В поисках «лекарства от старости»

Л. В. Львова, канд. биол. наук

Адам жил сто тридцать лет, 
и родил сына по подобию своему,
по образу своему, и нарек ему имя: Сиф.
Всего же дней жизни Адамовой было 
девятьсот тридцать лет.

Ветхий завет, Книга Бытия

Жизнь длиной в девять сотен лет… Что это - быль или сказка? Ответ на этот вопрос геронтологи ищут и поныне.

Alma mater

«… по причинам, лежащим в самой сущности жизни, индивидуальная эволюция, начинающаяся с резкого преобладания восходящих процессов, заканчивается победой нисходящих процессов. Противоречия, являющиеся причиной жизненного процесса, в конце концов являются и причиной отрицания этой жизни, причиной ограниченности индивидуального бытия»,- писал в 1940 году Алексей Васильевич Нагорный, один из создателей современной возрастной физиологии, четверть века возглавлявший кафедру физиологии животных и человека Харьковского государственного университета.

Именно здесь, в Харьковском университете, в послевоенные годы и были заложены основы отечественной науки о старении, которая, кстати говоря, внесла достаточно весомый вклад в мировую геронтологию.

В результате многолетних исследований харьковские ученые получили убедительные доказательства того, что даже в стареющем организме наряду с нисходящими процессами «имеются и достаточно мощные восходящие процессы».

Сами же процессы старения проявляются, главным образом, в нарушениях синтеза соединений ассимиляторной фазы, что пагубно сказывается на структуре и функции хроматина, белоксинтезирующего аппарата клетки и клеточных мембран.

Возрастные изменения в различных тканях и органах происходят неравномерно, слаженное единство целостного организма нарушается. Наиболее ярко это проявляется в «расбалансировке» ассимиляторной и диссимиляторной фаз жизненного процесса, которая по мере старения неравномерно нарастает в разных органах. При этом постоянно снижается доля энергии, расходуемой на синтез и ресинтез веществ протоплазмы (прежде всего, белков).

Иными словами, процессы старения связаны «с соскальзыванием использования энергии окислительных процессов на синтез макроэргических систем тканей, а само использование энергии макроэргов соскальзывает с процессов синтеза».

Возрастные изменения затрагивают и нейрогуморальную систему.

По мере старения организма она все хуже и хуже справляется со своей основной, регуляторной, функцией. Кроме того, ослабевает восприимчивость тканей к нейрогуморальным воздействиям.

В результате всех этих изменений постепенно угасает способность «к восстановлению полноценного состава протоплазмы», и, в конце концов, «в составе организма и его отдельных тканях и органах возникают необратимые изменения. Подтверждение тому - накопление медленно обновляющихся белков, необходимых для нормализации обменных процессов и функционирования организма.

Дальнейшее изучение синтеза отдельных белков в процессе старения показало, что огромное разнообразие возрастных изменений отдельных белков в первую очередь обусловлены регуляторными механизмами на этапе «списывания» (или, по выражению генетиков, транскрипции) генетической информации.

Особое место А. В. Нагорный отводил центральной нервной системе и нервно-трофическим воздействиям на ткани: в нервной системе он видел мощный фактор долголетия, а нарушение нервной трофики считал одной из основных причин преждевременного старения организма.

Логика рассуждений Нагорного очень проста.

В обычных условиях старения способность к полноценному самообновлению протоплазмы в нервной системе довольно долго сохраняется, и по этой причине даже в глубокой старости она (т. е. нервная система) «является главным фактором, противодействующим возникновению дисгармоний в жизненном процессе периферических органов». Именно поэтому в последние годы жизни Нагорный и уделял столь большое внимание изучению роли нервной регуляции в возрастной эволюции организма и возрастным изменениям самой нервной системы, особенно коры головного мозга.

После смерти А. В. Нагорного изучение механизмов старения продолжалось: сначала под руководством академика Буланкина, а после его ухода из жизни исследования возглавил профессор Никитин.

Благодаря этим работам, удалось выяснить множество любопытных особенностей процесса старения.

