Гарячі точки сучасної
геронтології
Володимир Миколайович Анісімов,
д.м.н., проф., рук. отд. канцерогенезу і онкогеронтологіі НДІ онкології
ім.Н.Н.Петрова, СПб
Перспективи біології: від хибного знання - до істинного
неуцтво.
В. Я. Александров
За останні 160 років очікувана тривалість життя
в економічно розвинених країнах постійно збільшувалася з середньою швидкістю 3
міс/рік, і немає ніяких підстав вважати, що ця тенденція зміниться в
Найближчим часом [1]. Більш того, стрімко зростає кількість осіб, які прожили 100 і
більше років. У деяких країнах Європи їх кількість подвоюється кожні 10 років.
Зростає число довгожителів і в Росії. Наприклад, у Санкт-Петербурзі в 1979 р.
було 92 жителя, які переступили 100-річний рубіж, у 1996 р. - 150, а в 2001 р. --
вже 369 [2]. За даними ООН, найбільш швидко зростаючий сегмент старечої
популяції - особи 80 років і старше. Таке глобальне постаріння населення
пов'язане з проблемою якості життя в літньому віці. Все це визначає
зростання інтересу до геронтології, і перш за все - до вивчення первинних
механізмів старіння організмів і популяцій, а також факторів, що визначають
тривалість життя.
До теперішнього часу обговорюється питання, чи можна розділити
нормальне, або фізіологічне старіння (без хвороб) і патологічне
старіння, безпосередньо пов'язане з такими захворюваннями, як рак, хвороби
серця і судин, остеопороз, остеоартрит, цукровий діабет і деякими
нейродегенеративними захворюваннями (хворобою Альцгеймера, хворобою Паркінсона та
ін) *.
* Терміни, що використовуються для опису старіння,
досить неточні, оскільки немає загальноприйнятого визначення самого процесу. У
англомовній літературі є два терміни - aging і senescence, і хоча обидва
переводяться на російську мову одним словом старіння, але у вітчизняній
літературі aging зазвичай відповідає нормальному, або фізіологічного
старіння, а senescence визначають як патологічне старіння.
Цією проблемою вже понад 40 років займається
Балтімора проект по старінню (Baltimore Longitudinal Study on Aging, BCLA)
Національного інституту старіння США, в рамках якого ведуться спостереження за
групами здорових людей протягом їхнього життя. Оскільки вікова динаміка
показників дуже варіює від людини до людини, практично неможливо
оцінити ступінь старіння окремого індивідуума, грунтуючись на вимірюванні однієї
або декількох біохімічних, фізіологічних чи фізичних характеристик.
Тому до цих пір і немає універсальних тестів для визначення біологічного
віку, порівнянного по надійності з хронологічним.
Завдяки роботі BCLA з'ясувалося, що більшість
вимірюваних показників змінюється з віком поступово, тоді як
стрибкоподібні зміни швидше характерні для асоційованої з віком
патології. Розрізняють захворювання, асоційовані зі старінням
(aging-dependent), або з віком (age-dependent). Так, деякі генетично
детерміновані захворювання (наприклад, хвороба Хантінгтона) залежать від
віку, оскільки проявляються в передбачувані роки. Зміни, пов'язані з
нормальним старінням, можуть відігравати істотну роль у розвитку тієї чи іншої
патології. Тому дуже важливо відрізняти непатологіческіе вікові зміни
(наприклад, посивіння волосся) від сприяють розвитку одного або декількох
патологічних процесів (наприклад, накопичення оксидативного ушкоджень) і
що викликають або вказують на захворювання (наприклад, освіта амілоїдних
бляшок у мозку як фактор ризику хвороби Альцгеймера). Таке розмежування
необхідно для вибору профілактичних заходів проти передчасного старіння і
вікової патології.
В короткій журнальної статті неможливо освітити навіть
побіжно основні напрями досліджень сучасної фундаментальної
геронтології, тому відішлемо читача до відповідної літератури [3, 4]. Ми
торкнемося лише найбільш "гарячих точок" в цій галузі, яка, на думку
журналу "Science", стане в найближчі 25 років однією з найбільш
пріоритетних наукових дисциплін.
Пошук генів старіння та довголіття
Як зумів ти так довго прожити, борода?
Як ти дожив до отаких років?
Льюїс Керрол. Аліса в Задзеркаллі
Пpодолжітельность життя тварин і людини
істотно pазлічается у pазних видів. Цей показник варіює в 1 млн разів
серед всіх видів і від 10 до 50 разів усередині груп з однаковим рівнем
організації. Серед ссавців рекорд довголіття належить одній з
порід китів (понад 200 років), лабораторні гризуни живуть не більше двох-трьох років,
а багато інших гризуни такого ж розміру - до 5-10 років і більше. Оскільки
видова максимальна тривалість життя корелює зі швидкістю розвитку,
є підстави вважати, що є подібні механізми розвитку і старіння,
які видоспецифічність і генетично запрограмовані. Генетичний код
людини і шимпанзе схожий на 98%, однак людина живе до 122 років, а шимпанзе
до 56 років. Дуже невелике число генів може визначати відмінності між ними в
стратегії розвитку і швидкості фізіологічного старіння [5].
