Предполагаемые гены смерти и долголетия человека

Как сумел ты так долго прожить, борода?  Как ты дожил до этаких лет? Льюис Кэрролл. Алиса в Зазеркалье

В течение последних лет ведется интенсивный поиск кандидатов на роль генов смерти и долголетия у человека {табл. 7). Schachter et al. (1994) предложили следующую классификацию: 1) гены, гомологичные генам, определяющим долгожительство у животных других видов; 2) гены, участвующие в поддержании клеточного равновесия тканей и репарации; 3) гены, ответственные за развитие основных заболеваний, связанных со старением.

В настоящее время принято считать, что только один ген аполипопротеина Е (АпоЕ) имеет существенное значение для долгожительства человека. У столетних выявлено отчетливое преобладание аллеля АпоЕ Е2 над аллелем Е4 (Schachter et al., 1994). Преобладание аллеля Е4, напротив, предрасполагает к гиперхолестеринемии, коронарной болезни сердца и болезни Альцгеймера (но не к раку или диабету). У лиц старше 90 лет риск болезни Альцгеймера, связанный с АпоЕ Е4, достигает плато. Более того, некоторые столетние с полиморфизмом Е4/Е4 полностью сохранны ментально, и неизвестно, определяется ли это защитным эффектом какого-либо гена или просто случайностью (Finch, Ruvkun, 2001). Полагают, что АпоЕ должен рассматриваться скорее как ген "хилости" (frailty), a не ген долголетия (Gerdes et al., 2000). На роль генов, определяющих долголетие (или "хилость"), могут претендовать и гены, определяющие МНС гаплотип, метиленотетрафолат редуктазы и знгиотензин-превращающего фермента.

Было установлено, что ген bcl-2 кодирует белки мембраны митохондрий, и его функция проявляется в фенотипе бессмертия в тех клетках, где он экспрессируется (Hockenbery et al., 1990). Однако в отличие от всех других онкогенов он не вызывал клеточной пролиферации, вместо этого клетки находились в состоянии персистенции, даже находясь под влиянием гормонов. Показано, что ген bcl-2 блокирует программируемую клеточную смерть, в. клетках, что продлевает их жизнь. Было также обнаружено, что продукт гена bcl-2 препятствует токсическому эффекту гидроксильных радикалов, защищая стареющие клетки от оксидативного стресса {Adams, Cory, 1998).

В опытах с bcl-2 и подобными ему генами на нематодах было показано, что они предотвращают цепную реакцию перекисного окисления липидов, которая происходит в мембранах, и этим :защищают клетки от повреждения свободными радикалами. Поскольку ген bcl-2 является частью клеточной системы противодействия апоптозу, то в настоящее время исследуются пути использования bcl-2 как лечебного средства в терапии нейродегенеративных заболеваний.

Таблица 7

Гены, полиморфизм которых был исследован в связи с ассоциацией с долголетием (De Benedictis et al., 2001, с дополнениями)

Ген	Функция	Ассоциированное заболевание	Ассоциация с долголетием
АРОЕ	Метаболизм липопротеинов (аполипопрстеин ЛВП, ЛОВП)	БА, ССЗ	+/-
АРОВ	Гомеостаз холестерина (апопротеин ЛНП)	Коронарная артериальная гипертония	+
АРОСIII,Т-455С	Передача сигнала инсулина	Сахарный диабет II типа	+
APO A-IV	Метаболизм липопротеинов (апопротеин ЛВП, ЛОВП)	БА?	+
АСЕ	Ангиотензин-превращающий фермент	ИМ, инсульт, ЕА, ЭГ	+/-
CYP2D6, CYP2C19	Семейство генов цитохрома P4S0	Болезнь Паркинсона? Рак	+/-
HLA класс I и класс II	Иммунный ответ	Иммунные нарушения	+/-
Р53	Антионкоген	Рак, апоптоз	-
Факторы V, VII, РАI-1	Свертывание крови, белки фибринолиэа	ИМ, тромбоэмболия	+/-
Фибриноген	Плазматический фактор свертывания	Коронарная артериальная гипертония	+/-
Протромбин	Свертывание крови и белок протромбин	ИМ	+/-
MTHFR	Метилирование гомоцистеина	ССЗ,рак	+/-
Митохондриальная ДНК	Окислительное фосфорилирование	Митохондриальные болезни, КАБ? Диабет? Болезнь Паркинсона? БА?	+
PARP	Репарация ДНК, апоптоз	?	-
ТРА (тканевой активатор плазминогена)	Фибринолиз/тромболизис	ИМ? Инсульт	-
ACT (ангиотензиноген)	Система ренин-ангиотенэин	ЭГ, ССЗ, КАБ, КСБ	-
GP2b3a	Свертывание крови	ССЗ	-
ТРО (тиреоидная пероксидаза)	Тиреоидный метаболизм	?	-
ТН (тирозин гидроксилаза)	Синтез катехоламинов	?	+
TH-INS-Fokl	Чувствительность к инсулину	Сахарный диабет	_
SOD2	Связывание АКФ, апоптоз	?	+
WRN(Bepнep)	ДНК геликаза	Синдром Вернера

