополнительно включать по меньшей мере один противовоспалительный агент.
В других осуществлениях состав включает по меньшей мере один антиоксидант и по меньшей мере один противовоспалительный агент.
Другой аспект изобретения характеризует композицию, являющуюся продуктом питания животного, пищевой добавкой или продуктом питания человека, включающим составы, приведенные выше. В некоторых осуществлениях продукт питания животного или пищевая добавка входят в состав рецептуры для употребления животными спутниками человека, в частности собаками или кошками.
Другой аспект изобретения характеризует способ увеличения долголетия у животных, включающий введение животному композиции, включающей пищевые составы, как описано выше, в количестве, эффективном для увеличения долголетия животного. В отдельных осуществлениях животное является спутником человека, в частности собакой или кошкой. В отдельных осуществлениях композицию вводят как часть режима питания, например, один или более раз в день, один или более раз в неделю, один или более раз в месяц. Введение может предназначаться для любого отрезка времени, считающегося эффективным, например для одной недели, одного месяца, трех месяцев или года или более, достигая продолжительности жизни животного.
Другой аспект изобретения характеризует применение пищевых составов, как описано выше, для приготовления состава для увеличения долголетия животного. В отдельных осуществлениях животное является спутником человека, в частности собакой или кошкой.
Другие характеристики и преимущества изобретения будут понятны из фигур, раскрытия изобретения и примеров, приведенных ниже.
Краткое описание фигур
Фигура 1 представляет веса животных, получавших пищевые составы или ОК. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201 LE) или тестируемой диеты (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901 LF). Через 11 месяцев кормления мыши, содержащиеся на двух тестируемых диетах, содержащих смесь II (201LB и 201LD), снижали вес тела до уровня, сравнимого с таковым у мышей, содержавшихся на диете ОК, без уменьшения потребления пищи.
Фигура 2 представляет изменения веса тела (ВТ), вес очищенного скелета (ВОС) или общий вес жировой прослойки у животных, содержавшихся на диетах или при ограничении калорийности. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201LE) или тестируемых диет (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901 LF). Через 11 месяцев кормления у мышей, содержавшихся на двух тестируемых диетах, содержащих смесь II (201LB и 201LD), вес тела и вес очищенного скелета сравнимы с таковыми у мышей на ОК (верхняя панель), тогда как общий вес жировой прослойки у мышей, содержавшихся на двух тестируемых диетах, содержащих смесь II (201LB и 201LD), на 50% меньше, чем у мышей на диете ОК (нижняя панель).
Фигура 3 представляет концентрации малонилдиальдегида (МДА) и 4-гидроксиалкеналей (4-ГДА) у животных, содержавшихся на соответствующих диетах или при ОК. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201 LE) или тестируемых диет (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901 LF). Через 11 месяцев кормления концентрации продуктов перекисного окисления липидов в мышцах (МДА и 4-ГДА) самые высокие у мышей, которым давали тестируемую диету, содержащую смеси I+III, за ними следуют показатели у мышей на контрольной диете. Тестируемая диета, содержащая только смесь I, приводит к уменьшению МДА и 4-ГДА по сравнению с мышами при ОК. Две тестируемые диеты (201LB и 201LD) приводят к дальнейшему понижению МДА и 4-ГДА в мышцах до уровней ниже таковых у молодых мышей.
Фигура 4 представляет направленное против старения действие (% по сравнению с контролем) на экспрессию генов. Самцам мышей среднего возраста (С57 В1/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201 LE) или тестируемой диеты (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901 LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. Средние воздействия, направленные против старения, рассчитывают для каждой тестируемой диеты и для ОК. Например, при значении p ниже 0,01 в общей сложности 431 ген подвергнут действию старения, и ОК предотвращает эти индуцированные старением изменения экспрессии генов в среднем на 43%. Пищевые смеси I, I+II, I+III и I+II+III предотвращают такие индуцированные старением изменения экспрессии генов в среднем на 29, 27, 24 и 30%, соответственно. Сходные воздействия против старения наблюдаются как для ОК, так и для пищевых составов при p<0,05, когда в общей сложности 1530 генов подвергаются воздействию старения.
Фигура 5 представляет направленное против старения воздействие (% по сравнению с контролем) на экспрессию генов, связанных с апоптозом. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201 LE) или тестируемой диеты (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901 LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. Среднее воздействие, направленное против старения на подвергшиеся действию старения гены, связанные с апооптозом, рассчитывают для каждой тестируемой диеты и для ОК при значении p<0,01 или 0,05.
Фигура 6 представляет направленное против старения действие (% по сравнению с контролем) на экспрессию генов, связанных с ответом на стресс. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201 LE) или тестируемой диеты (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. Среднее действие против старения на подвергшиеся старению гены, включенные в ответ на стресс, рассчитывают для каждой тестируемой диеты и для ОК при значении p<0,01 или 0,05.
Фигура 7 представляет направленное против старения действие (% по сравнению с контролем) на экспрессию генов, связанных с воспалительным ответом. Самцам мышей среднего возраста (С57В 1/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201LE) или тестируемой диеты (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. Среднее действие против старения на подвергшиеся старению гены, включенные в воспалительный ответ, рассчитывают для каждой тестируемой диеты и для ОК при значении p<0,01 или 0,05.
Фигура 8 представляет интенсивности сигналов микроматрицы для экспрессии гена субстрата-1 инсулинового рецептора (IRS-I). Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201LE) или тестируемой диеты (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. Интенсивности сигнала IRS-I определяют с помощью микроматрицы для мышечной ткани у мышей, которых кормили каждой из пищевых составов, и у мышей, которых кормили в режиме ограничения калорийности, и сравнивают с интенсивностями сигналов IRS-I в мышечной ткани контрольных молодых и старых мышей.
Фигура 9 представляет направленное против старения действие (% по сравнению с контролем) на экспрессию гена субстрата-1 инсулинового рецептора. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201 LE) или тестируемой диеты (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. Среднее действие против старения на индуцированное старением уменьшение IRS-I рассчитывают для каждой тестируемой диеты и для ОК при значении p<0,01. ОК полностью (100%) предотвращает индуцированное старением понижение экспрессии гена IRS-I в скелетной мышце, за этим следует смесь I+II (78%).
Фигура 10 представляет сводку связанных со старением изменений экспрессии генов в жировой ткани. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201 LE) или тестируемой диеты (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, т.е. с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. Связанные с возрастом изменения экспрессии генов в белой жировой ткани мышей суммированы.
Фигура 11 представляет сводку воздействий диет на связанные с возрастом изменения экспрессии генов. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201 LE) или тестируемой диеты (20lLA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. Приведено процентное содержание генов, подверженных действию старения, в ткани белого жира мышей, экспрессия которых замедляется под действием ОК или пищевых составов. При р<0,01 ОК замедляет экспрессию 23% генов, подверженных влиянию старения, за этим следует смесь I и смеси I+II (15%). При p<0,05 ОК замедляет экспрессию 42% генов, подверженных влиянию старения, за этим следует смесь I+II (31%), смесь I (27%), смесь I+III (27%) и смеси I+II+III (22%). Все тестируемые составы обычно замедляют от 0,5 (р<0,01) до 1,5% (р<0,05) генов, подверженных влиянию старения.
Фигура 12 является графиком, показывающим способность ограничения калорийности (ОК) замедлять связанные с возрастом изменения экспрессии генов. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201LE) или тестируемой диеты (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и 201LD = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (OK) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов в белой жировой ткани у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. В общей сложности 643 гена значительно изменены с возрастом при р<0,01. Из этого набора «стареющих генов» 281 ген изменяется при ограничении калорийности (ОК) с р<0,05, и ОК предотвращает связанные с возрастом изменения у 272 из 281 генов. На графике ось абсцисс представляет количество раз изменения с возрастом и ось ординат представляет количество раз изменения с ОК. Темные кружки представляют гены, где изменение экспрессии при ОК значительное с р<0,01; светлые кружки представляют гены, где изменение экспрессии при ОК значительное с р<0,05.
Фигура 13 является графиком, показывающим способность диеты А замедлять связанные с возрастом изменения экспрессии генов. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201LE) или тестируемой диеты (201LA = смесь 1, 201LB = смесь I+II, 201LC = смеси I+III и диета D = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов в белой жировой ткани у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. В общей сложности 643 гена значительно изменены с возрастом с р<0,01. Из этого набора «стареющих генов» 187 генов изменяются при диете А с р<0,05, и диета А предотвращает связанные с возрастом изменения у 178 из 187 генов. На графике ось абсцисс представляет количество раз изменения с возрастом, ось ординат представляет количество раз изменения при диете А. Темные кружки представляют гены, где изменение экспрессии при диете А значительное с р<0,01; светлые кружки представляют гены, где изменение экспрессии при диете А значительное с р<0,05.
Фигура 14 является графиком, показывающим способность диеты В замедлять связанные с возрастом изменения экспрессии генов. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201LE) или тестируемой диеты (диета А = смесь 1, диета В = смесь I+II, диета С = смеси I+III и диета D = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов в белой жировой ткани у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. В общей сложности 643 гена значительно изменены с возрастом с р<0,01. Из этого набора «стареющих генов» 240 генов изменяются при диете В с р<0,05, и диета В предотвращает связанные с возрастом изменения у 199 из 240 генов. На графике ось абсцисс представляет количество раз изменения с возрастом, ось ординат представляет количество раз изменения при диете В. Темные кружки представляют гены, где изменение экспрессии при диете В значительное с р<0,01; светлые кружки представляют гены, где изменение экспрессии при диете В значительное с р<0,05.