В частности, опыты на животных продемонстрировали, что при определенных условиях белковое голодание и последующее полноценное кормление изменяют фосфолипидный состав протоплазмы и тем самым вызывают его условное омоложение. В дальнейшем было выдвинуто положение о том, что на фосфолипидах - постоянном компоненте ядерного хроматина - лежит «печать возраста»: соотношение отдельных фракций фофолипидов и содержащихся в них жирных кислотах с возрастом меняется, а в старости общее содержание фосфолипидов резко падает.

На фракционный состав фосфолипидов, как оказалось, большое влияние имеют гормоны (особенно тироксин). Это означает существование реальной возможности «омоложения» фосфолипидных фракций хроматина. Более того, гормоны могут сыграть важнейшую роль в управлении возрастными изменениями функций хроматина и белоксинтезирующего аппарата клеток.

Сама же эндокринная система тоже подвержена возрастным изменениям. Одни железы, к примеру тимус, очень рано достигают максимального развития, и уже к началу полового созревания их функция резко снижается.

У большинства эндокринных желез интенсивность функционирования уменьшается только при старении, да и то постепенно. Зато активность вазопрессина и гонадотропинов с возрастом растет и снижается лишь в очень преклонном возрасте. Вместе с тем восприимчивость периферических органов к гормонам по мере старения тоже существенно меняется.

В последние годы, с приходом профессора Бондаренко, усилия кафедры сосредоточились на исследовании возрастных особенностей адаптационных возможностей клетки. Постепенно начинают выясняться многие, ранее неизвестные «подробности» роли цитоплазматических мембран, транспортных белков и белков цитоскелета в обеспечении гомеостаза клетки.

По мнению Валерия Антоновича Бондаренко, это лишь первые шаги: «отодвинуть» максимальную продолжительность жизни и изменить характер старения позволит только детальное понимание возрастных изменений реактивности организма.

Умные гены

Адаптационно-регуляторная теория возрастного развития родилась лет тридцать назад в Киевском институте геронтологии.

Адаптационной (т. е. приспособительной) она была названа потому, что с ее помощью ученые попытались объяснить снижение приспособительных возможностей организма, чреватое весьма неприятными последствиями - ухудшением качества жизни, развитием болезней и, наконец, увеличением вероятности смертности.

Регуляторной она была названа потому, что объясняет появляющиеся с возрастом нарушения в саморегуляции организма изменениями в механизме генной регуляции и сдвигами в нейро-гормональной регуляции.

Благодаря такому подходу, при анализе механизмов старения удалось доказать существование прямо противоположных процессов - процессов антистарения. Одни из них - «репарация» генетического аппарата (т. е. восстановление поврежденной ДНК) и антиоксидантная система защиты по «обезвреживанию» свободных радикалов - закреплены наследственно и предназначены для создания более надежных систем. Другие - активация некоторых ферментов, повышение чувствительности ряда клеток к гормонам при ослаблении желез внутренней секреции, гипертрофия и многоядерность клеток - «запускаются» по мере старения организма, компенсируя и ликвидируя пагубные последствия старения.

Путем нехитрых рассуждений легко понять, что с этой точки зрения долговечность организма определяется сбалансированностью процессов старения и антистарения.

По прогнозам авторов адаптационно-регуляторной теории идеология геронтологии в будущем должна измениться, ибо исследователи сосредоточат свои усилия на изучении процессов антистарения.

По мнению сотрудников Института геронтологии, изменения в генорегуляторном механизме могут иметь различные последствия.

В одном случае - подавление «действующих» и активация ранее «молчавших» генов, ведущие к сдвигу в соотношении синтезируемых белков. В обеспечении клетки пластическим материалом возникают «сбои», которые в конечном итоге могут привести к снижению приспособительных возможностей клетки.

В другом случае - активация некоторых провирусов, обитающих в клетках. И как результат - гибель клеток-хозяев. Это предположение нуждается в дополнительных доказательствах. То же самое можно сказать и об иммуноцитолизе - гибели клетки, связанном с образованием внутри нее аутоантител. (По предположению киевлян, к появлению аутоантител может привести активация «молчащих» генов, ответственных за синтез иммуноглобулинов.)

Так могут проявляться изменения генорегуляторного механизма на клеточном уровне. Но нельзя забывать о существовании некой генетической информации, предопределяющей общую структуру клеток, число клеток в органе, межклеточные взаимоотношения, форму и размер органа. Не исключено, что именно «надклеточный и межклеточный интегративный уровень генетической информации определяет системность нарушений в процессе старения».