Примечание. (+) Положительная ассоциация; (-) отсутствие ассоциации. БА - болезнь Альцгеймера; ИМ - инфаркт миокарда; ЭГ - эссенциальная гипертония; ССЗ - сердечно-сосудистые заболевания; КАБ - коронарных артерий болезнь; КСБ - коронарно-сердечная болезнь.

Ген белка р53 также является чрезвычайно важным как для контроля эволюции раковых клеток, ограничивая их бесконтрольный рост и даже вызывая регрессию опухолей, так и для клеточного старения, выполняя функцию удаления старых, нефункционирующих клеток. Белок р53 ведет себя как антионкоген: его введение в трансформированные клетки подавляет их неконтролируемую пролиферацию. Было установлено, что если нормальный р53 участвует в контроле тканевого роста за счет активации генов, вовлеченных в подавление роста, его мутантные формы могут препятствовать этому процессу и инициировать образование опухолей. Мутации гена р53 являются наиболее распространенными мутациями в клетках опухолей человека и были найдены в опухолях различной локализации (Rodin, Rodin, 1998). Недавно были получены данные, что локус klotho ассоциирован с выживаемостью человека, определяемой как постнатальная ожидаемая продолжительность жизни, и также ассоциирован с долголетием, определяемым как ожидаемая продолжительность жизни после возраста 75 лет (Arking et ai., 2002).

Гены аполипопротеина Е (АпоЕ) и ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ) играют важную роль в липидном метаболизме, а поскольку сердечно-сосудистые заболевания являются главной причиной смерти человека, то они непосредственно влияют на продолжительность жизни. Белки АпоЕ участвуют в создании, секреции, транспорте и связывании макромолекулярных липопротеидных комплексов. Они являются компонентами ТГ-богатых липопротеинов и ЛПВП плазмы. АСЕ является ключевым ферментом ренин-ангиотензиновой системы, важной в контроле болезни Альцгеймера, гомеостазе воды и соли и контроле клеточного роста. Три обычные изоформы АпоЕ: Е2, ЕЗ, Е4 кодируются соответственно генами 2, 3 и 4. В то время как изоформа Е4 ассоциирована с высоким уровнем холестерина в крови и связана с повышенным риском ишемической болезни сердца (ИБС), относительно редкая изоформа Е2 связана с менее высоким уровнем холестерина крови. Высокая частота 2 аллелей у столетних (Schachter et al., 1994) предполагает, что 2 может оказывать защитное влияние в виде снижения уровня холестерина, что вторично влияет на заболеваемость ИБС. Это, впрочем, не единственное объяснение: АпоЕ и, в частности, его вариант АпоЕ4 вовлечены в патогенез болезни Альцгеймера. Белок АпоЕ4 ненормально связывается с некоторыми внутриклеточными белками, что приводит к их агрегации и формированию внутриклеточных нейрофибриллярных пучков, он также связывается с внеклеточным -амилоидным белком (Schachter et al. 1994). Предполагается, что болезнь Альцгеймера развивается, поскольку АпоЕ4 вариант вреден для нейронов, лишая их нормальной защиты от нейродегенерации. Показано, что у носителей двух Е4 аллелей болезнь Альцгеймера развивается в среднем на 15 лет раньше, чем у носителей двух ЕЗ аллелей. Тем не менее у столетних с полиморфизмом 4/4 деменции не наблюдалось. Возможно, что АпоЕ4 связывается с другими внутри- и внеклеточными компонентами, что может играть роль в развитии ИБС (Finch, Tanzi, 1997).

При анализе полиморфизма генов AnoAl, АпоСЗ и АпоА4 в группе 800 индивидуумов в возрасте от 18 до 109 лет было установлено, что частота аллеля гена AnoAl, коррелирующего с увеличением уровня липидов низкой плотности и холестерина у 46- 80-летних мужчин, была существенно повышена у столетних, являя собой еще один "генетический парадокс" долгожителей (Garasto et al., 2003).