Фигура 15 является графиком, показывающим способность диеты С замедлять связанные с возрастом изменения экспрессии генов. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201LE) или тестируемой диеты (диета А = смесь 1, диета В = смесь I+II, диета С = смеси I+III и диета D = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов в белой жировой ткани у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. В общей сложности 643 гена значительно изменены с возрастом при р<0,01. Из этого набора «стареющих генов» 179 генов изменяются при диете С при р<0,05, и диета С предотвращает связанные с возрастом изменения у 171 из 179 генов. На графике ось абсцисс представляет количество раз изменения с возрастом, ось ординат представляет количество раз изменения при диете С. Темные кружки представляют гены, где изменение экспрессии при диете С значительное с р<0,01; светлые кружки представляют гены, где изменение экспрессии при диете С значительное с р<0,05.
Фигура 16 является графиком, показывающим способность диеты D замедлять связанные с возрастом изменения экспрессии генов. Самцам мышей среднего возраста (С57Вl/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201LE) или тестируемой диеты (диета А = смесь 1, диета В = смесь I+II, диета С = смеси I+III и диета D = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов в белой жировой ткани у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430А GeneChip array. В общей сложности 643 гена значительно изменены с возрастом с р<0,01. Из этого набора «стареющих генов» 205 генов изменяются при диете D с р<0,05, и диета D предотвращает связанное с возрастом изменения у 140 из 205 генов. На графике ось абсцисс представляет количество раз изменения с возрастом, ось ординат представляет количество раз изменения при диете D. Темные кружки представляют гены, где изменение экспрессии при диете D значительное с р<0,01; светлые кружки представляют гены, где изменение экспрессии при диете D значительное с р<0,05.
Фигура 17 представляет суммарное действие диет на связанные с возрастом изменения экспрессии гена CD59a. Самцам мышей среднего возраста (С57В 1/6, 15 мышей в группе) дают 24 г/неделю контрольной (201 LE) или тестируемой диеты (диета А = смесь 1, диета В = смесь I+II, диета С = смеси I+III и диета D = смесь I+II+III) или 18 г/неделю диеты с ограниченной калорийностью (ОК) (901 LF). Через 11 месяцев кормления анализируют профили экспрессии генов в белой жировой ткани у молодых мышей, старых мышей, мышей на ОК и мышей, содержавшихся на четырех тестируемых диетах, с помощью микроматрицы Affymetrix mouse 430A GeneChip array. В общей сложности 643 гена значительно изменены с возрастом при р<0,01. Индуцированное старением увеличение экспрессии гена CD59a замедляется при применении ОК и всех тестируемых диет.
Раскрытие изобретения
В данном описании осуществления описаны так, чтобы обеспечить ясное и краткое изложение, но авторов следует понимать таким образом, что осуществления можно комбинировать по-разному или разделять, не выходя за область притязаний настоящего изобретения.
Термины «функциональный ингредиент», «функциональный агент» или «функциональный компонент» применяются здесь взаимозаменяемо и относятся к веществам, которые, как известно, обладают функциональными свойствами или активностью в одной или более из следующих категорий: (1) уменьшение окислительного стресса или повреждения, (2) предотвращение гликирования (3) уменьшение веса тела, особенно, жира, (4) стимуляция чувствительности к инсулину или уменьшение уровней глюкозы или инсулина в крови и (5) противовоспалительное действие.
«Эффективное количество» относится к количеству соединения, материала или композиции, как описано здесь, которое является эффективным для достижения отдельного биологического результата. Такой результат включает, не ограничиваясь этим, улучшение отягощенных возрастом факторов, увеличение долголетия, снижение вероятности и/или замедление наступления связанных с возрастом заболеваний, уменьшение функционального спада и улучшение биохимических, молекулярных, клеточных, физиологических и фенотипических эффектов старения. Такая эффективная активность может быть достигнута, например, путем введения композиций согласно настоящему изобретению для индивидуума.
«Субъект» или «индивидуум» относится к животным любого вида. В различных осуществлениях животное является млекопитающим и может быть человеком.
Как применяется здесь, «пищевая добавка» является продуктом, предназначенным для поедания в дополнение к обычной диете животного. Животное является млекопитающим и может быть человеком.
Как применяется здесь, «продукт питания, приготовленный для употребления человеком» является любым составом для употребления человеческим существом.
Как применяется здесь, термин «пища для домашних животных» или «состав пищи для домашних животных» означает композицию, предназначенную для употребления животными и предпочтительно животными спутниками человека. «Полная и сбалансированная по питательным веществам пища» является содержащей все известные необходимые питательные вещества в необходимых количествах и пропорциях на основе рекомендаций известных авторитетов в данной области техники относительно питания животных спутников человека и поэтому способна служить единственным источником питания для поддержания жизни и обеспечения воспроизводства без добавления дополнительных источников питания. Сбалансированные составы питания для животных широко известны и широко применяются в данной области техники.
«Ограничение калорийности» или «ограничение по калорийности» применяется здесь взаимозаменяемо и относится к режиму питания с низкой калорийностью без недоедания. В основном, ограничение относится к общей калорийности, производной углеводородов, жиров и белков. Ограничение обычно составляет, не ограничиваясь этим, приблизительно 25%, приблизительно 40% поглощаемой энергетической ценности по сравнению с поглощением ad libitum.
«Долголетие» относится в основном к продолжительности жизни за пределами среднего значения для отдельного вида. «Увеличенное долголетие» или «продленное долголетие» относится к любому значительному увеличению продолжительности жизни у отдельного животного за пределами средней ожидаемой продолжительности жизни для данного вида, к которому это животное принадлежит.
«Молодой» относится в основном к индивидууму в молодом взрослом возрасте, например, полной половозрелости после периода полового созревания или юности, как определяется у видов в соответствии в известными параметрами.
«Постаревший» или «старый», как применяется здесь, относится к индивидуумам, которые физически или хронологически находятся в последней трети их средней ожидаемой продолжительности жизни.
Авторы изобретения определили, что число физиологических, биохимических характеристик и/или характеристик экспрессии генов, связанных с ОК, можно имитировать путем введения составов, содержащих сочетание трех или более категорий функциональных ингредиентов. Доказано, что такие составы являются эффективными при имитации ОК по сравнению с предыдущими составами и способами, сфокусированными на одном единственном питательном веществе или одной или двух категориях функциональных ингредиентов, неспособных имитировать благоприятное действие ОК.
Таким образом, один аспект изобретения предоставляет системы питания для имитации эффектов ограничения калорийности без ограничения потребления калорий. Системы питания согласно изобретению включают составы для введения сочетаний питательных веществ, направленных на различные функции в организме, попадающих в три или более из следующих активностей: (1) антиоксидантная активность, (2) ингибирование повреждения за счет гликирования, (3) уменьшение веса тела, особенно веса жира в организме, (4) усиление чувствительности к инсулину и низкого уровня инсулина/глюкозы в крови и (5) противовоспалительная активность.
Показано, что при введении животным пищевые составы, описанные здесь, имитируют различные физиологические и биохимические воздействия ОК, включая изменение веса тела и накопления жира, уменьшение перекисного окисления липидов и процент выживания. Авторы изобретения также определили, что, как и в случае ОК, пищевые составы способны задерживать в разной степени связанные с возрастом изменения экспрессии генов в тканях организма. Соответственно, системы питания, описанные здесь, могут предоставить преимущественное альтернативное или дополнительное относительно ОК увеличение долголетия.
В различных осуществлениях пять описанных функций сочетаются в составах, включающих сочетания функциональных ингредиентов. Например, не ограничивая изобретение, один состав включает по меньшей мере один антиоксидант, предпочтительно один водорастворимый антиоксидант и один жирорастворимый антиоксидант. Другой состав включает по меньшей мере один функциональный ингредиент, ингибирующий повреждение из-за гликирования, и по меньшей мере один функциональный ингредиент, способствующий понижению веса тела, особенно жира организма, и/или по меньшей мере один функциональный ингредиент, способствующий высокой чувствительности к инсулину и низким уровням инсулина/глюкозы в крови. Другой состав включает по меньшей мере один функциональный ингредиент, уменьшающий хроническое воспаление.
