о
Опыты на клеточных культурах продемонстрировали, что SkQl дей- >
ствительно избирательно адресуется в митохондрии, где может кон- s
центрироваться до 100 млн. раз по сравнению с внеклеточной средой. S
о
Это вещество предотвращает перекисное окисление митохондриального фосфолипида — кардиолипина, что, по-видимому, и объясняет увеличение продолжительности жизни различных видов живых существ, и замедляет либо предотвращает развитие у них большой группы стар- ^ ческих болезней и признаков старения (подробнее см. тот же раздел в у электронной версии).
СЕ
II.7.4. Отмена старости: SkQ и ограничение питания
Верит в медицину. Соблюдает диету, как его дед соблюдал посты.
Эмиль Кроткий
Есть основания полагать, что попытка отменить программу старения у животных впервые дала положительный результат еще в 1934-1943 гг., когда К. М. МакКей и независимо Т. Б. Робертсон и сотрудники сообщили об увеличении продолжительности жизни крыс и мышей посредством некоторого ограничения их питания. С появлением гипотезы Хармэна о роли АФК в старении все эти эффекты стало принято объяснять уменьшением объема пищи, окисленной кислородом, а значит, и снижением сопутствующей продукции АФК и вызываемого ими повреждающего действия на биополимеры. Однако опыты
опровергли такое обнаружилась уже в ранних работах по ограничению питания,
Во-первых, выяснилось, что для дрозофилы достаточно двух дней жизни впроголодь, чтобы превратить ее в «долгожителя» в той же степени, как если бы муха была ограничена в питании в течение всей своей жизни. Во-вторых, оказалось, что не только избыток пищи, но даже ее запах снижает геропротекторный эффект ограничения питания дрозофилы и нематоды С. elegans. Все эти обстоятельства вряд ли специфичны для беспозвоночных. По данным чешских авторов Е. Стучликовой и других, крысы, мыши и золотистые хомячки, ограниченные в питании на 50% в течение двух лет, жили на 20% дольше контрольных. Ограничение в пище в течение одного только первого или только второго года жизни увеличивало эффект до соответственно 40-60% или 30-40%.
Как показали дальнейшие исследования, в эффект ограничения питания вносят вклад как углеводный, так и белковый его компоненты.
При этом за действие белков отвечает одна-единственная аминокислота, а именно метионин. Метионин относится к группе незаменимых аминокислот, так как он не может синтезироваться в организме млекопитающего, всецело зависящего от поступления метионина с пищей. л Оказалось, что как продление жизни, так и уменьшение генерации ^ АФК митохондриями и окислительного повреждения митохондри- 5 альной ДНК имитируется диетой, где белок заменяли изокалорийной смесью аминокислот, из которой исключен метионин. Существенно, что ограничение питания никак не сказывается на окислении ядерной ДНК, которого можно было бы ожидать, исходя из гипотезы о старении как неспецифическом возрастном повреждении биополимеров клетки посредством АФК и его предотвращении при снижении кало- х рийности питания. ш
По нашему мнению, ограничение питания воспринимается организмом как весьма тревожный сигнал о грядущем голоде. Даже частичное голодание, как известно, влечет за собой уменьшение плодовитости. А это, в свою очередь, ставит под вопрос само существование популяции. Чтобы воспрепятствовать такому повороту событий, достаточно замедлить программу старения, продлив тем самым продолжительность репродуктивного периода индивида, т.е. увеличив общую численность его потомства. Интересно в этой связи упомянуть, что ограничение питания не имеет геро-протекторного действия на матку пчелиного улья, у которой, по-видимому, программа старения просто отменена. Иными словами, действие ограничения питания на продолжительность жизни лишь косвенно связано с АФК и представляет собой чисто регуляторный эффект. Существует ряд наблюдений, что ограничение питания действительно снижает окислительный стресс. Это прежде всего биология, а не химия. Вот почему такие явно сигнальные эффекты, как кратковременный пост (или, наоборот, запах пищи), а не только ее недостаток или избыток в течение всей жизни, оказывают мощное влияние на параметры жизненного цикла. Не случайно, что временное ограничение питания (пост) лучше, чем постоянное. Сигнал может быть подан за сравнительно короткий срок, а вообще-то длительный период жизни впроголодь сам по себе ничего хорошего организму принести не может. Возможно, что религиозные посты — это способ продления жизни путем кратковременных периодов ограничения питания. Известно, что люди, соблюдающие религиозные обряды, в среднем живут дольше.