Установлено, что ограничение калорийности питания практически всех биологических объектов сопровождается увеличением продолжительности жизни (Weindruch, Walford, 1988; Roth et al., 1999). Ключевым биологическим параметром при этом является низкий уровень инсулина и IGF-1. Логично предположить, что генетически детерминированные изменения в геноме, приводящие к эффектам ограничения калорийности питания, могут реализоваться увеличением индивидуальной продолжительности жизни. У нематод и плодовых мушек были выявлены мутационные изменения генов в системе передачи сигнала от инсулинового рецептора к транскрипционному фактору daf-16, которые ассоциированы с существенным увеличением продолжительности жизни. Все описанные мутации (age-1, daf-2, СHIСО, InR и др.) находятся в генах, предшествующих daf-16 в инсулиновом каскаде. Ген daf-16 является транскрипционным фактором и оказывает свое действие, связываясь в промоторных областях генов, регулируемых инсулином (insulin-response elements, IRE). Однако неизвестно, какова продолжительность жизни организмов, имеющих мутации в участках IRE разных генов.

В исследовании, выполненном группой исследователей из Института ядерной физики РАН, Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН и Санкт-Петербургского городского гериатрического центра, проанализировано возрастное распределение частот аллелей АпоСШ, один из которых располагается в 5'-нетранслируемой области этого гена (Т-455С) в пределах функционального участка связывания инсулина, в группе из 137 престарелых жителей Санкт-Петербурга (возраст 70-106 лет) и контрольной группы из 110 школьников {возраст 6-17 лет) (Anisimov S. et al., 2001). Было установлено, что частота мутационного события в IRE гена АпоС-III человека строго положительно коррелирует с продолжительностью жизни. Таким образом, впервые представлены доказательства, что мутация в системе передачи сигнала инсулина, находящаяся ниже гена daf-16, непосредственно связана с долголетием (Schwartz et al., 2000). В этой связи представляется очень важным оценить структурную организацию (полиморфизм) IRE других генов, регулируемых инсулином, и их вклад в долголетие. В работе, выполненной недавно итальянскими исследователями (Bonafe et al., 2003), было показано, что лица с полиморфизмом G/A гена рецептора IGF-1 (IGF-1R) имеют ниже уровень IGF-1 в плазме крови и чаще встречаются среди долгожителей.

В исследовании полиморфных аллелей 19 генов у 436 пациентов разного возраста, проходивших профилактический терапевтический осмотр, не было выявлено достоверных возрастных изменений в частотах аллелей генов АпоЕ, PON1, AGT и LMYC1, хотя для гена АпоЕ была отмечена тенденция нарастания с возрастом частоты аллеля ЕЗ и исчезновение после 60 лет редких генотипических классов (Е2/Е2, Е4/Е4 и Е2/Е4) (Хавинсон и др., 2002). Авторами установлено, что после 60 лет достоверно снижаются частоты редких аллелей генов АпоСIII и LPA. а также частота генотипического класса 1/1 гена АСЕ, достигающая достоверных значений после 70 лет. В период от 45 до 60 лет уменьшаются частоты нулевых гомозигот гена GSTM1 и носителей мутантных аллелей генов MTHFR и DRD. Однако после 60 лет подобных изменений этих трех генов не наблюдалось. С возрастом достоверно понижается частота гетерозигот 4G/5G гена РА11 и увеличивается доля гомозигот 4G/4G, а также возрастают частоты мутантных аллелей в генах F2, F5 и Р53. В целом в этой работе найдены значительные возрастные различия в распределении 10 генов (табл. 8).

На основании полученных результатов авторы полагают, что носители редких аллелей генов АпоIII и LPA имеют меньшую продолжительность жизни по сравнению с гомозиготами по частым аллелям этих генов, причем эти различия выявляются только по достижении ими возраста 60 лет. В этот же период подвергаются давлению отрицательного отбора I/I гомозиготы по гену АСЕ, что особенно заметно после 70 лет. Гомозиготы по гену GSTM1 и носители мутантных аллелей генов MTHFR и DRD имеют больший риск смерти в возрасте 45-60 лет, тогда как у лиц, переживших этот возраст, носительство этих же аллелей не сказывается сколько-нибудь существенно на продолжительности жизни. Гомозиготность D/D по гену АСЕ, ассоциированному с гипертрофией левого желудочка сердца и ишемической болезнью сердца, не оказывает существенного влияния на продолжительность жизни. Частота аллелей генов F2, F5 и РАН, ассоциированных с активацией свертывающей системы крови и торможением фибринолиза, оказалась повышенной в самой старшей возрастной группе.