Оцінити успадкованого довгожительства у людини
можна, спостерігаючи за членами однієї родини, включаючи пpіемних дітей (для обліку pолі
умов сpеди). Результати більшості досліджень довгожительства у близнюків
показують, що успадковується тривалості життя в людини не перевищує
50%. За даними шведських геронтологів, які вивчали велику групу близнюків,
виховувалися в різних сім'ях, одна третина мінливості в загальній смертності
обумовлена генетичними факторами. На пpодолжітельность життя близнюків можуть
впливати специфічні гени, напpимеp визначають пpедpасположенность до ожіpенію
або атеpосклеpозу. Разом з тим отримані дані, що свідчать про більшу
успадкованого довгожительства. Так, нащадки столітніх мали в чотири рази
велику ймовірність прожити 85 років і більше, ніж діти тих, хто помер до 73 років
[4].
Сьогодні досить поширена точка зору, відповідно до
якій генетична програма розвитку вичерпується репродуктивним успіхом
(тобто народженням потомства), а виживання організму після завершення
репродуктивної функції якщо і опосередковано геномом, то дуже побічно [4]. Ряд
недавніх публікацій, що стосуються зв'язку між віком народження дітей і
тривалістю життя батьків, залучив до цієї проблеми пильну
увагу. Показано, що жінки, які прожили 100 і більше років, в чотири рази частіше
народжували дітей після 40 років, ніж прожили не більше 73 років [6]. На думку
авторів, пізня менопауза може бути чинником, що сприяє довголіттю.
Аналіз даних про кількість дітей, і віком їх
батьків у сім'ях британських аристократів виявив, що ці показники
корелюють з тривалістю життя [7]. Серед померлих у молодому віці
(до 20 років) два з кожних трьох жінок були бездітні, а серед прожили більше
80 років таких було менше третини. Ранні пологи і велика кількість дітей негативно
позначалися на тривалості життя жінки. Вік перших пологів був
найменшим у померлих рано і найбільшим у прожили більше 80 років. Більше шансів
дожити до 100 років мали народили первістка після 40 років. Цікаво, що й чоловіки
жили довше, якщо кількість вироблених ними дітей було не дуже велика (а
дрозофіли жили довше, якщо їм не дозволяли розмножуватися). Тривалість
життя дочок більше пов'язана з тривалістю життя матері, ніж батька, а у
синів ця залежність значно менш виражена і не визначається підлогою
батьків.
В останні роки суттєвий прогрес у вивченні
генетики старіння обумовлений роботами на безхребетних. Популярною моделлю
стала нематода (Caenorhabditis еlegans), яка живе близько 20 днів. Черви
розмножуються гермафродітіческім самозапліднення, що забезпечує
формування генетично однотипних популяцій. C допомогою хімічних мутагенів
або методів генної інженерії отримали черв'яків з більшою на 50% середньої і в два
рази більшою максимальною тривалістю життя, ніж у їхніх попередників.
Наявність таких популяцій нематод переконливо свідчить про генетичне
контролі темпу старіння. Ідентифікувати ген age-1, модифікація або супресія
продукту якого збільшує тривалість життя [4]. Цей ген
контролює цілу групу генів, що мають відношення до тривалості життя
(daf-2, daf-23, spe-26, clk-1). Так, зменшення активності гена daf-2 (гомолога
гена рецептора інсуліну) у два рази збільшує тривалість життя
нематод.
Інша хороша модель для геронтологів - плодова
мушка Drosophila melanogaster. Як і у випадку з нематодою, отримані мутанти
дрозофіли, що мають різну тривалість життя. Особи зі збільшеним числом
копій генів ферментів супероксиддисмутази (sod1) і каталази жили на 20-37%
довше за звичайні, а мухи з надмірними копіями генів лише одного з цих
ферментів антиокислювальних захисту таким ефектом не мали [8]. Трансгенні
дрозофіли з надмірною експресією гена sod1 в мотонейронах жили на 40% довше
і були значно стійкіші до окислювального стресу, ніж мухи, які не мали
цього гена [9].
У дрозофіл, як і у нематод, система передачі сигналу
від інсуліну і інсулінподобного фактора-1 (IGF-1) також регулює розміри тіла
і тривалість життя (рис.1). Так, мутації в регуляторному ділянці гена
гомолога рецептора інсуліну (chico) збільшували тривалість життя мух на
45%. Мухи, гетерозиготні по двох різних мутацій в цьому гені, жили на 85%
довше, ніж дрозофіли дикого типу [10]. Обидва типи мутацій в цьому гені також
супроводжувалися посиленням активності ферменту супероксиддисмутази.