Сигнальный характер эффекта ограничения питания хорошо объясняет опыты с метионином. По-видимому, организм определяет количество доступной пищи, и прежде всего незаменимых аминокислот, нужных для биосинтеза его белков, отслеживая количество только одной из них — метионина.
Важно, что ограничение питания не только увеличивает среднюю про- А должительность жизни, но и продлевает молодость, как было отмечено уже первооткрывателем этого явления МакКеем. Отступают старческие недуги, само поведение и даже внешний вид старых животных зачастую становятся неотличимыми от таковых у молодых.
Удивителен результат недавно опубликованной работы группы Р. Уэйн-драха на приматах. Двадцатилетний опыт на 76 макаках показал, что длительное 30%-ное ограничение питания (в опыт были взяты взрослые животные в возрасте от 7 до 14 лет) приводит к резкому уменьшению зависящей от возраста смертности (за 30 лет из всех обезьян, живших впроголодь, умерло только 20% против 50% в контрольной группе животных, получавших пищу at libitum), исчезновению из списка причин смерти от диабета, уменьшению вдвое частоты смертей от рака (у макак это в основном аденокарцинома кишечника), уменьшению частоты смертей от сердечно-сосудистых заболеваний, снижению остеопороза, предотвращению развития таких старческих признаков, как саркопе-ния, уменьшение массы серого вещества головного мозга, облысение, поседение и др. К 30 годам оставшиеся в живых контрольные макаки в 80% случаев демонстрировали явные признаки старения, в то время как в опытной группе они наблюдались лишь у 20% животных.
< Для ПРОДВИНУТОГО ЧИТАТЕЛЯ > < Для ПРОДВИНУТОГО ЧИТАТЕЛЯ
На рис. 4 в первой части книги приведены фотографии двух обезьян одного и того же возраста (около 28 лет). Налицо разительное отличие: у контрольной обезьяны — безнадежный, потухший взгляд философа-пессимиста, приоткрытый рот, траурно опущены уголки губ, безжизненно повис хвост. А вот недоедавший собрат жестко смотрит в объектив широко раскрытыми глазами, рот плотно закрыт, губы сжаты в струнку, а хвост, как говорится, еще вполне «пистолетом».
Опыт на обезьянах не закончен, поэтому мы не можем делать выводы о действии ограничения питания на максимальную продолжительность жизни приматов. Однако по грызунам такие данные имеются. Они свидетельствуют, что у мышей, крыс и хомячков медианная продолжительность жизни увеличивается гораздо сильнее, чем максимальная. Наиболее простое объяснение увеличения медианной продолжительности жизни — отмена (или сильное торможение) программы старения. При этом могут замедляться и другие онтогенетические программы, прежде всего рост организма. Это происходит при достаточно сильном и продолжительном голодании. Однако более умеренное ограничение питания может удлинять жизнь и без задержки роста. Что касается максимальной продолжительности жизни, то для ее увеличения необходимо прежде всего отменить все виды рака, иначе организм с выключенной программой старения в конце концов «доживет до своего рака». Как ограничение питания, так и SkQ оказывает защитное действие при некоторых видах рака, но, к сожалению, таких раков, по-видимому, — меньшинство (см. ниже раздел II.9).
Между эффектами ограничения питания и SkQ оказалось много общего. Как в том, так и в другом случае происходит рек-тангуляризация кривых смертности, резко уменьшается ранняя смертность, а средняя продолжительность жизни увеличивается гораздо сильнее, чем максимальная. Их эффект состоит не столько в продлении жизни как таковой, сколько в продлении здоровой, молодой жизни. Эффективны оба воздействия на живых существ, очень сильно различающихся по своему систематическому положению (ограничение питания — на дрожжах, червях, насекомых, млекопитающих; SkQ — на мицелиевом грибе, цветковом растении, ракообразном, насекомом, рыбе и ряде млекопитающих). Действие как одного, так и другого носит ярко выраженный плейотропный характер, т. е. на них отвечает сразу множество физиологических систем организма. Отступают болезни сердечно-сосудистой системы, остеопороз, нарушения зрительного аппарата, некоторые типы рака, не происходит поседения и выпадения волос, старческой депрессии. Противоречивые данные получены по саркопении и иммунным ответам при ограничении питания. Ряд авторов отмечает, что это воздействие ослабляет как мышечную систему, так и иммунитет. В то же время Уэйндрах и соавторы указывают на отсутствие саркопении у обезьян, а МакКей и соавторы — на устойчивость к легочным инфекциям у крыс, посаженных на ограниченную диету (сравни с резким уменьшением смертности от инфекционных болезней и торможением возраст-зависимой инволюции тимуса и фолликулярных отделов селезенки под действием SkQ1. Противоположным оказалось действие ограничения питания и SkQ1 на заживление ран: жизнь впроголодь тормозила, a SkQ1, напротив, стимулировал их заживление. Не удалось затормозить ограничением питания некоторые аспекты старения зрительного аппарата крыс, хотя SkQ1 в данном случае оказался особенно эффективным. Ограничение питания снижало температуру тела и замедляло рост животного, чего не наблюдалось с SkQ1. Все это свидетельствует против такой тривиальной трактовки наших данных, как допущение, что SkQ1 уменьшает потребление животным пищи, например, снижая аппетит. Прямые измерения потребления пищи мышами, получавшими SkQ1, показали, что SkQ1 не влияет на этот параметр.