Составы можно вводить приматам, включая людей. Такие составы можно также вводить животным, например, но не ограничиваясь этим, животным спутникам человека (например, кошкам, собакам, хорькам, птицам), сельскохозяйственным животным (например, свиньям, козам, овцам, телятам, лошадям, птице, ламам). Составы можно также вводить экзотическим животным, в частности животным зоопарков и видам под угрозой исчезновения. В отдельных осуществлениях составы содержат по меньшей мере один антиоксидант, предпочтительно один водорастворимый антиоксидант и один жирорастворимый антиоксидант. Водорастворимые антиоксиданты включают, не ограничиваясь этим, витамин С, полифенолы из различных ягод (клюквы, голубики, черники и т.п.), проантоцианидины и антоцианины из косточек винограда и коры европейской береговой сосны и Pinus maritime, биофлавоноиды (таксифолин, нарингенин, гесперитин, 6-гидроксифлаванон, 2-гидроксифлаванон, 4-гидроксифлаванон) из фруктов (особенно цитрусовых) и овощей, L-селенометионин, α-липоевую кислоту, глутатион, катехин, эпикатехин, эпигаллокатехин, эпигаллокатехин галлат, эпикатехин галлат, цистеин. Жирорастворимые антиоксиданты включают, не ограничиваясь этим, витамин Е (α-токоферол ацетат), γ-токоферол, α-каротин, β-каротин, лютеин, зеаксантин, ретиналь, астаксантин, криптоксантин, природные смешанные каротиноиды, ликопен и ресвератрол среди многих других. В отдельных осуществлениях составы могут включать сочетания всех этих антиоксидантов.
В богатых антиоксидантами составах витамин Е и/или витамин С можно предоставлять в количествах приблизительно 100-1000 мг/кг диеты. В частных осуществлениях витамин Е или витамин С находятся в количествах, составляющих приблизительно 200-800 мг/кг диеты или приблизительно 300-700 мг/кг диеты, или приблизительно 400-600 мг/кг диеты, или приблизительно 450-500 мг/кг диеты.
Каротиноиды являются классом природных жирорастворимых пигментов, обнаруженных главным образом в растениях, водорослях, фотосинтезирующих и некоторых нефотосинтезирующих бактериях, дрожжах и плесени. Известно, что около 600 различных каротиноидов встречаются в природе (Ong & Tee. (1992) Meth. EnzymoL, 213:142-167) и новые каротиноиды продолжают идентифицировать (Mercadante, A. (1999) "New carotenoids: recent progress" Invited Lecture 2. Abstracts of the 12th International Carotenoid Symposium, Cairns, Australia, July 1999). Каротиноиды описаны по своей химической структуре. Большинство каротиноидов являются производными полиеновой цепи из 40 атомов углерода. Эта цепь может оканчиваться циклической концевой группой (кольцами), как показано формулой I ниже
1
3
4
6
2
5
Формула I может быть дополнена содержащими кислород функциональными группами. Например, R, R, R и R могут независимо быть H или ОН и R и R могут независимо быть Н или =O. Каждое кольцо может содержать двойную связь. В основном углеводородные каротиноиды известны как каротины, тогда как кислородсодержащие производные таких углеводородов известны как ксантофиллы. Неограничивающими примерами каротиноидов являются β-каротин, зеаксантин, астаксантин, криптоксантин и лютеин.
В отдельных осуществлениях каротиноиды предоставлены в количествах, составляющих приблизительно 1-100 мг/кг диеты. В частных осуществлениях каротиноиды предоставлены в количествах, составляющих приблизительно 10-90 мг/кг диеты, или приблизительно 20-80 мг/кг диеты, или приблизительно 30-70 мг/кг диеты, или приблизительно 40-60 мг/кг диеты или приблизительно 50 мг/кг диеты.
В дополнение к другим каротиноидам состав может специфически включать некоторое количество очищенного каротиноида ликопена. Ликопен является каротиноидом со структурой формулы II:
Ликопен можно предоставлять в количествах, составляющих приблизительно 1-100 мг/кг диеты или в отдельных осуществлениях приблизительно 10-90, 20-80, 30-70, 40-60 или приблизительно 50 мг/кг диеты.
Богатый антиоксидантами состав согласно изобретению может также содержать источник селена. Микроэлемент селен можно предоставлять в виде неорганического селена, например селенита натрия или селената натрия. Однако в предпочтительных осуществлениях применяют L-селенометионин ((S)-(+)-2-амино-4-(метилселено)-бутаноевую кислоту), поскольку она является природной, стабильной и легче поглощается. Обычно источник селена предоставляют в количестве от приблизительно 0,01 до приблизительно 0,4 мг селена на кг диеты. В других осуществлениях селен присутствует в количествах, составляющих от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,35 мг/кг диеты, от приблизительно 0,075 до приблизительно 0,3 мг/кг диеты, или от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,275 мг/кг диеты, или от приблизительно 0,15 до приблизительно 0,25 мг/кг диеты или приблизительно 0,2 мг/кг диеты.
В одном иллюстративном осуществлении изобретения состав, называемый здесь смесью I, предоставляет следующие компоненты в своем составе: витамин Е, 500 мг/кг, витамин С, 450 мг/кг, L-селенометионин, 0,2 мг/кг, смешанные каротиноиды, 50 мг/кг, ликопен, 50 мг/кг. В другом отдельном осуществлении для поедания человеком смесь I предоставляет следующие компоненты: витамин Е, 500 мг/день, витамин С, 450 мг/день, L-селенометионин, 0,2 мг/день, смешанные каротиноиды, 2500 IU/день, ликопен, 15 мг/день.
Показано, что при введении животным состав такого типа улучшает процент выживания до уровней, близких к таковым при ОК, без значительного влияния на вес тела или состав тела и задерживает в различной степени значительный процент связанных с возрастом изменений экспрессии генов, как детально описано в примерах.
В отдельных осуществлениях другой тип состава может состоять из двух или трех подгрупп функциональных ингредиентов, например, (а) ингибитора повреждения из-за гликирования, (б) соединения для уменьшения веса тела, особенно жира, и (в) соединения, способствующего улучшению чувствительности к инсулину и низким уровням инсулина/глюкозы в крови. Функциональные ингредиенты, ингибирующие повреждение из-за гликирования, включают, не ограничиваясь этим, карнозин и синтетические соединения, защищающие от гликирования, например аминогуанидин. Функциональные ингредиенты, способствующие понижению веса тела и уменьшению жира в организме, включают, не ограничиваясь этим, пируват, полиненасыщенные жирные кислоты, жирные кислоты со средним размером цепи, триглицериды со средним размером цепи, конъюгированную линолевую кислоту (КЛК), соевые изофлавоны и их метаболиты, L-карнитин и ацетил-L-карнитин. Функциональные ингредиенты, способствующие высокой чувствительности к инсулину и низким уровням инсулина/глюкозы в крови, включают, не ограничиваясь этим, источник хрома, корицу, экстракт корицы, полифенолы из корицы и гамамелиса, экстракт плодов кофе, хлорогенную кислоту, кофейную кислоту, источник цинка и экстракт виноградных косточек.
Таким образом, смешанный пищевой состав согласно изобретению включает по меньшей мере один функциональный ингредиент, выбранный из каждой из двух или трех категорий функциональных ингредиентов. В отдельных осуществлениях смешанный пищевой состав включает сочетание пиколината хрома, экстракта виноградных косточек, источника цинка, конъюгированной линолевой кислоты (КЛК), L-карнитина, ацетил-L-карнитина и карнозина.
Пиколинат хрома можно предоставлять в количествах, находящихся в следующих приблизительных интервалах мг/кг диеты: от приблизительно 0,1 до приблизительно 1,0, от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,9, от приблизительно 0,3 до приблизительно 0,8, от приблизительно 0,4 до приблизительно 0,75, от приблизительно 0,45 до приблизительно 0,6 или приблизительно 0,5 мг/кг диеты.
Составы согласно данному осуществлению могут также включать экстракт виноградных косточек, который является источником, например, проантоцианидинов, биофлавоноидов и катехинов. Необходимые количества могут включать приблизительно 50-500, 100-400,150-350,200-300 или приблизительно 250 мг/кг диеты.
Составы согласно этим осуществлениям могут также включать источник цинка, например, хлорид цинка, ацетат цинка, глюконат цинка, монометионат цинка и сульфат цинка. В предпочтительных осуществлениях составы включают сульфат цинка в количестве приблизительно 100-300, 125-275, 150-250, 175-225 или приблизительно 190 мг/кг диеты. В других предпочтительных осуществлениях состав содержит монометионат цинка в количестве приблизительно 25-125, 50-100, 60-90 или приблизительно 70-80 мг/кг диеты.
Составы согласно этим осуществлениям могут также содержать один или более ингредиент, воздействующий на метаболизм и способствующий потере веса и/или сохранению худощавости, включая конъюгированную линолевую кислоту (КЛК), L-карнитин, ацетил-L-карнитин или другие, перечисленные выше. КЛК обычно предоставляют в количествах между 5 и 10 г/кг диеты или более конкретно приблизительно 6-9 г/кг или 7-8 г/кг диеты. L-карнитин обычно предоставляют в количестве приблизительно 100-1000 мг/кг диеты или более конкретно приблизительно 200-800, 300-700, 400-600 или приблизительно 500 мг/кг диеты. Ацетил-L-карнитин обычно предоставляют в количестве приблизительно 50-150 мг/кг диеты, или более конкретно приблизительно 60-140, 70-130, 80-120, 90-110, или приблизительно 100 мг/кг диеты.
Составы согласно этим осуществлениям могут также содержать агент, направленный против гликирования, например, карнозин (β-аланил-L-гистидин). Карнозин обычно предоставляют в количестве между приблизительно 100-1000 мг/кг диеты ил более конкретно приблизительно 200-800, 300-700, 400-600 или приблизительно 500 мг/кг диеты.
