У
о:
е;
d
мыши, не получавшие нашего антиоксиданта. ш
«Мутаторная» мышь — не единственная модель, когда тяжелая мышеч- 2
ная работа частично или полностью нормализует параметры стареющего животного. По данным T.O. Столена и др., 3-месячная пред< ная физическая нагрузка снимает многие патологические измене кардиомиоцитов мышей при такой старческой болезни, как диабет.
к
Возникает вопрос, в какой мере применимы к человеку данные, полученные в опытах на мышах. М.А. Тарновский и сотрудники цитируют многочисленные наблюдения о положительном влиянии физической нагрузки на пожилых людей. Клавдий Гален, тот самый древнеримский врач, что ввел в научный язык слово «апоптоз», часто прописывал своим пациентам копать землю и косить сено. Пожалуй, самым ярким примером здесь остается Ольга Котелько, история которой открывает этот раздел. Однако в любом случае мы должны помнить, что положительный результат здесь достигается длительным выполнением достаточно тяжелой мышечной работы. По-видимому, ее не заменит бег трусцой. Для геропротекторного эффекта мышечной нагрузки надо, чтобы мышь пробегала по движущейся дорожке не менее 3 км в день.
Наше объяснение геропротекторного эффекта физической нагрузки состоит в следующем. Можно полагать, что организм, поставленный перед необходимостью регулярно совершать напряженную мышечную работу, тормозит программу старения так же, как это происходит в ответ на сигнал о нехватке пищи. Как и при ограничении питания, цель этого ответа — попытка найти скрытые ресурсы для обеспечения дополнительной энергоемкой функции, которая стала жизненно важной.
А
Дж. Миттельдорф считает, что любое воздействие, серьезно осложняю-щее существование организма, имеет шанс в определенных пределах уд- ш линять его жизнь за счет замедления старения. Таким образом индивид <
s
пытается компенсировать возросшие энергозатраты в ухудшившихся условиях. Так действуют малые дозы радиации. Здесь следует упомянуть также известный эффект, названный «гормезисом», когда небольшие q количества какого-нибудь яда (например, хлороформа) оказывают благоприятное влияние на продолжительность жизни. То же может иметь отношение к действию умеренного охлаждения и слабых инфекций, вы-
CI
зывающих некоторый стресс. Создается впечатление, что ослабление ор- °
с
ганизма при старении — это та необязательная для особи программа, которой жертвуют, когда ухудшение условий внешней среды поставит под вопрос само существование индивида («не до жиру — быть бы живу!»). ^
Геронтологами замечено, что как охлаждение, так и периоды уме- А ренного повышения окружающей температуры способны увеличивать продолжительность жизни животных. Особенно демонстративны недавние опыты Р. Ксиао и др. на черве-нематоде Caenorhabditis elegans. Выяснилось, что снижение температуры среды с 25 до 15 °С увеличивает медианную продолжительность жизни этого беспозвоночного с 9 до 30 дней. Выключение посредством мутации одного из генов червя, а именно того, который кодирует белок кальциевого канала, активируемого холодом (TRPA-1), заметно уменьшает Холодовой эффект (при 15 °С червь теперь живет только 18 вместо 30 дней, причем продолжительность жизни при 25 °С как была, так и остается равной 9 дням). Известно, что повышение уровня Са2+ в клетке червя ведет к активации каскада белков-ферментов, действующих в следующей последовательности: 1) протеинкиназа С, 2) киназа белка DAF-16, относящегося к транскрипционным факторам FOXO и 3) собственно белок DAF-16. Последний регулирует активность большой группы генов, среди которых внутриклеточные белки антиоксидантной защиты (активируются посредством DAF-16) и апоптоза (тормозятся), а также ген внеклеточной супероксиддис-мутазы-3 (активируется). Последовательное нокаутирование каждого из генов белков этого каскада приводило к исчезновению той части эффекта холода, которая была обусловлена действием белка TRPA-1. Если вместо нокаута гена белка TRPA-1 его активность искусственно увеличивали, то эффект холода возрастал, и теперь черви жили 36 дней при 15 °С. Если же нокаутированный ген белка TRPA-1 червя заменяли на ген гомологического белка человека, то восстанавливалось обычное действие холода на продолжительность жизни нематоды. Это наблюдение указывает на универсальность (от беспозвоночных до людей) вновь открытого механизма торможения программы старения.
