120 лет жизни - только начало. Как победить старение?
Шрифт:
Процессы клеточного старения лежат в основе нейродегенерации, остеопороза, дистрофии сетчатки, потери слуха, сердечно-сосудистых заболеваний, саркопении, одряхления, диабета 2-го типа, метаболического синдрома, недостаточности функций легких и почек, канцерогенеза, поскольку в результате них прекращается обновление клеточного состава тканей и органов.
Явление клеточного старения — неслучайный процесс. По мнению Джуди Кампизи, профессора из Института старения Бака, оно запрограммировано и выработалось в процессе эволюции как одна из форм ответа клетки на значительное повреждение. Являясь позитивным в раннем периоде жизни (подавляя развитие опухолей, участвуя в заживлении ран), клеточное старение становится негативным в позднем периоде жизни, вызывая старение организма и связанные с ним патологии.
Клеточное старение — универсальное явление. Ученым удалось наблюдать накопление неспособных к делению клеток с возрастом в коже, сетчатке, печени, селезенке, аорте, почках, легких человека и различных животных (приматов,
Клеточное старение распространено в участках тела, затронутых возраст-зависимыми патологиями — трофическими язвами, атеросклеротическими бляшками, артритом, хронической обструктивной болезнью легких, накоплением висцерального жира, доброкачественной гиперплазией предстательной железы, предопухолевыми поражениями, в головном мозге — при болезни Альцгеймера.
В настоящее время активно изучаются причины клеточного старения. Выделяют, по крайней мере, три причины необратимой остановки клеточного деления (рис. 23). Первый вид — это онкоген-индуцированное клеточное старение, когда клетка перестает делиться в ответ на накопление опухолеродных белков, гиперстимуляцию деления, активацию ряда сигнальных путей, отвечающих за направление ресурсов клетки на рост и деление. Второй вид — стресс-индуцированное старение, которое реализуется в некоторых типах клеток при возникновении двухцепочечных разрывов ДНК. Третий вид — репликативное старение, возникающее в ответ на укорочение теломерных концов хромосом. Все три вида, так или иначе, способствуют предотвращению или остановке опухолевого роста. Однако в условиях генетической нестабильности, имеющей место в старости, частота возникновения сенесцентных клеток резко возрастает, что приводит к нарушению регенерации тканей.
Рис. 23. Типы клеточного старения
Одна из причин, по которой клеточное старение выступает спусковым крючком возраст-зависимых патологий, заключается в его способности вызывать воспалительные процессы. Сенесцентные клетки секретируют воспалительные сигнальные белки — цитокины. Это так называемый старениезависимый секреторный фенотип стареющей клетки. Например, выделяемый сенесцентными клетками цитокин амфотерин активизирует сигнальные пути врожденного иммунитета, что приводит к усиленной секреции цитокинов воспаления макрофагами и последующей воспалительной реакции. В то же время хроническое воспаление ускоряет все основные возраст-зависимые патологии — от нейродегенерации до канцерогенеза. Старениезависимый секреторный фенотип эволюционно сформировался для того, чтобы сообщать сигнал о клеточном повреждении другим клеткам и стимулировать тканевую репарацию. Эта его роль проявляется, например, в процессе заживления ран. Кроме того, он является механизмом самоустранения сенесцентных клеток. Воспалительные цитокины привлекают иммунные клетки и вызывают атаку их источника. Однако возможности иммунитета с возрастом снижаются, и сенесцентные клетки перестают эффективно удаляться.
Помимо цитокинов, сенесцентные клетки секретируют ферменты для разрушения внеклеточных белков — металлопротеиназы. Эти ферменты в том числе разрушают коллаген, гликозаминогликан и эластин, составляющие основу межклеточного вещества. Чтобы читателю было проще представить их влияние на здоровье, отметим, что разрушение коллагена и гликозаминогликанов проявляется, например, в нарушениях регенерации хрящевой ткани, что приводит к возраст-зависимым заболеваниям суставов. Но этим их влияние не ограничивается. Образующиеся фрагменты разрушенных металлопротеиназами белков — матри-криптины — обладают сигнальной активностью. Они ингибируют рост сосудов и могут вызывать гибель клеток. Таким образом, старениезависимый секреторный фенотип нарушает структуру и функцию нормальных тканей, подавляет способность к делению стволовых клеток, стимулирует озлокачествление (рис. 24).