Как именно геномы клеток обмениваются информацией пока неизвестно. Возможно, они используют для этого инверторы - новый класс внутриклеточных регуляторов, при помощи которых генетический аппарат клетки контролирует состояние плазматической мембраны.

Это допущение базируется на ряде фактов, установленных сотрудниками Института геронтологии.

Во-первых, инверторы могут проникать в кровь и передавать информацию от клетки к клетке.

Во-вторых, при старении синтез инверторов снижается, что приводит к ухудшению реакции клеток на гормоны, уменьшению активного транспорта веществ через плазматическую мембрану и ослаблению межклеточных контактов. Кстати, этому способствуют и изменения самой мембраны, препятствующие выходу инверторов из клеток.

Короче говоря, при старении инверторы могут нарушать и внутриклеточную регуляцию, и межклеточные связи. Но это еще нужно доказать.

Не менее правдоподобен и другой механизм старения - возрастное «метастазирование» генами. Предположительно, происходит оно следующим образом.

При гибели клеток происходит фрагментация ДНК. Образующиеся при этом «мельчайшие обломки генома» попадают в межклеточную жидкость, откуда они посредством пиноцитоза могут проникнуть внутрь другой клетки. При благоприятных условиях генные метастазы «вносят коррективы» в регуляцию генома приютившей их клетки и затем распадаются.

Естественно, клетки в организме гибнут постоянно. Однако при старении согласно закону диалектики «количество переходит в качество»: с увеличением числа гибнущих клеток возникают качественно новые изменения генома. Немалое значение имеет и снижение фагоцитарной активности, и изменение фосфолипидного состава плазматических мембран, облегчающее переход геномных осколков внутрь клеток. Да и сам метастазирующий материал, возможно, меняется, поскольку из старых клеток в него могут попадать гипотетические «гены старения».

Кстати говоря, киевские ученые полагают, что «любой вид возрастной патологии развивается в результате нарушения регуляции генома, экспрессии и репрессии генов, изменения синтеза определенных белков»:

• при атеросклерозе - это изменение соотношения группы белков, определяющих свойства липопротеинов;
• при диабете - «подавление» гена инсулина, которое способствует уменьшению синтеза этого гормона;
• при раке - активация онкогенов и синтез соответствующих раковых белков;
• при болезни Альцгеймера - синтез амилоидного белка;
• при болезни Паркинсона - снижение синтеза некоторых рецепторов и ферментов - тиролзигидроксилазы и дофаминдекарбоксилазы при одновременной активации моноаминооксидазы.

Не исключено, что причиной возрастной патологии может стать и генетическое «инфицирование». В этом случае в работу генома клетки вмешиваются проникшие в нее осколки генома погибшей клетки.

«Ленивый ум разрушается быстрее»

То, что мозг является главным координатором функционирования организма, ни у кого не вызывает сомнения. Многие исследователи даже считают, что в гипоталамусе находятся часы старения организма. И это неудивительно, ведь именно здесь, в гипоталамусе с его 32 парами ядер, «скрещивается эмоциональное, поведенческое, вегетативное, эндокринное, иммунное». Не мудрено, что гипоталамические нарушения столь важны в развитии возрастной патологии.

В Институте геронтологии попытались найти гипоталамические часы старения и разрушить их. Пока ничего не получилось, но поиски продолжаются.

Зато в этом же институте удалось показать, что с возрастом из-за гибели нейронов, периферических нервных окончаний и уменьшения синтеза медиаторов ослабляются нервные влияния на клетки и органы.

Свой вклад вносит и резкое ослабление нейронного тока веществ - аминокислот, клеточных органелл, вирусов, белков и т. д., транспортируемых нейронами к «месту назначения», определенному органу. Некоторые из этих соединений через синапс попадают в иннервируемые клетки.

Все это может вызвать трофические изменения в иннервируемых органах и привести к возрастным изменениям в клетках.

Не исключено, что подобным образом могут «действовать «белки старения» и активированные провирусы (если, конечно, они действительно существуют).