В конкретном осуществлении изобретения состав, называемый здесь «смесь II», предоставляет следующие компоненты: трипиколинат хрома 0,5 мг/кг, экстракт виноградных косточек 250 мг/кг, монометионат цинка 78 мг/кг, КЛК (65%) 5000 мг/кг, карнитин 400 мг/кг, ацетил-карнитин 100 мг/кг, карнозин 500 мг/кг. В другом конкретном осуществлении для поедания человеком смесь II предоставляет следующие компоненты: пиколинат хрома 120 мкг/день, экстракт виноградных косточек 150 мг/день, сульфат цинка 15 мг/день, КЛК (65%) 2000 мг/день, карнитин 2500 мг/день, ацетил-карнитин 500 мг/день и карнозин 500 мг/день.
Показано, что при введении животным состав такого типа значительно уменьшает вес тела и жира до уровней, превосходящих таковые в случае ОК, уменьшает перекисное окисление липидов в мышечной ткани и замедляет значительный процент связанных с возрастом изменений экспрессии генов, как детально описано в примерах.
Другой тип состава может содержать функциональные ингредиенты для уменьшения или предотвращения хронического воспаления. В отдельных осуществлениях такой тип состава содержит по меньшей мере один источник ω-3 жирных кислот и/или куркуминоидов. В отдельных осуществлениях источником ω-3 жирных кислот является рыбий жир. В других осуществлениях источник является сочетанием очищенных ω-3 жирных кислот, например, но не ограничиваясь этим, эйкозапентаноевой и докозагексаеноевой кислот (ЭРК и ДГК). Куркуминоиды могут включать очищенные куркуминоиды или могут содержать сочетание одного или более куркуминоидов. Куркуминоиды включают, не ограничиваясь этим, куркумин (1,7-бис-(4-гидрокси-3-метоксифенил)-гепта-1,6-диен-3,5-дион; 1-(4-гидроксифенил)-7-(4-гидрокси-3-метоксифенил)-гепта-1,6-диен-3,5-дион; 1,7-бис-(4-гидроксифенил)-гепта-1,6-диен-3,5-дион, деметоксикуркумин и бисдеметоксикуркумин.
В отдельных осуществлениях рыбий жир предоставляют в количествах, находящихся в следующих интервалах (г/кг диеты): 10-50, 15-40, 20-30, или в отдельном осуществлении приблизительно 26 г/кг диеты. Куркуминоиды предоставляют в количествах, находящихся в следующих интервалах (мг/кг диеты): 100-1000, 200-900, 300-750, 400-600, или в отдельном осуществлении 500 мг/кг диеты. В конкретном осуществлении изобретения состав, называемый смесью III, предоставляет следующие компоненты диеты: рыбий жир 26,5 г/кг и экстракт куркумина 500 мг/кг диеты.
Можно также составлять и другие сочетания. Например, богатый антиоксидантами состав можно комбинировать с составом со смешанной функцией, в качестве примера можно привести сочетание смеси I со смесью II. Альтернативно, богатый антиоксидантами состав можно комбинировать с противовоспалительным составом, в качестве примера можно привести сочетание смеси I со смесью III или сочетание всех трех смесей. Другая альтернатива может включать богатый антиоксидантами состав в сочетании с составом со смешанной функцией и противовоспалительным составом, в качестве примера можно привести сочетание смеси I со смесью II и смесью III.
В предпочтительном осуществлении композиция является пищевой добавкой, например, к соусу, питьевой воде, напитку, йогурту, порошку, гранулам, пасте, суспензии, жвачке, закуске, леденцам, легкой закуске, пилюле, капсуле, таблетке или другой любой форме доставки. В другом предпочтительном осуществлении пищевой состав согласно изобретению включают в пищевые композиции для людей и домашних животных. Такие композиции преимущественно включают пищу, предназначенную для обеспечения необходимого пищевого рациона, а также легких закусок (например, печенья) или других компонентов диеты. При необходимости, пищевые составы могут быть сухими (например, сухариками-катышками), полужидкими составами, влажными составами или любой смесью вышеперечисленных. В отдельном осуществлении пищевая добавка может включать высокую концентрацию ингредиентов, улучшающих долголетие, так что добавку можно вводить животным в небольших количествах или, альтернативно, ее можно разводить перед введением животным. Пищевая добавка может нуждаться в добавлении воды перед введением животным.
Композиции могут быть охлажденными или замороженными. Ингредиенты, улучшающие долголетие, могут быть предварительно смешанными с другими компонентами композиции для предоставления необходимого полезного количества, могут быть включенными в пищевой состав для домашних животных или могут добавляться к составу перед дачей животному, например, с помощью посыпания порошком или смешивания.
Пищевые составы и композиции согласно изобретению могут при необходимости включать дополнительные вещества, например минералы, витамины, соли, приправы, красители и консерванты. Неограничивающие примеры дополнительных минералов включают кальций, фосфор, калий, натрий, железо, хлорид, бор, медь, цинк, марганец, йод, селен и т.п. Неограничивающие примеры дополнительных витаминов включают витамин А, различные витамины В, витамин С, витамин D, витамин Е и витамин К. Можно также включать дополнительные пищевые добавки, например ниацин, пантотеновую кислоту, инулин, фолиевую кислоту, биотин, аминокислоты и т.п.
В различных осуществлениях составы пищи для домашних животных или легких закусок для домашних животных согласно изобретению могут включать при расчете на сухой материал от приблизительно 15% до приблизительно 50% грубого белка от веса композиции. Грубый белковый материал может включать растительные белки, например из соевых бобов, из семян хлопка и земляных орехов, или животный белок, например казеин, альбумин или белок мяса. Неограничивающие примеры белка мяса, применимого здесь, включают свинину, баранину, конину, птицу, рыбу и их смесь.
Пищевые составы и композиции могут далее включать при расчете на сухой материал от приблизительно 5% до приблизительно 40% жира от веса композиции. Композиция может далее включать источник углеводов. Композиции могут включать при расчете на сухой материал от приблизительно 15% до приблизительно 60% углеводов от веса композиции. Неограничивающие примеры таких углеводов включают зерна или крупы, например рис, зерновые, сорго, люцерну, ячмень, соевые бобы, канола, овес, пшеницу и их смесь. Композиции могут также при необходимости включать другие материалы, например сухую сыворотку или другие побочные продукты молочного производства.
Пищевые составы и композиции могут также включать по меньшей мере один источник волокон. Можно применять большое разнообразие растворимых и нерастворимых волокон, как известно специалисту в данной области техники. Источником волокон может быть мякоть свеклы (сахарной свеклы), гуммиарабик, смола тальха (talha), псиллиум, рисовые отруби, смола бобов цератонии, мякоть цитрусовых, пектин, фруктоолигосахариды дополнительные к короткоцепочечной олигофруктозе, маннанолигофруктоза, соевые волокна, арабиногалактан, галактоолигосахариды, арабиноксилан и смеси вышеперечисленных. Альтернативно, источником волокон может быть ферментируемое волокно. Как описано ранее, ферментируемое волокно благотворно сказываются на иммунной системе животных - спутников человека. Ферментируемое волокно или другие композиции, известные специалисту в данной области техники, которые предоставляют пребиотические композиции для усиления роста пробиотических микроорганизмов в кишечнике, также можно включать в композиции для усиления положительного действия, предоставленного настоящим изобретением иммунной системе животного. Дополнительно к композиции можно добавлять пробиотические микроорганизмы, например, виды родов Lactobacillus или Bifidobacterium.
В отдельном осуществлении пищевой состав или композиция является полной и сбалансированной по питательным веществам пищей для домашних животных. В этом контексте пища для домашних животных может быть влажной пищей, сухой пищей ил пищей с промежуточным влагосодержанием, как ясно специалисту в области техники, касающейся состава и производства пищи для домашних животных. «Влажная пища» означает пищу для домашних животных, которая обычно продается в консервных банках или пакетах из фольги и обладает влагосодержанием в интервале от приблизительно 70% до приблизительно 90%. «Сухая пища» означает пищу для домашних животных, обладающую сходным составом с влажной пищей, но содержащую ограниченное количество влаги, обычно, в интервале от приблизительно 5% до приблизительно 15% и поэтому представляющую собой небольшие похожие на печенье сухарики-катышки. Композиции, пищевые составы и пищевые добавки можно отдельно составлять для взрослых животных или для более старых или молодых животных, например составы «еда для щенков», «еда для котят», «для взрослых» или «для престарелых». В основном, специализированные составы удовлетворяют энергетическим и пищевым потребностям животных на разных стадиях их развития или возраста.
Определенные аспекты изобретения предпочтительно применяются в сочетании с полной и сбалансированной пищей (например, как описано в National Research Council, 1985, Nutritional Requirements for Dogs, National Academy Press, Washington D. C, or Association of American Feed Control Officials, Official Publication 1996). Так, пищевые составы или композиции, включающие по меньшей мере три ингредиента, которые улучшают долголетие, имитируя по меньшей мере одно способствующее долголетию действие ограничения калорийности в соответствии с определенными аспектами данного изобретения, предпочтительно применяются с высококачественной продажной едой. Как применяется здесь, «высококачественная продажная еда» относится к еде, произведенной для предоставления усвояемых ключевых питательных веществ на 80% или более, как приведено, например, в рекомендациях National Research Council относительно собак или в рекомендациях, предоставленных Association of American Feed Control Officials. Сходные высокие стандарты питательных веществ применяются для других животных.
