120 лет жизни – только начало. Как победить старение?

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.

Истощение количества стволовых клеток

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.

Действительно, с возрастом способность стволовых клеток делиться и восстанавливать ткани снижается. Например, поседение вызывается уменьшением в волосяных мешочках количества стволовых клеток, вырабатывающих пигмент. Получены свидетельства постепенного спада репликативной способности кроветворных, кишечных и мышечных стволовых клеток. Таким образом, изменение функциональных возможностей стволовых клеток при старении — установленный факт. Снижение активности стволовых клеток способствует прогрессивному ухудшению регенерации тканей.

Почему это происходит? Одни авторы считают, что стволовые клетки стареют «изнутри». Чем больше стволовые клетки взрослого организма делятся в течение жизни, тем больше они накапливают повреждений ДНК, в результате укорочения их теломер, стресса от «запутывания» при удвоении нитей ДНК, постепенного отказа систем починки ДНК, чрезмерного метилирования важных генов и активации «прыгающих» генов. Иногда при делении стволовой клетки даже теряются целые хромосомы.

Другие авторы, напротив, полагают, что стволовые клетки потенциально бессмертны. Например, когда стволовые клетки половой системы, из которых возникают новые сперматозоиды, от старых самцов мышей последовательно пересаживали молодым особям в течение трех лет, заметного снижения их функции не наблюдалось, что косвенно свидетельствует о незначительном вкладе внутренних причин в старение данного типа стволовых клеток. Кроме того, сателлитные стволовые клетки мышц стареющих мышей продолжают выполнять свою функцию без изменений при условии, если присутствуют определенные системные факторы, получаемые при переливании крови от молодой мыши.