При старении претерпевает изменения и эндокринная регуляция. Причем, как показали киевляне, «на фоне снижения активности ряда желез внутренней секреции может происходить повышение чувствительности клеток и органов к ряду гормонов, ко многим физиологически активным веществам и лекарственным препаратам». На практике это означает необходимость пересмотра дозировок медикаментов, назначаемых пожилым людям. Но есть одно небольшое но: единый коэффициент изменения дозировок отсутствует, поскольку в старости к одним физиологически активным веществам восприимчивость растет, а к другим, наоборот, падает.

Клавиатура жизни (точка зрения зарубежных ученых)

Нередко генетический аппарат клетки называют клавиатурой жизни. Продолжив сравнение, гены, кодирующие множество различных белков, можно уподобить клавишам. А мощный регуляторный аппарат - пианисту, который, используя лишь малую часть клавиатуры, «озвучивает» всего 4-5% генов. И тем не менее, геном определяет лейтмотив пьесы под названием «Жизнь клетки».

Не удивительно, что геронтологи пытаются разобраться в генетической «подоплеке» старения.

Одни специалисты причину старения усматривают в нестабильности генома, которая проявляется в виде точечных мутаций, потере повторяющихся участков ДНК, хромосомных перестройках и даже изменении числа хромосом. И, действительно, некоторые работы свидетельствуют в пользу такого предположения.

В частности, в опытах на модельной системе  S. cerevisai  обнаружена явная связь между старением и нестабильностью генома, обусловленная появлением нехромосомной кольцевой рибосомальной ДНК.

Подобный механизм имеет место и у млекопитающих. Но в этом случае кольцевые ДНК не содержат рибосомальную ДНК и накапливаются только в органах с большим количеством делящихся клеток. Правда, и там число кольцевых ДНК не настолько велико, чтобы говорить об их ключевой роли в старении.

Сейчас накоплено немало данных, указывающих на существование связи между болезнями старости и нестабильностью генома. К примеру, у больных с синдромом Блума обнаруживаются весьма грубые изменения генетического аппарата - множество сестринских хроматидных обменов и различных хромосомных перестроек. (Такие пациенты, кстати, склонны к онкозаболеваниям.) При синдроме Вернера изменения генома не столь глубоки, но зато в этом случае очень много перестановок и делеций (т. е. потерь участков ДНК).

Теломеры - повторяющиеся последовательности на концах хромосом, защищающие хромосомы от повреждений, называют «молекулярными часами клетки» неспроста: в культуре клеток человека прослеживается явная взаимосвязь между длиной теломер и способностью клеток к делению: по мере угасания способности клеток к самовоспроизведению (т. е. репликации) теломеры укорачиваются. Происходит это по вине теломеразы: реактивация этого фермента в культуре за счет введения гена теломеразы, вдвое увеличивает продолжительность жизни клона.

К сегодняшнему дню накоплено немало сведений, свидетельствующих в пользу важности репликативного старения. Прежде всего, это

• корреляция между длительностью репликативного периода жизни культивируемых клеток и возрастом донора;
• уменьшение  in vitro  репликативного периода жизни клеток людей со старческими синдромами;
• накопление стареющих клеток у стариков.

Казалось бы, доказательства вполне убедительные. Но не все так просто, если вспомнить о других исследованиях, которые не менее убедительно доказывают, что:

• корреляция между возрастом пациента и «репродуктивным» периодом культивируемых клеток отсутствует, если его здоровье и условия биопсии контролируются;
• сокращение «активной» жизни некоторых стареющих клеток не ведет к старческому синдрому, а может отражать лишь рост «смертности» клеток (или их «выход» из жизненного цикла) по причинам, не связанным со старением. К тому же обнаружены явные отличия в морфологии и экспрессии генов в коже стариков и культуре стареющих фибробластов.

Объективности ради, нельзя не вспомнить о данных, которые ставят под сомнение значимость нестабильности генома при старении. Пример тому - низкая частота встречаемости изменений в главном комплексе гистосовместимости человека лимфоцитов периферической крови у стариков.

Не менее запутан вопрос о роли мутаций митохондриальной ДНК в процессах старения.

