. Общеизвестен механизм «дыхательного взрыва» фагоцитов: компонент неспецифической иммунной защиты организма.
Продуктам перекисного окисления липидов (ПОЛ) придают важное значение в процессах нормального обновления клеток и клеточных мембран – в поддержании структурного гомеостаза.
Действие внешних прооксидантов, повышенное потребление кислорода, загрязнение воздуха, воды и продуктов, недостаток естественных антиоксидантов (витамины Е, К, А, селен и пр.), врожденная недостаточность ферментов антиокосидантной защиты и другие состояния могут приводить к напряжению системы антиоксидантной защиты организма и вызывать оксидативный стресс, проявляющийся на молекулярном, клеточном и организменном уровне; он, видимо, является патогенетическим моментом в развитии воспалительных, бронхолегочных и сердечно-сосудистых заболеваний.
Резюме
Снижение основного обмена на 15–20 % – характерная черта старения. Отмечают снижение концентрации главных поставщиков энергии – АТФ и креатинфосфата – в тканях при выраженном снижении скорости их обновления. О напряженности энергообмена судят по соотношению моно-, ди- и трифосфатов (энергетический заряд Аткинса – снижение его с 0,85 до 0,53 в сердце и других тканях). Митохондрии в состоянии ишемии продуцируют свободные радикалы, повреждающие составляющие клетки структуры. В сыворотке существенно повышается содержание продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и белков при снижении активности СОД и общей антиокислительной активности сыворотки крови, а также снижается уровень глутатиона. В процессе формирования оксидативного стресса участвуют также альдегиды и церамид.
Снижается синтез альбуминов с повышением синтеза глобулинов (снижается А/Г-индекс). Изменяется количество активных – SН-групп в макромолекулах. Коллаген и эластин становятся ригидными (увеличение числа поперечных сшивок). Для углеводного обмена типично снижение толерантности к глюкозе (предиабет пожилых) и частая непереносимость лактозы молока (отсутствие синтеза фермента лактазы).
Содержание холестерина в крови растет с 20–30 лет до 60 (у мужчин) и 70 (у женщин) лет. Повышение с возрастом уровня триглицеридов происходит, видимо, за счет снижения активности липопротеидлипазы – ключевого фермента липидного обмена; последнее также приводит к снижению антиатерогенных липопротеидов низкой и очень низкой плотности, стабилизирующих жиры крови, что является одной из основ патоморфоза атеросклероза.
Генетика старения и долголетия
Направления в генетике старения
Продолжительность жизни является видовым признаком, что дает основание для применения генетических методов изучения старения. Классические методы – исследование наследуемости долгожительства и врожденные прогерии. Современные методы основаны на методах генной инженерии и направлены на:
• выяснение основной группы генов и их аллелей, определяющих старение и долгожительство;
• выяснение генов наследуемости преждевременного старения;
• генные модели старения;
• выявление генов клеточного старения;
• изучение генов, которые могут быть биомаркерами старения (изменение экспрессии генов с возрастом);
• изучение генов естественного полиморфизма продолжительности жизни внутри вида;
• новое направление – изучение видоспецифических генов долголетия.
Генные модели старения
Современные исследования генетики долгожительства и старения опираются прежде всего на анализ генных мутаций у модельных организмов.
В 1980 году впервые были обнаружены мутации, увеличивающие длительность жизни, на примере нематоды С. elegans (ген age-1, кодирующий фосфоинозитол-3-киназный каскад).
У дрожжей были обнаружены гены долголетия, интересные тем, что они консервативны в эволюции и обнаруживаются и у человека. В 1988 году был открыт первый ген, влияющий на ПЖ у дрозофилы, а в 1989 году показано увеличение длительности жизни при мутации в гене р66 у мышей.
В настоящее время обнаружено более 100 генов, мутации в которых увеличивают длительность жизни, причем многие из них – консервативные в эволюции, что означает кодирование высоко значимых для выживания и фундаментальных для жизни в целом функций.
Анализ генов, однако, дает неоднозначные результаты в интерпретации. Так, во многих случаях снижение скорости роста повышает длительность жизни. Эти данные касаются прежде всего простых организмов, что, видимо, означает связь долгожительства с программами регуляции роста и развития, полового процесса и размножения.
Снижают длительность жизни мутации, понижающие активность генов-эффекторов и генов – регуляторов стресса и адаптации; активация их способствует долголетию.
