Патофизиология старения, долголетие и ассоциированные с возрастом заболевания

Pathophysiology of ageing, longevity and age related diseases
Büerkle et al., Immunity & Ageing 2007

Резюме

18 апреля 2007 года в г. Палермо, Италия, прошла международная конференция «Патофизиология старения, долголетие и ассоциированные с возрастом заболевания». В предлагаемом отчете мы представляем основную информацию о наиболее важных из обсуждавшихся вопросов. Несмотря на то, что старение необходимо рассматривать как неизбежную конечную точку истории жизни каждого индивидуума, углубление знаний о механизмах старения предоставляет базу для разработки множества различных стратегий для смягчения симптомов старения и продления молодости. Таким образом, лучшее понимание патофизиологии старения и ассоциированных с возрастом заболеваний необходимо для предоставления каждому человеку реального шанса прожить долгий и не омраченный болезнями заключительный этап жизни.

Рак

Большинство случаев рака развивается у пациентов в возрасте старше 65 лет. Частота развития рака по мере старения резко возрастает у представителей обоих полов: после 65 лет заболеваемость раком в 12-36 раз выше, чем в возрастной группе 25-44 года, и в 2-3 раза выше, чем у людей в возрасте 45-65 лет. Следует отметить, что 70% вызванных раком смертей наблюдается у мужчин и женщин в возрасте 65 лет и старше, в то время как 35% связанных с раком смертей у мужчин и 46% – у женщин наступает после 75 лет. Взаимосвязь между старением и раком однотипна практически для всех форм рака и достаточно хорошо описана многоэтапной моделью канцерогенеза. Поэтому само по себе старение следует рассматривать не как определяющий фактор развития рака, а как косвенный маркер продолжительности воздействия значимых канцерогенных факторов [1]. С другой стороны, согласно результатам недавнего пересмотра взглядов на взаимосвязь между раком и воспалением, встречающиеся в зоне опухоли воспалительные клетки и цитокины с большой степенью вероятности стимулируют рост и прогрессию опухолей [2]. Более того, предрасположенность к раку и тяжесть течения заболевания может быть ассоциирована с функциональным полиморфизмом генов, кодирующих воспалительные цитокины [1]. Если генетическое повреждение сравнивать со спичкой, разжигающей огонь, то некоторые типы воспаления могут обеспечить «поддерживающее пламя топливо» [2]. Таким образом, причиной повышения частоты встречаемости рака в пожилом возрасте вполне может быть хорошо известный специалистам ассоциированный со старением провоспалительный статус организма [3].

На конференции роль онкогенов в развитии рака человека освещена авторами работ [4, 5], посвященных изучению эпителиальных опухолей щитовидной железы человека, развившихся из фолликулярных или парафолликулярных клеток. Опухоли из фолликулярных клеток представляют собой широкий спектр патологических изменений (от доброкачественных аденом до дифференцированных папиллярных и фолликулярных карцином и недифференцированных анапластических карцином) что делает их хорошей моделью для изучения корреляции между специфическими генетическими повреждениями и гистологическим фенотипом. Фолликулярные аденомы часто появляются в присутствии мутаций в одном из трех генов семейства ras: HRAS, KRAS и NRAS. Мутации генов G-стимулирующего белка (gsp) и рецептора к тиреотропину (TSH-R) запускают формирование гиперфункционирующих доброкачественных опухолей (токсических узлов и аденом). Два разных типа дифференцированных карцином щитовидной железы отличаются не только морфологией, но и поведением; кроме того, они ассоциированы с мутациями разных онкогенов: папиллярная карцинома – с перестройкой генов RET или TRK, а фолликулярные карциномы – с мутациями одного из трех онкогенов семейства ras. Ген-супрессор опухолей р53 часто ассоциируют с анапластическим раком щитовидной железы. Ген RET является классическим примером гена, различные мутации которого могут вести к развитию разных неопластических фенотипов. Соматические перестройки, часто вызываемые хромосомными инверсиями (поворот участка хромосомы на 180°), активируют онкогенный потенциал гена RET в клетках человеческого папиллярного рака щитовидной железы. Такие изменения происходят в клетках почти 50% папиллярных опухолей и представляют собой наложение 3'-тирозинкиназного домена гена RET, кодирующего белковый рецептор, обычно не экспрессируемый фолликулярными клетками, и 5'-домена одного из повсеместно экспрессированных генов, в результате чего образуется несколько типов химерных RET/PTC генов, характерных для папиллярного рака щитовидной железы. Такие повсеместно экспрессированные гены выполняют функции активации и димеризации, необходимые для конституциональной активации белков RET/PTC. Точечные мутации гена RET стволовых клеток являются причиной развития синдромов семейной множественной эндокринной неоплазии 2 типа (МЭН II), представленной (а) семейным медуллярным раком щитовидной железы, (б) МЭН IIА и (в) МЭН IIВ. Общей характеристикой этих заболеваний является наличие медуллярного рака щитовидной железы, сформированного парафолликулярными С-клетками. Точечные мутации гена RET могут возникать и в соматических клетках, что ведет к развитию спорадических медуллярных раков щитовидной железы и феохромоцитом. Подробная информация о специфических мутациях гена RET, лежащих в основе развития злокачественных опухолей щитовидной железы человека, значительно облегчает лечение этих заболеваний.

