Старение: незапланированный износ или запрограммированный процесс?

Недавно в научном журнале Nature были опубликованы результаты исследования ученых из Каролинского института и Института Макса Планка (Karolinska Institute and the Max Planck Institute), касающиеся механизмов старения.

После серии опытов над мышами исследователи сделали вывод о том, что скорость старения человека зависит от строения ДНК в митохондриях, которую он получает от матери. Митохондрии – своеобразные «клеточные электростанции». В них синтезируются молекулы, являющиеся носителями энергии. И только в этих структурах содержится собственная ДНК, помимо той, что есть в хромосомах.

Оказывается, определенные мутации в ДНК митохондрий способны ускорить старение организма. Видимо, это связано с тем, что в клетке начинает вырабатываться меньше энергии.

Теперь ученых интересует другой вопрос: можно ли повлиять на ситуацию при помощи образа жизни и медикаментозных препаратов?

По словам руководителя исследовательской группы Нильс-Горана Ларссона (Nils-Göran Larsson), митохондрии могут играть ключевую роль в процессе старения.

Итак, список теорий старения пополнился еще одной. Но может ли хотя бы одна из них дать нам исчерпывающий ответ на вопрос: почему люди стареют? Что мы сегодня знаем об этом?

Теории старения

Сегодня существуют две основные точки зрения на процесс старения:

• Старение - результат негативных воздействий на организм извне. Это могут быть различные химические вещества (неблагоприятная экологическая обстановка, некачественные продукты питания и питьевая вода, профессиональные вредности и так далее), излучения (солнечная радиация, космические лучи, искусственные источники излучения), перепады температур и прочее. Будучи вынужден постоянно противостоять этим факторам, организм постепенно «изнашивается».

• Старение - запрограммированный процесс, естественный итог эволюции. Когда постоянно происходит смена поколений, каждое новое является более приспособленным к окружающей среде¹.

В процессе старения принимают участие три основных механизма:

• Клеточный: изменения, происходящие на уровне клеток.

• Молекулярный: изменения, происходящие на уровне молекул.

• Физиологический: изменения, происходящие на уровне различных систем, в первую очередь иммунной и желез внутренней секреции.

Клеточные механизмы старения

Размножение клеток происходит при помощи деления. Для того, чтобы каждая новая клетка была полноценной как материнская, в ней должен присутствовать полный набор хромосом. Поэтому перед делением должно произойти их удвоение.

Ученый Леонард Хейфлик провел эксперимент, в ходе которого клетки соединительной ткани, способные к активному делению, переносили на новую питательную среду, в это время он наблюдал за их размножением.
Оказалось, что клетка способна делиться лишь 50 – 70 раз (в среднем 52 раза), после чего дальнейшее деление становится невозможным.

Это явление объяснил отечественный исследователь Алексей Оловников. Он предположил существование особых концевых участков ДНК (теломер), которые не способны удваиваться во время клеточного деления. В каждом новом поколении клеток эти участки укорачиваются, и это происходит до тех пор, пока деление не становится невозможным.

За восстановление ДНК отвечает особый фермент, но в большинстве клеток его активность очень низкая. В лаборатории при его искусственной активации удавалось увеличить количество делений клеток вдвое.
Известно, что у разных животных клетки способны к разному количеству делений. Например, у крыс – 100 раз. И в этом заключается некое несоответствие: ведь при таких показателях продолжительность жизни крыс должна быть больше, чем у человека.

Как утверждал сам Оловников, его теория не может полностью объяснить механизмы старения. Сокращение теломер ДНК потенциально способно приводить к старению и смерти, но не все люди доживают до того момента, когда все клетки тела утрачивают способностью к делению.

Второй клеточный механизм старения связывают с ферментом фосфоинозитид-3-киназой. Он регулирует размножение и запрограммированную гибель клеток (апоптоз).