В целом на продолжительность жизни влияют гены, ответственные за самые различные процессы жизнеобеспечения; это гены, кодирующие:
• ГТФ-связывающие белки и ассоциированные рецепторы мембраны, регулирующие метаболизм и проведение сигналов в клетку;
• митохондриальные белки;
• деацетилазу гистонов, регулирующую активность генома;
• серин/треониновые протеинкиназы, фосфоинозитол-киназу, фосфатазу PTEN, протеинкиназу TOR и рецепторы инсулина (контролирующие рост и деление клеток и проведение сигналов в клетку);
• регуляторы экспрессии антистрессорных белков;
• гены – регуляторы апоптоза клеток;
• гены репарации ДНК и некоторые другие.
Видимо, значительную роль играет и вид животных. Так, у дрозофил дополнительные гены (у трансгенных животных) СОД (центральный фермент антиоксидативной системы) значительно повышают ПЖ, но у мышей выключение генов данного типа не вызывает преждевременного старения.
Видимо, у постмитотических животных, у которых клетки не делятся, сохранность их количества важна для ПЖ, а у мышей, у которых большинство тканей самообновляется клеточным делением, механизм повреждения клеток не играет определяющей роли в старении и ПЖ.
Пример генетически ускоренного старения обычно ассоциируют у мышей с геном Klotho, мутация которого вызывает проявления ускоренного старения: укорочение ПЖ, гипокинезию, бесплодие, артериосклероз, облысение, атрофию кожи и тимуса, снижение числа клеток гипофиза, продуцирующих гормон роста; этот ген кодирует мембранный белок типа бета-гликозидазы. Сокращение ПЖ, возможно за счет нарастания частоты спонтанных опухолей, наблюдали у мышей с выключенным геном р53 (центральным геном для апоптоза и регуляции клеточного деления).
В 1985 году была открыта теломераза – фермент, который достраивал укороченные теломеры в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие (неограниченный рост клеток в культуре).
Соматические клетки эукариотов, имеющие линейные хромосомы, лишены теломеразной активности. Их теломеры укорачиваются как в процессе онтогенеза и старения in vivo, так и при культивировании in vitro. Клетки больных синдромом преждевременного старения Хатчинсона-Гилфорда и синдромом Дауна имеют укороченные теломеры, однако клетки мыши, живущей в 100 раз меньше человека, имеют в несколько раз бóльшие размеры теломер.
Исходя из этих наблюдений, рядом авторов предлагается фармакологическая коррекция продуктов генов старения и долгожительства. Так, стимулятор сиртуинов ресвератрол увеличивает ПЖ на ряде модельных организмов; рапамицин, подавляя TOR, подавляет некоторые возрастзависимые изменения у человека; ингибитор рецепторов, связанных с G-белками, повышает ПЖ у дрозофил и оказывает другие эффекты.
Исследование долгожительства
Классические данные по генетике долгожительства основаны на оценке продолжительности жизни у детей и родителей и анализе феномена долгожительства. Наиболее смелые оценки, однако, дают лишь 2–3-кратную вероятность дожить до 90–100 лет для кровных родственников 100-летних родителей. Имеющие обоих родителей, доживших до 80 лет, получают дополнительно порядка 5 лет ПЖ, по сравнению с теми, кто имеет родителей, доживших до 60 лет. Наличие одного родителя-долгожителя дает значительно меньшую вероятность долгожительства у детей. У монозиготных близнецов ПЖ различается обычно не более чем на 3 года.
Вклад генетической компоненты в изменчивость по продолжительности жизни оценивают в 0,13–0,44 у дрозофил, 0,20–0,30 – у нематод и 0,21–0,36 – у мышей.
На примере 100-летних людей предполагают важную роль у них сочетания нескольких генов долголетия, из которых наиболее важны гены, кодирующие инсулиноподобный фактор роста, цитокины, ферменты антиоксидантной системы, метаболизм липидов (для долгожителей характерно большое количество липопротеинов высокой плотности); у 100-летних сохраняется чувствительность к инсулину и высокая резистентность к оксидативному стрессу. Важную роль отводят центральному гену апоптоза bcl-2, блокирующему программируемую смерть клетки (апоптоз), в том числе от оксидативного стресса.
Schachter и соавт. предложили классификацию генов долголетия и старения у человека:
1) гены, гомологичные генам, определяющим долгожительство у животных других видов;
2) гены, участвующие в поддержании клеточного равновесия тканей и репарации повреждений;
3) гены, ответственные за развитие возраст-ассоциированных заболеваний, тесно связанных со старением.
Видимо, наличием генетически различающихся по вероятной ПЖ групп объясняется и обнаруживаемая бимодальность кривых смертности около 60–70 лет, сменяющаяся на одномодальность в более поздних возрастах. Последнее делает популяционную геронтологию методом исследования генетики старения и долгожительства.