Вероятно, SkQ тормозит программу старения, используя те же механизмы стрессовой регуляции, что и физическая нагрузка.
Для ПРОДВИНУТОГО ЧИТАТЕЛЯ > < Для ПРОДВИНУТОГО ЧИТАТЕЛЯ
Второй эффект SkQ: блокада острого феноптоза
II.8.1. «Самурайский» биологический закон
Лучше умереть по всем правилам, чем выздороветь против правил!
(Реплика незадачливого лекаря Ваиса в комедии Мольера «Любовь-целительница»)
Ряд случаев острого феноптоза, рассмотренных в начале нашей книги (гл. 1.2), можно оценить как «гримасы полового размножения», когда смерть одного и тем более обоих родителей после спаривания (самцы) и появления потомства (самка) стимулируют эволюцию, так как увеличивают вероятность разнообразия этого потомства. Другой случай альтруистического самоубийства — когда кто-то из родителей жертвует собой, спасая потомство. Еще один случай острого феноптоза — самоликвидация заразившейся особи, чтобы не стать источником распространения заразы в семье, сообществе или популяции.
В медицинской практике бытует понятие внезапной смерти после кризиса. Она наступает, когда критическая ситуация уже позади, и, казалось бы, ничто не предвещает трагической развязки. Не исключено, что здесь мы имеем дело с острым феноп-тозом. Но в чем мог бы быть его эволюционный смысл?
Некоторое время тому назад один из авторов этой книги сформулировал принцип, названный «самурайским» законом биологии: «Лучше умереть, чем ошибиться» или в развернутой форме: «Сложные биологические системы снабжены программами самоликвидации, которые активируются, когда данная система оказывается опасной для любой другой системы, занимающей более высокое положение в биологической иерархии». В качестве одного из следствий этого закона может быть утверждение, что любое критическое состояние организма, когда он уже не гарантирует сохранность своего генома и в случае выздоровления может наплодить потомство с ошибками в этом геноме, оказывается сигналом к самоликвидации организма, т. е. феноптозу.
Представляется вполне возможным, что механизм острого феноптоза,
шока во всех этих случаях оказывается общим, причем ключевым ком- _5_ понентом служит продукт перекисного окисления полиненасыщенных жирных кислот фосфолипидов.
II.8.2. SkQ против отложенной смерти
Впервой части книги, в главе 1.8 мы рассказали об опыте Д.Б. Зорова и его коллег, в котором SkQ полностью предотвращал гибель крыс, вызванную инфарктом (см. рис. 11.8.1). Здесь мы отметим, что в этом эксперименте SkQR1 снижал маркеры почечной недостаточности, a SkQ1 — практически не влиял на эти параметры. Создавалось впечатление, что оперированные крысы умирали не от почечной недостаточности как таковой, а по какой-то другой, отставленной во времени причине, появившейся в результате этой недостаточности.
к
=:
ш
Дальнейшие опыты группы Д.Б. Зорова, Е.Ю. Плотникова и их коллег показали благоприятное действие SkQRl на течение таких почечных патологий, как пиелонефрит, рабдомиолиз и отравление антибиотиком гентамицином.
s
У
о
I—
о
ь-
>
X
S
ш
В опытах групп О.И. Писаренко и Н.К. Исаева были исследованы и другие модели ишемии/реперфузии, не имеющие отношения к почечной патологии, а именно экспериментальные инфаркт миокарда и инсульт у крыс. Как в том, так и в другом случае был отмечен благоприятный эффект SkQl или SkQRl. SkQl спасал жизнь животных от сердечной >=t аритмии, вызванной адреналином (В. И. Капелько). Подобные эффекты
о.
не имели отношения к старению, так как были получены на молодых животных. Можно предположить, что SkQ в этих случаях блокировал £ острый феноптоз, индуцированный общим кризисом организма.
сс
По мнению Ф.Ф. Северина, диабет также относится к категории острого феноптоза. В соответствии с этим предположением В.Н. Попов и А.А. Андре-ев-Андреевский в нашем проекте показали, что SkQ1 предотвращает повышение сахара в крови у животных при диабете I типа (аллоксановом).
