Большинство генов человека структурно и функционально сопоставимы с генетическим материалом других организмов. Лабораторное изучение продления жизни, генетические исследования, эксперименты на животных способствуют пониманию и разработке методик существенного увеличения жизни. Установлено, что вмешательство в функционирование определенных генов у подопытных животных продлевает им жизнь. Вместе с тем аналогичные гены у человека влияют на развитие рака, сосудистых патологий, диабета. Следовательно, возникновение болезни и долголетие имеют общую, генетически детерминированную природу. Воздействуя на факторы, ведущие к старению, возможно избавиться и от возрастных болезней. Таким образом, необходимо четкое понимание возрастных изменений и старения как патологического процесса, который необходимо лечить.
Причинами, обусловливающими старение организма в процессе его жизнедеятельности, являются наследуемые гены, их активность в определенном органе или ткани и образ жизни (качество пищи, уровень физической активности, стрессы, экология, климат). Изменения в одном или нескольких этих факторах могут провоцировать нарушения работы функциональных систем, приводить к сбоям гомеостаза и развитию с течением времени возрастных болезней.
Врачи и ученые, специализирующиеся в различных областях, указывают разные предпосылки развития старения, и уже сейчас становится ясным, что какой-либо одной причины не существует. На данный момент выявлено до 1500 генов, в той или иной степени ответственных за продолжительность жизни, и это число будет только расти. Их активность под влиянием средовых и внутренних факторов может меняться, что обусловливает изменения гомеостаза, генетические «поломки», и в конечном итоге определять скорость и характер старения. Поэтому нельзя искать конкретное средство, обеспечивающее здоровье и долголетие, а следует разрабатывать и использовать комплекс мер по сохранению внутреннего потенциала и резервов здоровья, основанный на образе жизни – питании, физической активности, регуляции стресса и сна, регулярной медицинской диагностике состояния здоровья, лекарственных препаратах и геропротекторах.
Когда же начинать задумываться об использовании этих мер и предотвращении наступления старения? Известно, что атеросклеротические изменения в сосудах начинаются уже в детском возрасте. Молодеют такие заболевания, как диабет, ожирение, гипертония, инфаркт и пр. Симптомы конкретного заболевания могут долгое время не проявляться, однако эти факторы служат пособниками раннего старения и одряхления организма. Иными словами, с точки зрения врача, вы можете быть здоровы сегодня, но «под верхушкой айсберга» в вашем организме уже могут быть сформированы предпосылки к тому, что вы заболеете через несколько лет. Эти предпосылки требуют воздействия уже сейчас. Именно поэтому о диагностике и профилактике старения следует задумываться как можно раньше.
Помимо теорий, описывающих старение в виде процесса накопления «биологических поломок», есть мнение, что во время старения в организме запускается определенная «программа», провоцирующая увядание и смерть. Эту теорию, сформулированную еще в XIX веке А. Вейсманом, долгое время поддерживало ученое сообщество, обосновывая тем, что клетки организма (за исключением половых) способны к делению определенное количество раз, после которого происходит их гибель. Однако некоторые виды рыб, птиц и животных (как, например, голый землекоп) своим примером опровергают данное утверждение.
Очевидно, что продолжительность жизни тесно взаимосвязана с рождением потомства. Если какому-то животному угрожает опасность истребления, и его жизнь представляет собой постоянную борьбу за выживание, то приоритетом является продолжение рода с помощью скорейшего размножения и рождения нового поколения. Агрессивные факторы воздействуют на всю популяцию, истребляя тем или иным образом ее часть, на смену которой приходят вновь родившиеся индивидуумы. Таким образом, эволюция не позволяет вести естественный отбор тех, кто способен прожить дольше. Постоянно идет накопление все большего числа мутантных генов в геноме данного вида, которые могут не позволять жить индивидууму за пределами сроков, ограниченных воздействием агрессивной среды обитания. Иными словами, в геноме заложена способность организма выжить до достижения возраста воспроизведения потомства, а дальше эта способность «размывается» и перестает быть необходимой.
Если же вид огражден от опасностей на протяжении веков (гренландский кит и гренландская акула имеют достаточно большие размеры, а голый землекоп живет под землей вне досягаемости хищников), то при каждом обновлении популяции долгожители данного вида оставляют все большее число новых особей, имеющих гены долголетия. С течением времени количество мутантных генов, имеющих неблагоприятное влияние на здоровье, становится минимальным. Возможно, если бы человечество на протяжении веков не подвергалось опасностям и развивалось в комфортных условиях, люди бы на данный момент не имели бы генетических дефектов, обусловливающих старение. Эти факты дают основание заключить, что теория генетической программы старения организма несостоятельна, но, напротив, существует эволюционный механизм продления жизни.