Исследование распределения мутации G-A в гене фактора V свертывания крови (Arg506Gin), определяющей резистентность активированного белка С (АРС) и риск развития венозной тромбоэмболии, показало существенные различия в распределении мутантного аллеля в группе лиц с "поздними" и "ранними" инфарктами миокарда среди пожилых лиц (средний возраст 80 лет) и в контрольной группе молодых людей (Baranovskaya et al., 1998). Средний возраст пациентов, перенесших инфаркт и имевших Лейденскую мутацию, составил 72 года, что на 12 лет было больше, чем средний возраст всех пациентов с инфарктами миокарда. Частота обнаружения гена фактора Виллебрандта, который является хорошо известным предиктором атеротромботической болезни, была парадоксально существенно повышена у 100-летних жителей Италии по сравнению с 45-55-летними (Coppola et al., 2003).

У 159 пациентов с ИБС в возрасте от 35 до 87 лет был исследован полиморфизм гена АСЕ. Контролем служили здоровые доноры (66 чел.) (Малыгина и др., 1999). Обнаружено существенное увеличение частоты генотипа DD и аллеля D и снижение частоты генотипа II и аллеля I у больных ИБС по сравнению с контролем. Авторы полагают, что генотип DD гена АСЕ обусловливает предрасположенность к ИБС и является фактором риска для развития инфаркта при ИБС.

Установлено, что мутации в гене -синуклеина, которому отводится важная роль в генезе аутосомально-доминантной формы болезни Паркинсона, не играют патогенетической роли в популяции россиян, в отличие от европейских и американских популяций (Illarioshkin et al., 2000).

Изучение распределения аллелей онкогена L-MYC у здоровых доноров среднего и пожилого возраста, а также больных раком различной локализации, показало, что соотношение аллелей L и S у доноров в разных возрастных группах было одинаковым, однако у пожилых курильщиков отмечалась тенденция к повышению встречаемости аллеля S, что может указывать на ассоциацию между этим аллелем и устойчивым к курению генотипом (Того и др., 1999).

Полигенная система главного комплекса гистосовместимости (HLA у человека и МНС у мышей) может играть важную роль среди генетических факторов долгожительства. Показано, что мыши с аллелем Н-2д живут дольше, у них выше активность иммунной системы и меньше частота спонтанных лимфом. Хотя у столетних европейцев в 2 раза чаще встречаются некоторые аллели HLA-A,-C и DR, эти наблюдения не подтвердились при исследовании столетних жителей Сардинии и пока отсутствуют подтверждения этой связи для других популяций (Finch, Ruvkun, 2001; Lio et al., 2003).

В целом результаты исследования кандидатных генов долгожительства человека (см. табл. 7 и 8) довольно противоречивы. В значительной мере эти противоречия могут быть обусловлены гетерогенностью популяции и проблемами адекватного отбора лиц как для обследуемой группы, так и контроля (Dc Benedicts et al., 2001). Многие столетние имеют различные инвалидизирующие заболевания, отсутствуют унифицированные критерии оценки здоровья или отсутствия болезней. Существенные изменения в частоте и распространенности многих заболеваний, наблюдавшиеся на протяжении минувшего века, могут существенно модифицировать смертность в когортах людей, родившихся в разные годы, поэтому реальным контролем должны служить лица из той же когорты, но умершие раньше долгожителей. В этой связи представляется весьма перспективным развиваемый в последние годы генетически-демографический подход, комбинирующий демографическую информацию с данными о генетических маркерах (Yashin et ah, 1999, 2000). В любом случае есть основания полагать, что влияние одного какого-либо гена на смертность в популяции является весьма слабым.

Несмотря на значимость упомянутых проблем, некоторые заключения все же можно сделать. Так, довольно убедительными выглядят данные об ассоциации долголетия с такими генами, как АпоЕ, АпоВ, AnoA-IV, мтДНК. В особенности это касается АпоЕ, полиморфизм которого существенно модифицирует продолжительность жизни. Полагают, что аллель Е4 надежно предсказывает уязвимость индивидуума (Gerdes et a)., 2000). Отсутствие ассоциации с долголетием для маркеров, локализованных в генах Р53 и PARP, также хорошо воспроизводимо (De Benedicts et al., 2001). Данные о полиморфизме генов, связанных с рядом тяжелых заболеваний (см. табл. 7), не позволяют выявить какую-либо ассоциацию с долголетием, либо приводят к парадоксальным выводам, как, например, в случае с высокой частотой генотипа D/D АСЕ или 4G/4G РАI-1 у столетних.