Как SkQ может предотвратить рак
Производные SkQ — ароматические вещества, искусственно полученные человеком. В отношении подобных соединений всегда возникает вопрос об их канцерогенности, которая может быть обусловлена либо самим веществом, либо продуктами его деградации в организме.
В первом случае вещество должно вызывать рак при однократном введении в организм (так действует классический канцероген бензпирен), либо многократном введении, если исследуемое соединение способно накапливаться в организме.
SkQ1, первый из серии наших веществ, используется в опытах на животных уже более 7 лет, и ни разу мы не наблюдали при его введении увеличения частоты появления опухолей или ускорение их развития. Более того, как будет описано ниже, для определенных злокачественных образований канцерогенез удалось затормозить многократным введением животным SkQ1. Существенно, что SkQ1 не накапливается в организме, распадаясь в течение одного-двух дней после попадания в органы и ткани.
Во втором случае предполагается, что вводимое ароматическое вещество превращается в канцероген. Применительно к трифенилалкилфосфонию такая возможность была практически исключена опытами группы М. Мерфи. В них было показано, что фосфониевая часть MitoQ выводится с мочей в неизменной форме. Что же касается другой, пластохиноновой части, то она должна расщепляться тем же путем, что и пла-стохинон, получаемый в заметных количествах с растительной пищей. Никаких указаний на какую-либо канцерогенность пла-стохинона в литературе найти не удалось. Кроме того, в рамках нашего проекта Н.Г. Колосовой и др. был поставлен эксперимент, свидетельствующий, что терапевтические дозы SkQ1 не вызывают индукции цитохрома Р450 в печени крысы (по-ви-димому, из-за очень малых количеств SkQ1). Именно этот цитохром участвует в превращениях ароматических соединений в канцерогены.
В то же время были получены данные, указывающие на противоопухолевую активность SkQ1.
(1) На культурах фибробластов, подвергнутых злокачественной трансформации, SkQ вызывал их превращение в нормальные клетки как по морфологии, так и по белковому составу.
(2) На мутантных мышах без белка р53, гибнущих от лимфом, SkQl л тормозил развитие этих опухолей и в оптимальной концентрации (5 молей на кг веса животного в день) увеличивал на 30% продолжительность жизни животных. 0,5 и 50 нмолей были менее эффективны (подробнее см. выше — часть II, раздел II.7.3).
(3) На бестимусных мышах, привитых человеческой раковой опухолью SiHa, введение SkQl продлевало жизнь животных.
Для ПРОДВИНУТОГО ЧИТАТЕЛЯ > < Для ПРОДВИНУТОГО ЧИТАТЕЛЯ
(4) Практически все клетки рабдомиосаркомы человека, культивируемые in vitro, уходили в апоптоз под действием 2 нМ SkQl. Неадресованные антиоксиданты тролокс и N-ацетилцистеин обладали таким же действием, но в количествах, на 5-6 порядков превышающих таковые для SkQl. С12ТРР (аналог SkQl без хиноновой группировки) был вообще неактивен. Как показали П.Б. Копнин и сотрудники, SkQl резко тормозил развитие рабдомиосарком, привитых бестимусным мышам. Остеосаркома и фибросаркома также оказались чувствительны к SkQl. Общим свойством всех этих злокачественных опухолей является то, что они могут возникать у детей и подростков, в то время как подавляющее большинство других типов рака развиваются преимущественно у пожилых людей. По-видимому, аНтираковая защита ослабевает с возрастом, а наиболее «злые» раки типа сарком, перечисленных выше, каким-то способом преодолевают антираковые барьеры даже у молодых людей. Тот факт, что антиоксидант, адресованный в митохондрии, блокирует пролиферацию клеток саркомы, тем самым отправляя их в апоптоз, свидетельствует, что митохондриальные АФК нужны для деления этих клеток. Необходимость небольших количеств АФК для пролиферации клеток уже упоминалась нами выше, когда речь шла о биологических функциях АФК, полезных для организма. Есть основания полагать, что в норме эти полезные АФК образуются не в митохондриях, а где-то в других местах клетки. Вот почему SkQl не тормозит размножение обычных, нераковых клеток. Вероятно, клетки саркомы мобилизуют также и митохондриальные АФК для преодоления мощных антиоксидантных барьеров молодого организма, таким образом стимулируя свою пролиферацию. Что касается опухолей, перечисленных выше в пп. (1) — (3), то, судя по эффекту SkQl, митохондриальные АФК играют определенную роль в их развитии, но роль эта не столь критична, как в случае сарком. В то же время существуют опухоли, вообще резистентные к SkQl. Таков рак молочной железы, развивающийся на поздних стадиях старения самок мышей SHR. SkQl не влиял на развитие этого рака. Он оказался неэффективен и на линии мышей HER-2, где данный рак возникает у животных средних возрастов. V
Суммируя сказанное в этой главе, мы можем заключить, что соединения типа SkQ тормозят развитие некоторых видов рака у экспериментальных животных, в то время как другие виды этой болезни оказываются устойчивыми к такого рода терапии. Особенно эффективен SkQ1 при рабдомиосаркоме, а также остеосаркоме и фибросаркоме, т. е. раках, поражающих не только старые, но и молодые организмы. Никаких указаний на канцерогенное действие терапевтических концентраций SkQ получено не было. Вопрос, не может ли SkQ помешать терапии антира-ковыми препаратами, действующими как прооксиданты, требует дальнейших исследований.