Факторы, обусловливающие старение
Старение – постепенное возрастное снижение физиологических и функциональных возможностей организма, приводящее к нарушению функционирования жизнеобеспечивающих систем и повышению риска смерти. Эти ухудшения являются основным аспектом возникновения возрастных патологий – диабета, сердечно-сосудистых, нейродегенеративных и онкологических заболеваний. Но как определить наступление старости, ведь в одном и том же возрасте внешний вид, состояние организма, физические и функциональные возможности разных людей достаточно сильно отличаются. В статье C. López-Otín «Признаки старения» [3] сформулированы основные факторы, предопределяющие старение: геномная нестабильность, нарушение регуляторных механизмов, нарушение метаболизма, старение клеток, хронические воспалительные процессы, стресс, сбой циркадных ритмов.
Геномная нестабильность. Одним из распространенных факторов старения является накопление генетических повреждений на протяжении жизни. Многочисленные заболевания, обусловливающие преждевременное старение, являются следствием аккумуляции повреждений дезоксирибонуклеиновой кислоты, или ДНК. Целостность и стабильность ДНК постоянно проверяется на прочность внешними физическими, химическими и биологическими патогенными факторами, и внутренними угрозами, включая ошибки репликации ДНК, спонтанные гидролитические реакции и свободные радикалы.
Гены управляют всеми функциями организма, определяют его развитие и жизнедеятельность. Любая клетка организма содержит две копии хромосом, которые состоят из ДНК – молекул, обеспечивающих сохранение и передачу информации о строении, развитии и функционировании организма. Накопление возрастных повреждений и мутаций этих молекул (генетическая нестабильность) может иметь серьезные последствия для здоровья.
Одним из проявлений этих процессов является укорочение специальных участков ДНК на концах хромосомы – теломер. Теломеры играют важную роль – защищают клетки от повреждающего действия ферментов, вирусов и других агентов. При каждом делении клетки они становятся короче. На укорочение теломер влияет также пагубное действие свободных радикалов. Критическое укорочение теломер обусловливает нарушение деятельности клетки, проявляющееся либо прекращением дальнейшего деления клетки, либо ее гибелью (апоптоз), либо мутацией.
Препятствует укорочению теломер в некоторых клетках (половых, стволовых, эмбриональных) специальный фермент – теломераза, который обеспечивает обратное их удлинение после каждого деления клетки. Но в большинстве клеток организма данный фермент менее активен, и на определенном этапе деление клеток останавливается. Существуют естественные способы замедлить укорочение теломер, повысив активность теломеразы. В основном это связано с естественными здоровыми привычками правильного питания и физической активности. Однако в последние годы усилия ученых в поиске препаратов, усиливающих действие теломеразы, увенчались разработкой ряда препаратов на основе экстракта астрагала:[1] по результатам исследований с участием людей доказана способность этого вещества в составе препаратов не только замедлять, но и увеличивать длину теломерных окончаний клеток, уменьшая количество клеток с критически короткими окончаниями. Основным действующим веществом данных препаратов является циклоастрагенол.[2]
Однако возрастные изменения происходят не только на теломерах, но и на других участках хромосом (разрывы цепочки ДНК, нуклеотидные повреждения и пр.), вызывая мутации генов и их «неправильную» работу. Рост числа мутаций повышает риск того, что клетка превратится в опухолевую. Подтверждением роли генетической нестабильности в ускорении старения организма являются врожденные мутации генов, ответственных за «ремонт» ДНК. Так, при наличии дефекта в «ремонтных» генах молодой человек может иметь внешние и внутренние признаки старения и выглядеть, как старик. Также фактором возрастной генной нестабильности является «перепрыгивание» определенных генетических элементов хромосомы с одного участка на другой (как бы неверная «сборка конструкции» с последующим нарушением функционирования генома).
Вместе с врожденными мутациями генов значительный вклад в процессы старения вносят эпимутации – возрастные изменения активности генов. Поломки в хромосомах, изменение ферментативной активности, снижение гормонального фона обусловливают нарушения экспрессии генов и раннее старение. Серьезную роль в данных изменениях играют особенности питания, образ жизни и влияние окружающей среды.
Нарушения регуляторных механизмов. Жизнедеятельность организма обеспечивается за счет регуляторных механизмов, опосредующих нормальное функционирование физиологических систем (сердечно-сосудистой, дыхательной, иммунной и др.). С возрастом эти механизмы теряют способность обеспечивать постоянство внутренней среды (гомеостаз), проявляясь такими патологиями, как ишемическая болезнь сердца, нейродегенеративные заболевания, диабет, артериальная гипертензия и др. Данные процессы приближают и ускоряют старение организма.
В первую очередь необходимо отметить важность нейроэндокринной регуляции функций, во многом обеспечиваемой особым отделом головного мозга – гипоталамусом. Склероз мозговых сосудов, накопление токсических отходов, систематическое действие психоэмоционального стресса и другие факторы обусловливают возникновение депрессий, ухудшение памяти, развитие болезней Альцгеймера, Паркинсона и пр.
Существенным возрастным изменением является также снижение иммунной функции. Определенные клетки крови (лимфоциты) распознают и «убивают» инфекционные агенты и снижают воспалительные процессы. С наступлением старости образование иммунных клеток становится затруднено. Это приводит к возникновению инфекционных, аутоиммунных и онкологических заболеваний.