Специалист в данной области техники понимает, как определять необходимые количества увеличивающих долголетие ингредиентов, которые надо добавлять к данному пищевому составу или композиции. Факторы, которые можно принимать во внимание, включают тип композиции (например, пища для домашних животных по сравнению с пищевой добавкой), среднее потребление отдельных видов композиций различными животными и условия производства, при которых композиция была изготовлены. Предпочтительно, концентрации данных ингредиентов для улучшения долголетия, которые надо добавлять к композициям, рассчитываются на основе необходимого потребления животным энергии и питательных веществ. Согласно определенным аспектам изобретения, ингредиенты для улучшения долголетия можно добавлять в любой момент во время производства и обработки композиции. Это включает без ограничения введение в состав композиций пищи для домашних животных или пищевых добавок или нанесение в виде слоя на пищевые композиции для домашних животных или пищевые добавки.
Композиции можно получать согласно любому способу, применимому в данной области техники, например, как описано в Waltham Book of Dog and Cat Nutrition, Ed. ATB Edney, Chapter by A.Rainbird, entitled "A Balanced Diet" in pages 57 to 74, Pergamon Press Oxford.
Другой аспект изобретения относится к способам увеличения долголетия у животных, включая человека, включающим введение животному пищевого состава или композиции, включающей по меньшей мере три ингредиента для увеличения долголетия, где каждый ингредиент относится к одной отдельной из пяти категорий ингредиентов, улучшающих долголетие путем имитации по меньшей мере одного способствующего долголетию воздействия ограничения калорийности, где категории являются антиоксидантами, агентами, направленными против гликирования, агентами для уменьшения веса тела или жира, агентами, способствующими высокой чувствительности к инсулину или низким уровням инсулина и глюкозы в крови, и противовоспалительными агентами в количестве, эффективном для улучшения долголетия у животных. В отдельном осуществлении композиция является пищевым составом для домашних животных или пищевой добавкой, как приведено на примере здесь. Животные могут включать любых одомашенных животных или животных спутников человека, как описано выше. В отдельных осуществлениях животное является животным спутником человека, например собакой или кошкой. В другом осуществлении композиция является пищей или пищевой добавкой, составленной для поедания человеком, и вводится или поедается человеком с целью увеличения долголетия. Состав вводят регулярно, что в одном осуществлении означает по меньшей мере ежедневно. В отдельных осуществлениях состав вводят как часть ежедневного рациона в течение по меньшей мере приблизительно одной недели, или в течение по меньшей мере приблизительно одного месяца, или в течение по меньшей мере приблизительно трех месяцев, или дольше вплоть до конца дней животного.
Композиции согласно изобретению можно вводить субъекту любым из множества путей введения. Такие пути включают без ограничения оральный, интраназальный, внутривенный, внутримышечный, внутрижелудочный, транспилорический, подкожный, ректальный и т.п. Предпочтительно пищевые составы или композиции вводят орально. Как применяется здесь, термин «оральное введение» означает, что субъект глотает или что человеку предписано кормить или он кормит животное одной или более композицией согласно изобретению, описанной здесь.
Когда человеку предписано кормить животное композицией, предписание может состоять в том, что инструктирует или информирует человека о том, что применение композиции может предоставлять и/или предоставит указанное преимущество, например усиление когнитивной (познавательной) функции животного. Такая инструкция может быть устной инструкцией (например, из уст терапевта, ветеринара или других профессионалов в области охраны здоровья, или через радио, или телевидение (например, реклама), или печатной инструкцией (например, печатными инструкциями терапевта, ветеринара или других профессионалов в области охраны здоровья (например, рецептом), специалиста по торговле или организации (например, рекламными брошюрами или другими рекламными принадлежностями), напечатанной в средствах массовой информации (например, в Интернете, электронной почте и других компьютерных средствах), или на упаковке, относящейся к композиции (например, на этикетке на контейнере, содержащем композицию).
Введение может быть как по потребности, так и по желанию, например, раз в месяц, раз в неделю, ежедневно или более одного раза в день. Сходным образом можно вводить через день, через неделю или месяц, на каждый третий день, неделю или месяц, на каждый четвертый день, неделю или месяц и т.п. Можно вводить несколько раз в день. При применении в виде добавки к обычно потребляемому рациону состав можно вводить животному прямо или подмешивая к его обычному питанию или пище. Введение в случае применении в виде ежедневного питания или пищи хорошо известно специалисту в данной области техники.
Введение можно осуществлять как часть режима питания животного. Например, режим питания может включать регулярное поедание животным композиции, включающей по меньшей мере три ингредиента, улучшающие долголетие, в количестве, эффективном для увеличения долголетия у животных. Регулярное поедание может происходить раз в день или два, три, четыре или более раз в день ежедневно. Целью регулярного поедания является предоставление животному предпочтительной ежедневной дозы ингредиентов, улучшающих долголетие, как приведено в примерах здесь.
Ежедневная доза композиций согласно изобретению может измеряться в граммах антиоксидантов, агентов, предотвращающих гликирование, агентов для уменьшения веса тела или жира, агентов, способствующих высокой чувствительности к инсулину или низким уровням инсулина, или низким уровням глюкозы в крови, или противовоспалительных агентов на кг веса тела (ВТ) животного, как приведено в примерах здесь.
Согласно способам изобретения, применение композиций согласно изобретению, включая введение в виде части режима питания, может охватывать период времени от беременности в течение всей взрослой жизни животного.
Следующие примеры предоставлены для более детального описания изобретения. Они предназначены для того, чтобы проиллюстрировать, а не ограничить изобретение.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Пример 1
Протокол кормления в течение одиннадцати месяцев. Мышам во возрасте 15 месяцев (С57В 1/6) дают 24 г/неделю AIN-93M очищенного пищевого состава для поддержания взрослых грызунов Американского Института питания (American Institute of Nutrition (AIN)) (за исключением группы с пониженной калорийностью, как отмечено ниже, которьм дают 18 г/неделю в течение 11 месяцев). Обработка состоит в добавлении к основному рациону питания одной или более из следующих трех смесей:
Смесь I
Соединение
Доза (мг/кг диеты)
d-α-токоферол
500
Природные смешанные каротиноиды
50
Селенометионин (39% селена)
0,2 селена
Аскорбиновая кислота (витамин С)
450
Ликопен
50
Смесь II
Соединение
Доза (мг/кг диеты если не указано другое)
Хрома трипиколинат
0,5
Экстракт виноградных косточек
250
Цинка монометионат
15 мг/кг элементарного цинка (78 мг/кг цинка метионина)
КЛК (65%)
7,7 г/кг
L-карнитин
490
Ацетил-L-карнитин
103
карнозин
500
Смесь III
Соединение
Доза (мг/кг диеты, если не указано другое)
Рыбий жир
26,5 г/кг
Экстракт куркумина
500
Применяется следующий протокол:
Группа
Сокращенное название
Размер (n)
Питание (диета)
1
201 LA (диета А)
15
Смесь I
2
201LВ (диета В)
15
Смеси I и II
3
201LС (диета С)
15
Смеси I и III
4
201 LD (диета D)
15
Смеси I, II и III
5
201 LE (диета Е)
15
Никаких смесей (отрицательный контроль)
6
201 LF (диета F)
15
Ограничение калорийности (ОК) (положительный контроль)
По завершении 11-месячного протокола кормления всех выживших животных забивают. Производят оценку фенотипических свойств, биохимических параметров и профилей экспрессии генов в мышцах, жировой ткани и лимфоцитах, как описано в нижеследующих примерах. Мышцы выбраны в качестве источника образца, поскольку это - пост-митотическая ткань, в которой клетки не обновляются. В качестве таковой эта ткань должна отражать связанные со старением нарушения и связанные с этим изменения экспрессии генов. Лимфоциты выбраны как альтернативный источник образца из-за доступности этой ткани без применения инвазивных процедур, таких как биопсия. Жировую ткань исследуют из-за значительного воздействия определенных диет, а именно диет, содержащих смесь II, на содержание жировой прослойки мышей.
Пример 2
Вес тела животных измеряют еженедельно в течение 11-месячного протокола кормления. Результаты приведены на фигуре 1. Как можно видеть, самый высокий общий вес тела сохраняется в контрольной группе (диета Е), сходный вес тела поддерживают диета А (смесь I) и диета С (смеси I и III). Заметное начальное падение веса тела наблюдается у животных на диете F (ОК), однако, к концу исследования сходные результаты по уменьшению веса наблюдаются у животных на диетах В (смеси I и II), D (смеси I, II и III) и F (ОК).
Фигура 2 показывает изменения веса тела, веса очищенного скелета и веса жировой прослойки у животных за период 11 месяцев протокола кормления. Самые большие изменения наблюдаются у животных, которым дают диеты В (смеси I и II), D (смеси I, II и III) и F (ОК). Основная часть наблюдаемых изменений обусловлена уменьшением веса жирового слоя (фигура 2, нижняя панель).
Проценты выживания животных во время исследования приведены в таблице 2-1 ниже.