ГЛАВА 11.10
Митовитан
Мы привыкли считать, что лекарственные препараты при правильной дозировке и правильном способе применения помогают организму в его борьбе с болезнью. Так, антибиотики убивают патогенные бактерии, т. е. сотрудничают с организмом, который пытается сделать то же самое.
В то же время воздействия, блокирующие такую контрпродуктивную для организма программу как феноптоз, мешают организму реализовывать эту программу. Если речь идет о старении или внезапной смерти после кризиса, то организм сам организует свою смертельную болезнь. Антибиотики несут гибель микробам и тем самым спасают от смерти макроорганизм. Блокаторы феноптоза тоже спасают от смерти макроорганизм, но не ценой гибели других живых существ, а путем отмены программы самоликвидации, заложенной в геноме макроорганизма. Чтобы подчеркнуть это принципиальное различие, мы предлагаем термин «митовитан» для названия веществ или воздействий, помогающих сохранить жизнь, затормозив феноптоз. Вторая часть слова от латинского vita (жизнь), а первая — от термина «митохондрия», что должно подчеркнуть историю вопроса: ведь первые митови-таны, для которых был выявлен механизм их действия, — это антиоксиданты, адресованные именно в митохондрии (катионные производные хинонов и каталаза, снабженная митохондриальным «адресом»). Вполне вероятно, что в будущем будут найдены и другие вещества или воздействия, блокирующие феноптоз (и, стало быть, относящиеся к классу митовитанов), но действующие не на митохондрии, а на другие звенья феноптозных каскадов. Название «митовитан» предложено К.В. Скулачевым.
На сегодня, как мы убедились выше, ассортимент митовитанов невелик: это соединения типа SkQ, адресная доставка внутрь митохондрий фермента катапазы, ограничение питания и серьезная мышечная нагрузка, причем в последних двух случаях молекулярный механизм антифеноптозного эффекта остается гипотетическим.
Четыре воздействия, перечисленные выше, неодинаковы в смысле перспективы их применения в медицинской практике. Официально Минздравом разрешен к применению на людях только SkQ1, да и то пока что исключительно как глазные капли при одном-единственном старческом недуге — синдроме «сухого глаза» (см. часть II, раздел 11.7.1). Что касается ограничения питания, то здесь имеются две научные публикации по одному и тому же опыту на людях в Аргентине, проведенному более полувека тому назад (см. часть II, раздел 11.7.4). Два других митови-тана исследованы только на мышах, хотя благоприятное влияние физической нагрузки на престарелых давно и широко рекомендуется гериатрами. Беда только в том, что остается открытым вопрос, насколько тяжелой и продолжительной должна быть эта нагрузка. В обеих работах, сделанных на мышах, нагрузка была достаточно серьезной. Более легкие варианты не исследовались (часть II, раздел 11.7.5). Использование адресной доставки каталазы в митохондрии — на сегодня вообще нереально применительно к человеку, поскольку здесь речь идет об изменении генома организма на ранней стадии его эмбрионального развития (часть II, раздел 11.6.5).