Рис. 1. Схеми передачі сигналу інсуліну у нематоди,
плодових мух і ссавців.
Хоча паралелі між системами регуляції інсуліну у
нематод і плодових мух дуже виразні, але є й певні відмінності. Так,
лінія дрозофіл c мутацією, названа mth ( "мафусаілова" від Methuselach --
Мафусаїла) не тільки збільшувала їх тривалість життя на 35%, а й
підвищувала стійкість до стресу, викликаного самими різними факторами:
голодуванням, нагріванням чи додаванням до корм параквата - генератора активних
форм кисню [11].
За допомогою методів генної інженерії отримані лінії
мишей із збільшеною тривалістю життя. Гомозиготні миші з "вимкненим"
геном рецептора гормону росту (ghr-/ -) живуть значно довше, ніж
гетерозиготні (ghr +/-) або дикого типу (ghr +/+). У мишей ghr-/ -,
пропорційних карликів, уповільнений зростання, зменшено довжина кісток і зміст
кісткових мінералів, немає рецептора гормону росту і білка, що зв'язує його,
знижений вміст у крові інсулін-подібного фактору росту I і зв'язує його
білка-3, а в сироватці крові збільшена концентрація гормону росту [12].
Карликові миші Еймса (мутанти, що несуть одиничні
точкові мутації в Prophet pit-1 гені) живуть на 50-64% довше, ніж особи дикого
типу. Ця модель - один з перших прикладів здатності одиничного гена
продовжувати життя ссавців. У мишей Ейсма знижений рівень пролактину,
тіреоідстімулірующего гормону, гормону росту, інсулін-подібного фактору-1 і
інсуліну в крові, підвищена чутливість до інсуліну та знижена температура
тіла [13]. Як самці, так і самки карликових мишей безплідні і
імунодепресивні.
У самок мишей Igf1r +/- з частково нокаутовані
геном рецептора IGF-1 середня тривалість життя збільшена на 33% у
порівняно з самками дикого типу (p <0.001), а у самців - лише на 16%. У
цих мишей немає карликовості, а основний обмін, температура тіла, споживання
корми, фізична активність і фертильність не відрізнялися від контролю, але вони
більш стійкі до окислювального стресу в порівнянні з контролем (Igf1r +/+)
[14].
Протягом останніх років ведеться інтенсивний пошук
кандидатів на роль генів смерті і довголіття у людини. В даний час
прийнято вважати, що для довголіття людини важливий тільки один ген
аполіпопротеїну Е (AпоЕ). У прожили 100 років переважає аллель AпоЕ-E2.
Навпаки, посилення алелі E4 розташовує до гіперхолестеринемії, коронарної
хвороби серця і хвороби Альцгеймера (але не до раку або діабету). В осіб старше
90 років ризик хвороби Альцгеймера, пов'язаний з алелей E4, досягає плато.
Вважають, що AпоЕ повинен розглядатися скоріше як ген "кволість" (frailty), а
не як ген довголіття.
Цей напрямок - один з найперспективніших в
сучасної геронтології, але воно вимагає складного обладнання та великих
коштів для вивчення генетичних маркерів старіння та асоційованих з
віком захворювань. Однак накопичені до цього часу дані дозволяють
вважати, що немає і, напевно, не буде виявлений єдиний ген,
визначає старіння і довголіття як індивідуума, так і виду.
Вільні радикали і старіння
Ваша теорія і поважна, і дотепна.
Втім, всі теорії стоять одна одній.
М. А. Булгаков. Майстер і Маргарита
В останні роки найбільш популярна
свободноpадікальная теоpія стаpенія. Практично одночасно висунута
Д. Харманіт (1956) та М. М. Емануелем (1958), вона пояснює не тільки механізм
старіння, але й широке коло пов'язаних з ним патологічних процесів
(серцево-судинних захворювань, вікової імунодепресії, дисфункції мозку,
катаракти, рака і деяких інших). Відповідно до цієї теоpіі, пpодуціpуемие
головним чином в мітохондріях активні форми кисню (О2-., Н2О2, АЛЕ ·, О2)
повpеждают клітинні макpомолекули. Підраховано, що за 70 років життя людини
організм виробляє близько тонни радикалів кисню, хоча тільки 2-5%
вдихуваного з повітрям кисню перетворюється в його токсичні радикали.
У клітці щури за день може утворитися до 104
викликаних активними формами кисню ушкоджень ДНК, і до 10% молекул білка
можуть мати карбонільні модифікації. Переважна більшість з них
нейтралізується ще до того, як встигнуть зашкодити ті чи інші компоненти клітини.
Так, з кожного мільйона супероксидних радикалів від ферментної захисту
вислизає не більше чотирьох.
Сьогодні показано, що видова тривалість життя
корелює з активністю ферменту супероксиддисмутази (СОД), змістом