В ухудшении ряда жизненных показателей при ограничении питания нет ничего удивительного. Животные не склонны переедать, даже когда их не ограничивают в пище. Они обычно съедают столько пищи, сколько требуется для поддержания жизненных функций. Поэтому длительное снижение питания ведет к тем или иным нарушениям жизнедеятельности. Понятно также, что такие нарушения будут тем вероятнее, чем сильнее и длительнее голодание. Мы уже писали о том, что геропротек-торный эффект ограничения питания совсем не требует долгого и непрерывного голодания. Отсюда и противоречивость данных по действию ограничения питания на продолжительность жизни и состояние организма. Там, где ограничение питания было не слишком большим и не слишком долгим, преобладали благоприятные эффекты, а там, где геронтологи перебарщивали с этим воздействием, возникали отрицательные побочные последствия. Так, общепринято, что длительное ограничение питания снижает частоту эстральных циклов (иногда вплоть до их полного исчезновения), но еще в 1949 г. Карр и сотрудники показали, что временное ограничение с последующим его снятием, наоборот, способствует сохранению циклов вплоть до глубокой старости. Напомним, что подобный эффект наблюдается и в случае с SkQ1. В принципе нет никакой необходимости голодать всю жизнь, если голодание есть сигнал к продлению жизни путем замедления программы старения. Однако существует опасность, что слишком короткое, слишком слабое или запоздалое ограничение питания приведет лишь к слабому торможению программы и геропротекторный эффект окажется небольшим.
Еще одно серьезное обстоятельство необходимо иметь в виду, рассма-
здесь мы имеем дело с мышью, «не удовлетворенной желудочно». Если у бы подобный эффект был присущ SkQl, мы заметили бы увеличение поглощения пищи животными, получавшими SkQl, чего в действительности не наблюдалось. Создается впечатление, что введение SkQl — более «чистый» способ затормозить программу старения, не отягощенный нежелательными побочными эффектами.
В ближайшие месяцы мы планируем клинические исследования геропротекторного действия на людей препарата SkQ1, принимаемого per os, т.е. через рот. Что касается ограничения питания, то, по свидетельствам Л.М. Редмэн и Э. Ра-вусина, единственный научный результат по ге-ропротекторному воздействию на людях был получен в далеком уже 1957 г. аргентинским исследователем Э.А. Валлехо. 60 человек через день кормили уменьшенным количеством пищи, так что в среднем питание сокращалось на 35%. 60 человек контрольной группы питались без ограничений.
Помимо краткого сообщения 1957 г., имеется анализ полученных данных, опубликованный 18 лет спустя А. Дж. Штункардом, где сообщалось о тенденции к снижению смертности и уменьшению вдвое среднего количества дней, проведенных в больнице, у лиц с ограничением питания.
II.7.5. Отмена старения: SkQ и физическая нагрузка
Он был так загружен работой,
что времени стареть у него не оставалось.
В.Я. Александров
Невероятная летающая 90-летняя старушка». Так называлась статья, появившаяся в ноябре 2010 г в газете «Нью-Йорк Таймс». Речь в ней шла об Ольге Котелько, поставившей 23 мировых рекорда для 90-летних в различных видах легкой атлетики и завоевавшей 17 золотых медалей для этой возрастной группы на Олимпийских играх в Лахти (Финляндия). Поразительно не только, в скольких видах спорта госпожа Котелько добилась победы, но и как она побеждала соперников: в метании копья она опередила ближайшую соперницу на 8 метров; стометровку пробежала за 23,95 секунды, то есть быстрее, чем лучшая бегунья категории 80-84 года, и т.п.