Нарушения метаболизма. Обмен веществ в организме значительно меняется с возрастом. Это проявляется дезорганизацией водно-солевого обмена со значительным снижением концентрации натрия в плазме крови и, соответственно, появлением отеков, болезней почек и печени, понижением уровня гормонов щитовидной железы. Также происходит снижение содержания магния и кальция в организме, определяющее развитие остеопороза и ломкости костей.
Старение клеток. Необратимый процесс потери клетками способности к делению является одним из ключевых аспектов старения. Нарушение регенеративных возможностей клетки приводит к образованию в организме значительного количества воспалительных белков (цитокинов) и, как следствие, возникновению воспалительных процессов, лежащих в основе онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний, метаболического синдрома, диабета и дряхлости.
В наступлении старости важную роль играют процессы апоптоза (гибель клеток по достижении лимита деления) и снижение количества стволовых клеток.
Хронические воспалительные процессы. Воспаление занимает одно из главных мест в развитии возрастных заболеваний за счет угнетения регенерации тканей, увеличения генерации свободных радикалов, повреждения ДНК, появления резистентности к инсулину. Воспалительные процессы в пожилом возрасте возникают по ряду причин, основная из которых – нарушение иммунной функции. В свою очередь установлено, что ряд противовоспалительных препаратов и растительных веществ значительно снижают возникновение возрастных заболеваний.
Систематический стресс. Постоянный высокий уровень гормона стресса – кортизола – является опасным фактором преждевременного старения. При хронической высокой концентрации кортизола наблюдаются нарушение сна, повышение артериального давления, увеличение жировых отложений в абдоминальной области, снижение памяти, когнитивных способностей и иммунитета.
Нарушение циркадного ритма. Биологические часы регулируют не только смену сна и бодрствования, но и нормальную работу органов и систем, выделение гормонов, активность нервных центров. Сбой в работе этих часов является одним из признаков старения организма.
Учет факторов старения может способствовать созданию основы для разработки мер по улучшению здоровья и продлению жизни человека. Существует еще много проблем в понимании этого процесса. Развитие технологий способно оказать положительное влияние на исследования старения, облегчая оценку генетических и функциональных нарушений, накапливаемых отдельными клетками в стареющем организме. Исследования на животных, молекулярный анализ взаимодействий генома и окружающей среды, модулирующих старение, помогут определить цели лекарственной терапии с целью увеличения долголетия.
Методы по увеличению продолжительности жизни
Все больше ученых и врачей приходит к мысли, что первоочередной задачей медицины является сверхранняя диагностика возрастных заболеваний и их своевременное лечение. Здравоохранение в будущем должно ставить своим приоритетом систематическую профилактическую и превентивную деятельность по предотвращению заболеваемости путем использования лекарств и генной терапии, а также индивидуально подобранных немедикаментозных средств (образ жизни, питание, уровень повседневной физической и умственной активности, борьба со стрессом). Основными инструментами радикального продления молодости должны стать регулярная оценка биологических маркеров старения, использование специальных медикаментозных средств, генетическое и клеточное лечение, лабораторное создание и трансплантация органов, клеточная инженерия и нанотехнологии.
Оценка биологических маркеров старения. Для ранней диагностики возрастзависимых заболеваний необходимо разработать научно обоснованный комплекс параметров, указывающих на наступление старения в организме, – биологические маркеры старения.
В первую очередь важна геномная диагностика, направленная на выявление неблагоприятных вариантов генов (аллелей), ответственных за развитие возрастных заболеваний. Анализ генетической предрасположенности к тому или иному заболеванию позволил бы своевременно изменить диету, подобрать определенные препараты и проводить соответствующие мероприятия по недопущению возникновения патологии и ее превентивное лечение.
Генетическая предрасположенность является фактором риска, однако значимый вклад в развитие патологий вносят особенности повседневной жизни, питание, условия труда и отдыха. Эпигенетические изменения на клеточном уровне под влиянием факторов среды могут обусловить изменения активности и экспрессии тех или иных генов, вызывая преждевременное старение. Эти изменения не являются наследственными причинами возникновения возрастных заболеваний, однако они становятся факторами риска. Таким образом, оценка эпигенома (то есть структуры, управляющей деятельностью генома) способна обеспечивать контроль возрастных изменений.
Особое внимание следует уделять изменениям экспрессии (транскрипции) генов – образованию определенных молекул (матричные РНК), при содействии которых генетическая информация переносится в белки. На определенном возрастном этапе происходит изменение этого процесса, характеризующееся нарушениями окислительно-восстановительных реакций, митохондриального дыхания, жирового обмена и т. д. Изменения обмена веществ являются надежным маркером старения. Установлено возрастное снижение скорости метаболических процессов и изменение плазменной концентрации аминокислот, глюкозы и липидов. Эти перестройки могут указать на несоответствие паспортного и биологического возрастов, а их коррекция послужит одним из геропротекторных средств.