С одной стороны митохондриальный геном отличается ярко выраженным «непостоянством»: по способности к мутациям митохондриальная ДНК в 10-20 раз превосходит ядерную. Возникающие мутации, скорее всего, могут пагубно сказаться на электронном транспорте и окислительном фосфорилировании, что приведет к «сбоям» в энергоснабжении клетки и избыточному продуцированию свободных радикалов. Не исключено, что «возрастные» дефекты митохондриальной ДНК (впрочем, как и множество других факторов) могут стать причиной преждевременной гибели клетки. Иными словами, привести к разрегулированию апоптоза - запрограммированной смерти клетки - и таким образом внести «посильный» вклад в старение организма.

С другой стороны, результаты исследований подтверждают, что с возрастом число мутаций в митохондриальной ДНК растет, затрагивая мизерную часть генома - всего 1% ДНК. Кроме того, по некоторым данным, для клинического проявления наследственных болезней, обусловленных мутациями митохондриальной ДНК, изменения должны «охватить» более половины митохондриального генома.

Словом, пока речь идет о второстепенной роли подобных мутаций в старении, то, вполне вероятно, что более тонкие исследования дефектов митохондриальной ДНК и дальнейшее изучение генетической основы старения и апоптоза заставят пересмотреть этот вывод.

Однако по современным представлениям помимо всех этих автономных, независящих от внешних сигналов, механизмов старения клеток, существует еще и системная регуляция старения с участием гуморальных факторов. Основная задача гуморальных факторов (или, проще говоря, гормонов) - координация длительности старения в различных тканях и органах.

Обе эти системы, как показывают многочисленные эксперименты, не только мирно сосуществуют, но и находятся в постоянном взаимодействии. Правда, «детали» их взаимоотношений пока не удалось выяснить даже в опытах на животных.

Лекарство от старости

Чудо-средства, возвращающего молодость, в Природе, по-видимому, не существует. Зато продолжительность здоровой, активной жизни, по мнению сотрудников Института геронтологии, можно увеличить. Для этого нужно не больше, как изменить баланс процессов старения и антистарения - замедлить темпы старения и активировать процессы антистарения.

Сделать это можно при помощи генорегуляторной терапии, направленной на предупреждение и восстановление нарушений регуляции генома.

В пользу верности такого подхода свидетельствует то, что, блокируя антибиотиками считывание генетической информации, можно на 25-40% увеличить среднюю и максимальную продолжительность жизни крыс.

Если немного пофантазировать, то легко представить, что в будущем при помощи специально созданных лекарств можно будет целенаправленно воздействовать на определенные группы генов, подавляя или активируя их.

Один из возможных способов - дозированная активация гена теломеразы. (Дело за малым - расшифровать структуру гена и найти соединения, способные ингибировать и активировать его.)

Если же все-таки удастся выделить гены, кодирующие белки старения и антистарения, то полезными окажутся и методы генной терапии, манипулирующей непосредственно генами. Правда, при всей привлекательности подобного лечения, желательно помнить, что добавление или изъятие гена для генома не проходит бесследно и в какой-то мере может сказаться на его «работе».

Еще один путь - создание лекарств, на основе белков антистарения, призванных восстановить нарушенные геномно-мембранные связи.

Первый шаг уже сделан - ученые выделили и установили молекулярный вес инверторов - внутриклеточных белков-регуляторов.

Наиболее реальным методом лечения старости на сегодняшний день является клеточная терапия. Об этом, в частности, свидетельствуют совместные исследования кафедры животных и человека (Харьковский университет) и лаборатории нейрофизиологии и иммунологии (Институт неврологии, психиатрии и наркологии АМН Украины). Их результаты свидетельствуют о том, что внутримозговая и дистантая пересадка эмбриональной нейронной ткани голубоватого пятна не только восстанавливает память, но и нормализует иммунную систему крыс.

Итак, поиски «лекарства от старости» продолжаются. Пока же, в ожидании светлого будущего, геронтологи дают нам несколько простых советов:

• активный интеллектуальный режим;
• хороший эмоциональный настрой;
• диета - либо количественно недостаточная и качественно полноценная, либо белковоограниченная (для справки: долгожители Украины потребляют в 2-5 раз меньше животного белка, а калорийность их рациона вдвое меньше среднестатистической);
• достаточное количество витаминов (после 50-ти дважды в год желательно проводить витаминные курсы) и антиоксидантов (к ним, как известно, относятся витамины А, Е и С).