Иммунологическое старение

Описано много опасных для здоровья нарушений функционирования врожденного и приобретенного иммунитета у пожилых людей, что стало причиной появления термина «иммунологическое старение». С другой стороны, иммунологическое старение – это скорее сложный процесс, включающий в себя множество обусловленных эволюцией и перестройкой организма изменений, чем простое постепенное угасание функционирования всей системы. Тем не менее, у пожилых людей часто значительно снижены некоторые иммунологически параметры и, наоборот, хорошее функционирование иммунной системы тесно связано с состоянием здоровья. Недавние наблюдения свидетельствуют о том, что иммунологическое старение не сопровождается неизбежным прогрессирующим угасанием функционирования иммунной системы, а, скорее, является результатом перестройки, приводящей к подавлению ряда функций, тогда как эффективность других функций не изменяется или даже повышается. Важно отметить тот факт, что ассоциированные с возрастом изменения иммунной системы прямо или косвенно причастны к развитию повышенной восприимчивости пожилых людей к инфекционным, аутоиммунным и онкологическим заболеваниям, а также к сниженной иммунологической реактивности при вакцинации. То же самое относится и к патогенезу наиболее важных ассоциированных с возрастом болезней, таких как сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания, а также диабет и остеопороз: в патогенезе всех этих заболеваний есть важный иммунный компонент. Кроме того, судя по всему, врожденный иммунитет относительно хорошо сохраняется в процессе старения, по сравнению с более молодым и сложным клонотипическим иммунным ответом, на который старение оказывает более сильное влияние [3,6-8].

Старение клонотипического иммунитета по большей части является результатом изменений состояния Т-клеток. Считается, что хроническая антигенная нагрузка является основной причиной иммунологического старения, влияющей на продолжительность жизни человека посредством уменьшения количества наивных (не вступавших во взаимодействие с антигенами) Т-клеток и заполнения образующейся иммунологической ниши уже сталкивавшимися с антигенами Т-клетками памяти и Т-клетками-эффекторами [9]. Такая воздействующая на иммунную систему в течение всей жизни хроническая антигенная нагрузка является причиной характерного для пожилого возраста хронического воспалительного статуса [3]. Прогрессивное снижение количества наивных CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов происходит параллельно росту популяции CD28- Т-клеток памяти, обладающих фенотипом старения, то есть демонстрирующих прогрессивное укорочение теломер и сниженную способность к репликации [10]. Вторым фундаментальным аспектом иммунологического старения является прогрессивное усугубление провоспалительного статуса, характеризующегося повышением уровней цитокинов воспаления и воспалительных маркеров, являющихся прогностическими факторами заболеваемости и смертности [11, 12]. Это хроническое провоспалительное состояние вызывается хронической антигенной нагрузкой (бактерии, вирусы, грибки, токсины, мутировавшие клетки), постоянно стимулирующей механизмы врожденного иммунитета и, судя по всему, способствующей развитию типичных ассоциированных с возрастом заболеваний (атеросклероза, слабоумия, остеопороза, неоплазий), в развитии которых значительная роль принадлежит иммунным и аутоиммунным факторам [3].