Например, при ряде мутаций гена фосфоинозитид-3-киназы продолжительность жизни круглых червей нематод значительно увеличивается. Если же поместить на питательную среду клетки соединительной ткани и заблокировать в них фосфоинозитид-3-киназу, то начинаются процессы, напоминающие старение.

Молекулярные механизмы старения

Отчасти старение организма вызвано изменениями на молекулярном уровне, которые приводят к нарушениям функций; клетки быстрее утрачивают способность к делению. Особенно страдает клеточная мембрана.

В клетках могут накапливаться нехарактерные вещества, которые никогда не образуются в норме. Их выведение естественным путем затруднено или вовсе невозможно. Этот «молекулярный мусор» засоряет клетку, не дает ей нормально делиться, ускоряет ее гибель.

Считается, что многие молекулярные механизмы старения реализуются посредством свободных радикалов – активных веществ, способных окислять другие молекулы. В организме присутствуют антиоксидантные системы, выполняющие защитную функцию. Со временем они начинают работать хуже. Свободные радикалы вызывают более сильные повреждения, ускоряется накопление «молекулярного мусора».

Свободные радикалы способны повреждать и генетический материал в хромосомах: ДНК и РНК. Со временем накапливаются повреждения, ошибки генетического кода, мутации, в результате чего после очередного клеточного деления образуются дефектные клетки.

Впрочем, роль свободных радикалов в процессе старения оспаривается. Например, недавно группа ученых из Университета МакГилл (McGill University, Канада) во главе с Зирфридом Хекими провела исследование на круглых червях. Были сделаны выводы о том, что свободные радикалы не только «не виновны» в старении, но и помогают бороться с ним. Они провоцируют процесс естественной гибели дефектных клеток. Таким образом, организм избавляется от «слабых звеньев». Продолжительность жизни аскарид, которым вводили свободные радикалы, увеличивалась. 

Физиологические механизмы старения

Ни одна клетка в составе человеческого организма не работает сама по себе. Каждая подчиняется влияниям со стороны нервной, иммунной системы, желез внутренней секреции. Существуют специфические механизмы, регулирующие процесс клеточного старения.

Есть и определенные вещества, которые активируют размножение клеток. К ним относятся некоторые гормоны, биологически активные вещества.

Активно размножающиеся клетки выделяют вещества, которые, напротив, подавляют деление.
С возрастом клетки становятся более чувствительными к тормозящим и практически не реагируют на активирующие воздействия. Даже в том случае, если они имеют достаточно длинные молекулы ДНК.

В процессе жизни изменяется содержание гормонов в крови. Гипоталамус – железа головного мозга, которая регулирует работу практически всех эндокринных органов, - с возрастом хуже реагирует на влияния извне, утрачивает способность адекватно подстроить работу гуморальной системы под те или иные условия.

Изменения иммунитета в процессе старения двояки. С одной стороны, ослабевает реакция в ответ на внедрение чужеродных антигенов, в то же время, развивается агрессия против собственных клеток.

Следствия возрастных нарушений в иммунной системе:

• Активация хронических инфекций, повышение чувствительности к болезнетворным микроорганизмам.

• Повышение риска развития злокачественных опухолей.

• Поражения сосудов, атеросклероз.

• Аутоиммунное поражение щитовидной, поджелудочной и других желез.

• Дегенеративные заболевания нервной системы.

Наиболее эффективно иммунная система работает в возрасте 11 лет. Некоторые исследователи утверждают, что, если бы иммунитет работал так же хорошо всю жизнь, то теоретически средняя продолжительность жизни могла бы составить 800 лет, а отдельные люди доживали бы до 22000 лет¹.

Среди рассмотренных теорий сложно выделить ведущую. Ни одна из них не может полностью объяснить, почему постепенно происходит увядание организма. Возможно, процесс настолько сложен, что в нем имеет определенное значение каждый механизм. А возможно, есть и другие, которые еще предстоит открыть.

1. «Патологическая Физиология. Учебник.» под ред. Н. Н. Зайко и Ю. В. Быца, «МедПресс Информ», Москва, 2004