Таблица 2-1
Диета А (смесь I)
Диета В (смеси I и II)
Диета С (смеси I и III)
Диета D (смеси I, II и III)
Диета F (OK)
Диета Е (без изменения питания)
Количество мышей в начале
15
15
15
15
15
15
Количество мышей через 11 месяцев
10
11
9
9
12
7
Процент выживания
66,7%
73,3%
60,0%
60,0%
80,0%
46,7%
Краткое содержание: согласно этому протоколу кормления пищевые составы, содержащие смесь II, приводят к значительно более низкому весу тела и весу жира по сравнению с контрольными мышами и всеми другими обработками, включая ОК. Масса тела худощавых мышей близка к таковой мышей да диете ОК.
Применение ОК приводит к наиболее высокому проценту выживания (80%), за этим следует диета В (смеси I+II, 73%). У контрольных мышей выживаемость самая низкая (46%). Из-за малого размера групп не определяют, оказывает ли ОК или смесь I+II статистически значимое влияние на долголетие.
Пример 3
Поскольку перекисное окисление липидов является индикатором окислительного стресса в клетках и тканях, проведено исследование действия ОК и других диет на перекисное окисление липидов в мышцах. Уровни побочных продуктов перекисного окисления жирных кислот малондиальдегида (МДА) и 4-гидроксиалкеналей (4-ГДА) определяют в мышце мышей, потреблявших смеси диет А-D, а также молодых (5-месячных) и старых (26-месячных) мышей, содержавшихся на контрольной диете AIN-93M, и мышей на диете ОК (диета F). Как показано на фигуре 3, обнаружено, что мыши, которых кормят составом диеты С (смесь I и III), проявляют высокие уровни перекисного окисления липидов. Уровни перекисного окисления липидов у этих мышей вплотную приближаются к уровням, наблюдаемым у старых мышей, содержащихся на контрольной диете AIN-93M. В противоположность этому, животные, которых содержат на диетах А (смесь I), В (смесь I+II, р<0,05) и D (смесь I+II+III, р<0,05), демонстрируют низкие уровни перекисного окисления липидов по сравнению со старыми мышами. Действительно, уровни перекисного окисления липидов у мышей, потреблявших диеты А, В и D, ближе всего подходят к уровням перекисного окисления, наблюдаемым у молодых мышей. Примечательно то, что, как обнаружилось, мыши, содержавшиеся на диетах А, В и D, проявляют более низкие уровни перекисного окисления липидов, чем мыши на диете ОК, а диеты В (р<0,05) и D р<0,05) приводят к более низким уровням перекисного окисления липидов, чем наблюдается у молодых мышей. Диеты А, В (р<0,05) и D (р<0,05) приводят к более низким уровням перекисного окисления липидов по сравнению с мышами на диете ОК, а диеты В (р<0,05) и D (р<0,05) приводят к более низким уровням перекисного окисления липидов по сравнению с молодыми мышами.
Пример 4
Анализы с применением микроматрицы проводят для выявления генов в мышце, на которые старение оказывает значительное влияние, и для определения действия ограничения калорийности и различных пищевых составов на экспрессию таких генов. Микроматрицу Affymetrix GeneChip Mouse Expression Set 430A (Affymetrix, Inc., Santa Clara, CA), содержащую кластеры последовательностей, созданные на основе базы данных UniGene (Build 107, June 2002, National Center for Biotechnology Information) анализируют с помощью программы Affymetrix GeneChip Operating Software. Данные нормализуют и фоновые показания вычитают из данных анализа.
Гены, подвергаемые анализу с помощью микроматрицы, выбирают на основании следующих критериев: 1) гены, которые не обнаружены у молодых мышей (5-ти месяцев от роду), удаляют; 2) значительные различия в интенсивности сигнала у молодых мышей относительно старых, как определено по t-тесту Стюдента (значения р<0,05 или<0,01 (распределение с двумя конечными участками) и 3) во сколько раз меняется интенсивность сигнала: ≥1,2 и ≤1,2 по интенсивности (соответствует 20% повышающей или понижающей регуляции у старых мышей по сравнению с молодыми мышами).
Далее исследуют действия различных режимов питания на избранные гены. Мышей кормят каждой из диет A-F, как описано в примере 1. Оказывает ли данная диета превентивное действие на старение, оценивают в терминах интенсивности сигнала, полученного с помощью микроматрицы. Следующую формулу применяют для определения превентивного действия каждой диеты:
100 - ((молодые - на диете) × 100/(молодые - старые)).
Согласно этой формуле для данного гена, если воздействие, наблюдаемое для данного режима питания, равно воздействию, наблюдаемому у молодых мышей, то состав диеты предотвращает индуцированное возрастом изменение экспрессии этого гена на 100%. Если воздействия, наблюдаемые для данного режима питания, больше воздействий, наблюдаемых у молодых мышей, то такой состав диеты предотвращает индуцированное возрастом изменение экспрессии этого гена более, чем на 100%. Если воздействия, наблюдаемые для данного режима питания, меньше воздействий, наблюдаемых у молодых мышей, но больше воздействий, наблюдаемых у старых мышей, то такой состав диеты частично предотвращает индуцированное возрастом изменение экспрессии гена. Если воздействия, наблюдаемые для данного режима питания, меньше воздействий, наблюдаемых у старых мышей, то такой состав диеты считается ускоряющим индуцированное возрастом изменение экспрессии гена.
Среднее изменение интенсивности сигнала для всех генов, выбранных в мышечной ткани мыши, рассчитаны для мышей, содержавшихся на каждой экспериментальной диете, по сравнению со старыми мышами, и результаты представлены на фигуре 4. Все смеси частично предотвращают индуцированное возрастом изменение экспрессии генов в мышечной ткани по сравнению со старыми мышами. Хотя диеты В (смеси I и II) и С (смеси I и III) приводят в среднем чуть меньше, чем к 30% предотвращению, диеты А (смесь I) и D (смесь I+II+III) приводят в среднем чуть больше, чем к 30% предотвращению. Животные, содержавшиеся на диете F (режим питания ОК), согласно наблюдениям проявляют более 40% предотвращения индуцированных возрастом изменений экспрессии генов.
Различные гены в мышечной ткани, на которые, как было обнаружено, экспериментальные диеты оказывают статистически значимое воздействие (р<0,01), перечислены в таблице 4-1 ниже.
Таблица 4-1
Тип гена
Число
Регуляторные белки апоптоза
4
Белки клеточной адгезии
12
Регуляторные белки клеточного цикла/клеточного роста
23
Белки организации хромосом
4
Белки клеточного развития/дифференцировки
13
Белки метилирования ДНК
3
Белки репликации ДНК/репарации ДНК
7
Белки энергетического метаболизма
22
Белки метаболизма гормонов
5
Белки воспалительного ответа
20
Белки основного метаболизма
10
Нейрональные факторы
3
Белки фосфорилирования белков/модификации белков
15
Белки белкового синтеза
16
Белки белкового транспорта
16
Белки метаболизма РНК
7
Белки передачи сигнала
22
Белки ответа на стресс
30
Структурные белки
24
Факторы транскрипции
34
Транспортные белки
16
Другие функции
17
Неизвестные функции
108
Основные воздействия диет (общее число генов)
431
Изменения организма, приводящие к старению и связанным со старением болезням, включают увеличение индуцированного стрессом апоптоза, увеличение воспаления, увеличение окислительного стресса, отягощение пути инсулин-IGF-1 и ухудшение чувствительности к инсулину. Соответственно, ограничение калорийности и различные экспериментальные диеты, описанные здесь, оценивают на их воздействие на специфические гены, связанные с этими изменениями.
На фигуре 5 показаны превентивные воздействия ОК и пищевых составов на индуцированные старением изменения генов апоптоза в мышечной ткани мышей. Все смеси демонстрируют измеримые действия на связанные с апоптозом гены в мышечной ткани по сравнению со старыми мышами.
Воздействия ОК и пищевых составов оценивают также для специфических связанных с апоптозом генов. Как показано в таблице 4-2 ниже, ОК и пищевые составы проявляют превентивное действие на индуцированное старением увеличение связанных с апоптозом генов. Сходным образом, как показано в таблице 4-3, ОК и пищевые составы проявляют превентивное действие на индуцированное старением уменьшение связанных с апоптозом генов.
Таблица 4-2
Превентивные воздействия (%) на индуцированное старением увеличение связанных с апоптозом генов
Диета А (I)
Диета В (I+II)
Диета С (I+III)
Диета D (I+II+III)
Диета F (OK)
Циклин L2 (ингибирование роста опухолевых клеток, ускорение апоптоза)
86
51
48
78
82
иммунореактор пептида, инициирующего дельта-сон (Dsip 1)
47
-29
55
-77
86
Киназа 7 Митоген-активированной протеинкиназы (Map2k7)
47
94
70
51
36
Связанный с Bcl ускоритель смерти (Bad)
-23
1
21
87
68
Ген 1 подобный гену плейморфной аденомы (Plagi 1)
-6
89
3
115
83
Таблица 4-3
Превентивные воздействия (%) на индуцированное старением уменьшение связанных с апоптозом генов
Диета А (I)
Диета В (I+II)
Диета С (I+III)
Диета D (I+II+III)
Диета F (OK)
Кластерин (sCLU -цитопротекторный, nCLU-проапоптозный
23
23
-17
4
55
предшественник белка, связывающего В-амилоид
36
29
55
38
25
Далее оценивают превентивные воздействия ОК и пищевых составов на связанные со старением изменения генов ответа на стресс в мышцах мышей, результаты чего приведены на фигуре 6. Увеличенный с возрастом ответ на стресс в мышечной ткани включает повышенную экспрессию белков теплового шока, повышенную экспрессию генов, индуцированных повреждением ДНК, и повышенную экспрессию генов окислительного стресса. Все диетические составы демонстрируют измеримое воздействие на связанные со старением изменения генов ответа на стресс в мышцах мышей по сравнению со старыми мышами (фигура 6).