...Ольга была седьмым ребенком из одиннадцати в семье украинских крестьян-переселенцев в Канаду. Еще школьницей начальных классов Ольга помогала семье по хозяйству с домашними животными. В школу ходила каждый день по три километра в один конец. Вскоре после окончания школы вышла замуж, родила двух дочерей, разошлась с мужем и уехала с детьми из Саскачевана в Британскую Колумбию, где поступила в университет, получила звание бакалавра и стала учительницей в средней школе. Единственный вид спорта, которым Ольга занималась до 77 лет (сначала школьницей, а потом после выхода на пенсию), был любительский софтбол. В 77 лет на нее обратил внимание тренер по легкой атлетике, предложивший своей пожилой ученице освоить разные виды легкой атлетики. Она начала тренироваться по три раза в неделю и вскоре достигла мастерства не только в видах спорта, подходящих ей по росту (1м 50 см), таких как прыжки в длину, бег, но и в подъеме тяжестей в положении лежа, толкании ядра и некоторых других спортивных специальностях, требовавших большой мышечной силы. С приходом славы мировой чемпионки Ольга Котелько стала объектом исследования Тани Тайвассало, физиолога, специалиста по мышцам из Университета МакГилла (Монреаль, Канада). Биопсия мышц чемпионки, сделанная в октябре 2010 года, показала отсутствие признаков саркопении и повреждений митохондрий, всегда сопутствующих такому преклонному возрасту. По признанию Тайвассало, даже у 65-летних в образце мышцы, взятом путем биопсии, всегда можно найти сколько-то мышечных волокон с морфологически аномальными митохондриями. У Котелько в ее 91 год ни одного такого волокна обнаружить не удалось. Это обстоятельство свидетельствует о том, что упорные, регулярные и длительные тренировки, начатые будущей олимпийской чемпионкой в 77 лет, обратили, то есть вылечили, старение ее мышечной ткани. Надо сказать, что вся жизнь Ольги Котелько — это история очень здорового человека, имея в виду не только ее мышечную систему. За всю свою долгую жизнь она лишь однажды попала в больницу. Профессор М.А. Тарнопольский из Университета МакМастера (Гамильтон) резюмировал феномен Ольги Котелько как пример продления молодости путем отмены программы старения: «Таким образом, вы здоровы, здоровы, здоровы, а потом в какой-то момент вы просто «играете в ящик»».
В 2011 г. появилась совместная работа групп М.А. Тарнопольского из А Канады и T.A. Пролы из США о том, что прогерия «мутаторных» мы-
о;
шей с дефектом в корректорской области митохондриальной ДНК-по- е;
ш
лимеразы резко ослабляется физическими упражнениями (три раза в неделю по 45 мин на бегущей дорожке, движущейся со скоростью 15 м/мин). Упражнения начинали, когда возраст мышей был около трех месяцев. Повышенная нагрузка в течение 5 месяцев продлевала жизнь о прогерических мышей более чем вдвое. При этом обращались практи- о чески все дефекты, сопутствующие ускоренному старению: раннее по- > седение и облысение, утомляемость, саркопения, уменьшение общего s веса тела (и в частности мозга) и толщины кожного покрова, увеличе- d ние веса сердечной мышцы и селезенки, исчезновение жировых депо, 2 уменьшение размеров яичников и семенников, падение уровня гемоглобина, эритроцитов и лейкоцитов, изменение числа, формы и размера митохондрий, резкая стимуляция апоптоза в различных тканях, уменьшение количества митохондриальной ДНК и увеличение числа мутаций в этой ДНК, уменьшение количества комплексов I-IV дыхательной цепи и фактора PGC-la, регулирующего биогенез митохондрий. Все эти изменения характерны и для нормального старения мышей, но у «мутаторных» мышей они появляются гораздо раньше. И именно этот эффект ускоренного старения тормозился (и по всей вероятности обращался!) физическими упражнениями. Как мы уже отмечали выше, опыты на мутаторных мышах, проведенные в группе Б. Кэннон в Стокгольме, пока- ^ зали, что SkQl резко увеличивает продолжительность жизни и норма- [5 лизует большинство тех параметров, которые исследовали Тарновский “ и Прола. Как и мышечная нагрузка, SkQl не полностью снимал эффект < мутации на продолжительность жизни «мутаторных» мышей: они жили дольше «мутаторных» мышей без SkQl, но все же умирали раньше, чем мыши линии дикого типа. Однако поразительным образом гибли они без таких признаков преждевременного старения, как горбатость, облысение или ступор, в который впадали примерно за неделю до смерти