Рис. 24. Роль старениезависимого секреторного фенотипа в патологических процессах
Благодаря заметной роли в патогенезе старение-зависимых заболеваний, клеточное старение является потенциальной мишенью для терапевтических вмешательств. Среди стратегий борьбы с проявлениями клеточного старения научная группа Джуди Кампизи выделяет подавление секреторного фенотипа и индукцию избирательной гибели сенесцентных клеток. Генетически сконструированные мыши, у которых сенесцентные клетки самоликвидировались, отличались существенным замедлением в развитии возраст-зависимых заболеваний, в частности саркопении, катаракты, утраты жировой ткани.
Необходимо правильное питание с достаточным количеством витаминов С, Е, В1, В12, а также каротиноидов лютеина и зеаксантина. Все проводившиеся в разное время, в разных странах исследования показывают, что у
Имеются научно подтвержденные данные, что одним из факторов, способствующих возникновению катаракты, является диабет: у больных диабетом катаракта развивается в три-пять раз чаще. Как известно, развитие диабета ускоряется на фоне избыточного веса. Поэтому контроль за собственным весом в какой-то мере способствует и снижению риска катаракты.
Курение — еще один из наиболее убедительно доказанных факторов риска развития катаракты. Это объясняется тем, что у курильщиков серьезно страдает обмен веществ.
Значительный вред хрусталику наносит ультрафиолетовое излучение солнца. Периодическое воздействие ультрафиолетом повышает вероятность возникновения катаракты. Для защиты глаз от яркого солнечного света полезно носить темные очки или широкополую шляпу.
Нужно избегать поднятия тяжестей, резких рывков, прыжков и падений.
Программируемая гибель клеток (апоптоз) — генетически регулируемый процесс самоликвидации клетки. При запуске апоптоза клетка активирует ферменты, разрушающие ее цитоскелет, в результате чего она распадается на фрагменты, которые близлежащие клетки используют в качестве строительных блоков. Одновременно активируются ферменты, уничтожающие ядерную ДНК ликвидируемой клетки.
Апоптоз играет важную роль в различных физиологических процессах, таких как дифференцировка органов и тканей в раннем эмбриональном развитии, надзор за вирусинфицированными клетками, иммунный ответ, удаление ненужных или поврежденных клеток в постнатальный период, подавление опухолевого роста. В то же время апоптоз побочно обусловливает процесс старения организма, поскольку приводит к гибели стволовых клеток или клеток в нервной и мышечной тканях, в которых клеточное деление прекратилось, вызывая в этих тканях дегенеративные изменения (рис. 25).
Рис. 25. Функции апоптоза в индивидуальном развитии и старении
Возможны несколько способов участия апоптоза в процессе старения. Во-первых, позитивный, через устранение опухолевых и поврежденных стареющих клеток (например, фибробластов и клеток печени), которые затем могут быть заменены путем деления; таким образом, сохраняется тканевый гомеостаз. Во-вторых, утрата постмитотических клеток (например, нервных клеток или клеток сердечной мышцы), которые не могут быть заменены, что ведет к патологии. В третьих, при старении отдельные типы клеток теряют способность подвергаться апоптозу, что может служить причиной избыточного накопления нефункциональных стареющих клеток, аутоиммунных заболеваний (таких, как ревматоидный артрит) или опухолевого процесса. Таким образом, частью феномена старения может являться как увеличение чувствительности клеток к апоптозу, так и снижение, то есть тканеспецифическая разрегулировка апоптоза.
Развитие каждого индивида начинается с эмбриональных стволовых клеток. Даже самые примитивные многоклеточные организмы обладают стволовыми клетками. На ранних стадиях развития эмбриона из имеющихся клеток могут сформироваться любые клетки и ткани организма (несколько сотен типов). После первых нескольких делений зародыша стволовые клетки могут давать начало только некоторым, но не всем, клеточным линиям, а еще позже они могут становиться родоначальниками всего лишь нескольких определенных клеточных типов. Последняя группа стволовых клеток присуща, в небольшом количестве, и взрослому организму. Они обычно пребывают в состоянии покоя либо делятся симметрично (самовоспроизводятся), но при необходимости могут приступить к асимметричному делению, образуя клетки, из которых далее развиваются зрелые клетки, необходимые для функционирования той или иной ткани.
Замена поврежденной клетки на новую в результате асимметричного деления стволовой клетки может обеспечить неограниченную устойчивость к дегенеративным изменениям любой ткани организма человека при условии, что сами стволовые клетки бессмертны. Однако этого не происходит. Почему стволовые клетки с возрастом реже самообновляются или неправильно созревают, а в других случаях, наоборот, начинают делиться бесконтрольно, превращаясь в раковые? На этот вопрос специалисты до сих пор не нашли однозначного ответа.