Также оценивают действие ОК и пищевых составов на специфические гены ответа на стресс в мышцах. В таблице 4-4 показано превентивное воздействие ОК и пищевых составов на индуцированное старением увеличение белков теплового шока. В таблице 4-5 показано превентивное воздействие ОК и пищевых составов на индуцированное старением увеличение сигнала генов, индуцированных повреждением ДНК. В таблице 4-6 показано превентивное воздействие ОК и пищевых составов на индуцированное старением увеличение сигналов генов окислительного стресса. В таблице 4-7 показано превентивное воздействие ОК и пищевых составов на индуцированное старением увеличение сигналов, связанных со стрессом генов в общем.
Таблица 4-4
Превентивные воздействия (%) OK и пищевых составов на индуцированное старением увеличение белков теплового шока.
Диета А (I)
Диета В (I+II)
Диета С (I+III)
Диета D (I+II+III)
Диета F (OK)
Белок
24
36
57
31
45
теплового шока 4 (Hsp70)
Белок
37
54
31
14
41
теплового шока 1, бета (Hsp84 или Hsp84-1 или Hsp90)
Белок
59
34
40
31
56
теплового шока 2 (белок теплового шока 27кДа)
Таблица 4-5
Превентивные воздействия (%) OK и пищевых составов на индуцированное старением увеличение сигналов генов повреждения ДНК
Диета А
Диета В
Диета С
Диета D
Диета F
(I)
(I+II)
(I+III)
(I+II+III)
(OK)
Гомолог PRP19/PSO4
38
75
45
69
8
(DSB репарация ДНК)
Специфический к
15
8
-6
-16
42
повреждению ДНК-связывающий белок 1 (Ddbp1)
Специфический к
76
54
12
96
46
повреждению ДНК-связывающий белок 2 (Ddbp2) (общая геномная репарация/узнавание повреждения/репарация вставки неправильных нуклеотидов/подавление опухолей
Ядерный фактор I/C (репликация ДНК)
149
69
-146
5
96
Таблица 4-6
Превентивные воздействия (%) OK и пищевых составов на индуцированное старением увеличение сигнаов генов окислительного стресса
Диета А (I)
Диета В (I+II)
Диета С (I+III)
Диета D (I+II+III)
Диета F (OK)
Глутатион-пероксидаза 4 (PHGPx)
34
36
25
61
53
Пероксиредоксин 1 (тиоредоксин пероксидаза 2)
59
44
30
21
52
Белок, взаимодействующий с тиоредоксином
95
82
82
58
123
Глутатионредуктаза 1 (Gsr)
47
25
46
33
54
Ксантин-дегидрогеназа
61
41
75
79
72
Киназа митоген-активированной протеинкиназы (Map2k7)
47
94
70
51
36
Таблица 4-7
Превентивные воздействия (%) OK и пищевых составов на индуцированное старением увеличение сигналов, связанных со стрессом генов
Диета А (I)
Диета В (I+II)
Диета С (I+III)
Диета D (I+II+III)
Диета F (OK)
Индуцируемый холодом белок, связывающий РНК, (индуцируемое холодом подавление клеточной пролиферации)
50
77
13
60
99
Пероксисомальный фактор биогенеза 11b (организация и биогенез пероксисом)
66
64
61
38
92
Небольшой богатый глутамином тетратрикопептидный повтор (TRP), альфа (ко-шаперон, связывающий HSC70 и HSP70 и регулирующий АТФазную активность)
78
33
-50
-25
99
Далее оценивают превентивные воздействия ОК и пищевых составов на связанные со старением изменения генов воспалительного ответа в мышцах мышей, результаты чего приведены на фигуре 7. Все пищевые составы демонстрируют измеримые воздействия на связанные со старением изменения генов ответа на стресс в мышечной ткани по сравнению со старыми мышами.
Воздействия ОК и пищевых составов также оценивают для специфических генов воспалительного ответа в мышцах. Как показано в таблице 4-8 ниже, ОК и пищевые составы проявляют превентивные воздействия на индуцированное старением увеличение сигналов генов, связанных с воспалением/иммунитетом. Сходным образом, как показано в таблице 4-9, ОК и пищевые составы проявляют превентивные воздействия на индуцированное старением уменьшение сигналов генов, связанных с воспалением/иммунитетом.
Таблица 4-8
Превентивные воздействия (%) ОК и пищевых составов на индуцированное старением увеличение сигналов генов, связанных с воспалением/иммунитетом
Диета А (I)
Диета В (I+II)
Диета С (I+III)
Диета D (I+II+III)
Диета F (OK)
Белок убиквитин-тиолэстеразы (OTUB1)
89
11
3
-49
80
Белок, связывающий базальный элемент промотора
46
14
50
24
79
CD59a антиген (потенциальный ингибитор действия мембраноатакующего комплекса комплемента)
49
78
92
110
54
Таблица 4-9
Превентивные воздействия (%) ОК и пищевых составов на индуцированное старением уменьшение сигнала генов, связанных с воспалением/иммунитетом
Диета А (I)
Диета В (I+II)
Диета С (I+III)
Диета D (I+II+III)
Диета F (OK)
Белок 1, связывающий консенсусную последовательность интерферона (Icsbp1)
24
23
4
12
22
Интерлейкин 16
30
26
-8
-2
-15
CD790B антиген
43
66
-14
31
-20
Предшественник малого цитокина В13 (Схс113)
116
116
-12
120
98
CD790A антиген (CD790a)
39
70
-7
39
-7
Fc рецептор, IgE, фактор с низким сродством II, альфа-полипептид
-6
14
-8
2
-20
рецептор 2 комплемента
41
38
-48
-10
-10
Предшественник связанного с утероглобином белка 2 (семейство секреторных глобулинов 3А, член 1, противовоспалительный белок)
5
25
31
46
36
Рецептор полимерного иммуноглобулина
-46
7
-38
-10
32
Также оценивают общие воздействия возраста, OK и различных пищевых составов, описанных здесь, на экспрессию субстрата 1 инсулинового рецептора (IRS-1). Сигналы интенсивностей IRS-1 определяют с помощью микроматрицы в мышечной ткани мышей, которых кормят каждым из пищевых составов, и мышей, которых держат на режиме питания с ограничением калорийности, и сравнивают с интенсивностями сигналов IRS-1 в мышечной ткани контрольных молодых и старых мышей (фигура 8). Мыши, которых кормят пищевыми составами диет А (I), С (I+III) и D (I+II+III), показывают самые низкие интенсивности сигналов IRS-1, которые только немного выше интенсивностей сигналов IRS-1, наблюдаемых у контрольных старых мышей. Мыши, которых кормят пищевьми составами диеты В (I+II), показывают самую высокую интенсивность сигнала среди всех диет, которая только немного ниже интенсивности сигнала, наблюдаемого у молодых контрольных мышей. Мыши на диете F (ОК) показывают самую высокую общую интенсивность сигнала, которая согласно измерениям выше интенсивности сигнала, наблюдаемого у молодых контрольных мышей.
Превентивные воздействия ОК и пищевых составов на индуцированное старением уменьшение экспрессии IRS-1 оценивают в мышцах мышей, как показано на фигуре 9. В согласии с результатами, наблюдаемыми для интенсивности сигнала IRS-1 (фигура 8), мыши, которых кормят пищевыми составами диет А (I), С (I+III) и D (I+II+III), показывают самые низкие превентивные воздействия против индуцированного старением уменьшения экспрессии IRS-1 (фигура 9). Мыши, которых кормят пищевыми составами диеты В (I+II), показывают самое сильное превентивное воздействие на индуцированное старением уменьшение экспрессии IRS-1 среди всех протестированных пищевых составов. Мыши, содержавшиеся в режиме кормления с ОК, показывают значительно более высокое превентивное воздействие по сравнению с мышами, которых кормят пищевыми смесями, что фактически больше, чем воздействия, наблюдаемые у молодых контрольных мышей.
Краткое содержание: ограничение калорийности приводит к предотвращению более чем на 40% индуцированных старением изменений экспрессии генов и частичному замедлению некоторых из индуцированных старением изменений ряда путей, включенных в процесс старения и связанных со старением заболеваний, как, например, экспрессия генов апоптоза, генов, связанных со стрессом, генов репарации ДНК и генов, связанных с воспалением, и полностью предотвращает индуцированное старением уменьшение экспрессии генов, связанных с инсулиновым сигналом, в мышцах мыши. Все пищевые составы также частично предотвращают связанные со старением изменения экспрессии генов в мышечной ткани по сравнению со старыми мышами. Диеты В (смесь I+II) и С (смесь I+III) приводят в среднем немного менее чем к 30% предотвращению, диеты А (смесь I) и D (смеси I+II+III) приводят в среднем немного более, чем к 30% предотвращению. Дополнительно, пищевые составы, описанные здесь, частично обращают некоторые из индуцированных старением изменений ряда путей, включенных в процесс старения и связанных со старением заболеваний, например, экспрессию генов апоптоза, генов, связанных со стрессом, репарации ДНК и генов, связанных с воспалением. Смесь I сама по себе проявляет некоторое превентивное воздействие на индуцированное старением уменьшение экспрессии IRS-1. Смеси I и II проявляют более высокие превентивные воздействия на индуцированное старением уменьшение экспрессии IRS-1, чем смесь I сама по себе.
Пример 5
Анализы с помощью микроматриц проводят для определения генов в лимфоцитах, на которые оказывает значительное влияние старение, и для определения воздействия ограничения калорийности и различных пищевых составов на экспрессию таких генов. Микроматрицу Affymetrix GeneChip Mouse Expression Set 430A (Affymetrix, Inc., Santa Clara, CA), содержащую кластеры последовательностей, созданные на основе базы данных UniGene (Build 107, June 2002, National Center for Biotechnology Information) анализируют с помощью программы Affymetrix GeneChip Operating Software, как описано в примере 4. Гены, подвергаемые анализу с помощью микроматрицы, выбирают согласно критериям, приведенным в примере 4, так же проводят исследование воздействий различных режимов питания на выбранные гены.
Среднее изменение интенсивности сигнала для всех генов, выбранных в ткани мышцы мыши, рассчитано для мышей, которых кормят каждой из экспериментальных диет, по сравнению со старыми мышами и результаты представлены в таблице 5-1.
Таблица 5-1
Предотвращение (%) связанных со старением изменений экспрессии генов в лимфоцитах с помощью ОК или диет
Функция
Количество генов, подвергшихся воздействию
Диета А (I)/старые
Диета В (I+II) /старые
Диета С (I+III)/старые
Диета D (I+II+III)/старые
Диета F (OK)/старые
Клеточный цикл/клеточный рост
(7)
43
45
49
94
42
Биосинтез белка
(11)
26
22
14
24
24
Транспорт белка
(8)
27
28
21
30
35
Метаболизм РНК
(13)
43
62
51
55
48
Проведение сигнала
(11)
33
33
32
22
37
Неизвестно
(37)
41
36
39
45
37
Всего
(127)
37
42
36
43
37
Как видно из таблицы 5-1, все пищевые составы, а также ОК предотвращают связанные со старением изменения экспрессии генов в лимфоцитах по сравнению со старыми мышами. Диеты А (смесь I), С (смесь I+III) и F (ОК) приводят в среднем немного менее, чем к 40% предотвращения, диеты В (смесь I+II) и D (смесь I+II+III) приводят в среднем немного более, чем к 40% предотвращения.
Пример 6
Анализы с помощью микроматриц проводят для определения генов, на которые значительное влияние оказывает старение в жировой ткани, и для определения воздействия ограничения калорийности и различных пищевых составов на экспрессию таких генов. Микроматрицу Affymetrix GeneChip Mouse Expression Set 430A (Affymetrix, Inc., Santa Clara, CA), содержащую кластеры последовательностей, созданные на основе базы данных UniGene (Build 107, June 2002, National Center for Biotechnology Information), анализируют с помощью программы Affymetrix GeneChip Operating Software, как описано в примере 4. Гены, подвергаемые анализу с помощью микроматрицы, выбирают согласно критериям, приведенным в примере 4, так же проводят исследование воздействий различных режимов питания на выбранные гены.
На фигуре 10 показана сводка изменений экспрессии генов в жировой ткани. Как можно видеть, 643 гена, представляющие различные известные и неизвестные функции, проявляют измененные уровни экспрессии у старых мышей по сравнению с молодыми мышами (р<0,01).
Влияние ОК или режимов питания на связанные с возрастом изменения экспрессии генов в жировой ткани показано на фигуре 10 и в таблице 6-1.
Таблица 6-1
Сводка влияния диет на связанные с возрастом изменения экспрессии генов в жировой ткани (при р<0,01 и р<0,05).
Функция
Старение
ОК 0,01/0,05
Диета А 0,01/0,05
Диета В 0,01/0,05
Диета С 0,01/0,05
Диета D 0,01/0,05
Метаболизм аминокислот
6
0/1
2/2
2/3
2/3
1/2
Ангиогенез
5
2/3
0/0
0/3
0/1
0/2
Апоптоз
25
6/11
3/10
4/8
4/8
2/8
Адгезия клеток
17
4/5
1/5
5/8
3/4
2/6
Клеточный рост и/или поддержание
36
10/15
3/11
6/10
5/15
9/13
Клеточная пролиферация
27
6/11
3/6
6/13
1/4
3/8
Электронный транспорт и синтез АТФ
3
0/0
0/0
0/2
0/0
0/0
Ремоделирование внеклеточного матрикса
5
0/1
0/0
1/1
0/0
0/1
Иммунный ответ и воспаление
32
11/15
3/7
6/16
3/6
5/9
Метаболизм углеводородов
10
2/3
1/2
2/3
0/1
3/4
Метаболиз жирных кислот
3
0/2
0/1
2/2
0/1
2/2
Метаболизм липидов
17
1/6
2/3
5/7
0/3
5/8
Метаболизм нуклеиновых кислот
16
6/8
3/6
1/7
3/6
1/1
Деградация белков
7
2/4
5/7
0/1
3/5
0/3
Метаболизм белков
28
9/19
4/9
6/10
6/9
6/11
Модификация белков
11
3/4
5/8
2/5
4/6
2/2
Синтез белков
6
0/2
2/3
1/4
1/1
0/1
Ответ на
5
0/0
1/1
1/1
1/2
1/2
стимулы
Ответ на стресс
20
6/9
2/6
3/8
1/4
4/6
Передача сигнала
55
15/24
11/18
11/20
8/18
10/14
Транскрипция
62
12/30
6/8
9/19
6/10
7/17
Транспорт
46
17/24
13/18
10/18
8/18
9/16
Неизвестно
118
25/51
16/36
20/46
18/39
22/43
Как видно на фигуре 11, OK и каждая из диет A-D (и их сочетание) предотвращают определенный процент наблюдаемых связанных с возрастом изменений экспрессии генов. Самой большое воздействие наблюдается для ОК, однако, значительные воздействия также наблюдаются для каждой из протестированных диет. Таблица 6-1 показывает распределение генов, на которые есть воздействие, по функциям.
Фигуры 12-16 показывают результаты различных анализов данных. Здесь представлены графики воздействия ОК и каждой из четырех диет на связанные с возрастом изменения экспрессии отдельных генов. Показаны только те гены, для которых наблюдаются связанные с возрастом изменения экспрессии и связанные с ОК или диетами изменения экспрессии. Ось абсцисс у каждого графика представляет, во сколько раз увеличивается или уменьшается экспрессия гена у старых мышей по сравнению с молодыми. Ось ординат у каждого графика представляет, во сколько раз увеличивается или уменьшается экспрессия этого гена в результате изменения питания (ОК или одной из диет A-D). Так, например, если данный конкретный ген проявляет десятикратное увеличение экспрессии у старых мышей по сравнению с молодыми и проявляет шестикратное уменьшение экспрессии в результате применения диеты, говорится, что эта диета предотвращает или обращает связанное с возрастом изменение экспрессии данного конкретного гена. Соответственно, верхний левый и нижний правый квадранты каждого графика, показанного на фигурах 12-16, представляют гены, связанные с возрастом изменения экспрессии которых могут предотвращаться, хотя бы частично, с помощью диет. В противоположность этому, верхний правый и нижний левый квадранты каждого графика, показанного на фигурах 12-16, представляют гены, связанные с возрастом изменения экспрессии которых скорее всего не поддаются воздействию диет.
Как видно на фигурах 12-16, из числа генов, на экспрессию которых влияет возраст и соответствующие режимы питания, значительное большинство связанных с возрастом изменений можно предотвратить или обратить в различной степени с помощью диет. Эти результаты находятся в интервале от 68% (диета D, смесь I+II+III) до 97% (ОК).
Сводя воедино представленные выше данные, можно сказать, что согласно наблюдениям ОК предотвращает наибольшее число связанных с возрастом изменений экспрессии генов жировой ткани. Диеты А, В, С и D также противостоят развитию многих связанных с возрастом изменений экспрессии генов. В качестве одного примера замечено, что экспрессия Pltp увеличивается всеми диетами, возможно благодаря влиянию смеси I, присутствующей во всех диетах.
Известно, что белок CD59a является регулятором мембраноатакующего комплекса (каскад комплемента). Экспрессия этого гена у старых мышей по сравнению с молодыми и влияние режимов диеты исследовано. Результаты приведены на фигуре 17. Как видно из этой фигуры, экспрессия этого гены увеличена у старых субъектов в 1,6 раза по сравнению с молодыми субъектами. Видно, что ОК и каждая из диет A-D способны уменьшить экспрессию этого гена по сравнению со старыми контрольными животными и в отдельных случаях даже ниже значений, наблюдаемых у молодых контрольных животных.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными осуществлениями и приведенными примерами, но способно к вариациям и модификациям в пределах области притязаний приложенной формулы изобретения.