Было высказано предположение, что хроническая вирусная антигенная стимуляция может быть причиной характерных для старения модификаций популяций лимфоцитов, в том числе клональной экспансии специфичных к вирусным антигенам CD8+ Т-лимфоцитов, экспрессирующих фенотип клеток памяти и в некоторых случаях составляющих до четверти всей популяции CD8+ Т-клеток [13]. В рамках недавней работы [14] авторы оценили количественное соотношение популяций CD8+ Т-клеток с разными фенотипами в крови пожилых людей двух возрастных групп: от 90 до 100 лет и старше 100 лет. Фенотип клеток оценивали с помощью тетрамеров антигенов главного комплекса гистосовместимости HLA-A2 HLA-B7, содержащих эпитопы, специфичные к вирусу Эпштейн-Барра (ЭБВ) и цитомегаловирусу (ЦМВ). Полученные данные показали, что у людей преклонного возраста эти вирусы индуцируют количественно и качественно отличающиеся иммунные реакции, опосредованные CD8+ Т-клетками. Относительное и абсолютное количество CD8+ клеток, специфичных к трем эпитопам вируса Эпштейн-Барра, было невелико, и эти клетки преимущественно были представлены фенотипом CD8+CD28+. При цитомегаловирусной инфекции, напротив, в крови разных людей регистрировалось различное содержание CD8+ Т-клеток, специфичных к двум эпитопам вируса. У некоторых индивидуумов популяции этих клеток, не экспрессирующих молекулу CD28, были чрезвычайно многочисленны. Для более детального изучения ролей цитомегаловирусной инфекции и иммунной системы недавно ученые обследовали 121 человека в возрасте от 25 до 100 лет, 18 из которых были серонегативны, а 118 – серопозитивны к этому цитомегаловирусу. Результаты анализа полученных показали, что для инфицированных цитомегаловирусом индивидуумов было характерно более выраженное снижение количества наивных CD8+ Т-клеток, тогда как уменьшение количества наивных CD4+ Т-клеток не зависело от наличия ЦМВ-инфекции. Снижение количества наивных CD8+ Т-лимфоцитов сопровождалось прогрессивным ростом популяции клеток-эффекторов CD8+CD28+, особенно выраженным у инфицированных ЦМВ индивидуумов. Ассоциированное с возрастом накопление клеток с фенотипом CD4+CD28- наблюдалось только у инфицированных индивидуумов, тогда как у ЦМВ-негативных субъектов эти клетки практически отсутствовали. Образцы мононуклеарных клеток периферической крови стимулировали комбинациями пептидов, входящие в состав которых фрагменты аминокислотных цепочек полностью покрывали последовательности молекул белков цитомегаловируса pp65 и IE-1. В результате реагирующие клетки, экспрессирующие интерферон-гамма (IFN-gamma+), появлялись в популяциях как CD8+, так и CD4+ лимфоцитов. На функциональном уровне у всех индивидуумов наблюдалось ассоциированное с возрастом накопление ЦМВ-специфичных (IFN-γ+) CD8+ клеток, тогда как рост популяции специфичных к рр65 CD4+ клеток происходил только у людей старше 85 лет. При этом бОльшая часть специфичных к цитомегаловирусу CD8+ (IFN-gamma+) клеток и 25% CD4+ (IFN-gamma+) экспрессировали маркер цитотоксической дегрануляции CD107a (Sansoni et al., статья принята в печать). Эти данные подтверждают гипотезу, согласно которой хроническая цитомегаловирусная инфекция лежит в основе выраженных изменений в соотношении субпопуляций лимфоцитов, затрагивающих не только CD8+, но и CD4+ клетки и, возможно, способствует развитию возрастного провоспалительного статуса, сопровождающего большинство ассоциированных с возрастом заболеваний.

Изучение иммунного ответа у здоровых престарелых людей показало, что иммунологическое старение влияет не только на реакции Т-клеток, но и на различные аспекты врожденного иммунитета. Возможно, наиболее подробные исследования ассоциированных с возрастом изменений врожденной иммунной системы были посвящены так называемым натуральным киллерам (НК). Эти клетки, а также полиморфно-ядерные лейкоциты и макрофаги являются компонентами врожденного иммунитета, и представляют собой основную систему защиты организма, ответственную за спонтанное уничтожение опухолевых и инфицированных вирусом клеток. Натуральные киллеры не имеют Т-клеточных рецепторов и экспрессируют на своей мембране молекулы CD56 и CD16. Кроме того, они обладают двумя альтернативными механизмами цитолиза: непосредственной спонтанной цитотоксичностью, направленной против различных опухолевых клеток, и косвенный опосредованной Fc-рецептором цитотоксичностью в отношении покрытых антителами мишеней (антитело-зависимой клеточно-опосредованной цитотоксичностью) [15]. Тонко уравновешенный комплекс сигналов, поступающих от многочисленных активирующих и ингибирующих рецепторов, управляет их эффекторными функциями. Эти рецепторы обеспечивают способность клеток быстро обнаруживать в окружающей их среде потенциально опасные клетки. В случае сдвига равновесия сигнального комплекса в сторону активации натуральные киллеры начинают секретировать цитокины и/или высвобождать содержащиеся в цитоплазматических гранулах цитотоксичные вещества. У человека одним из активирующих рецепторов, экспрессируемых НК-клетками, а также T-gamma-delta-клетками и CD8-alpha-beta Т-клетками, является молекула NKG2D. В качестве лигандов этот рецептор распознает UL16-связывающий белок 1 (ULBP1), ULBP2, ULBP3, ULBP4, а также MICA и MICB – цепи молекул антигенов MHC I. На поверхности здоровых клеток эти лиганды отсутствуют, либо содержатся в незначительном количестве, однако их экспрессия может индуцироваться вирусными или бактериальными инфекциями. Несколько работ было посвящено изучению способности натуральных киллеров на ранних этапах развития инфекционного процесса регулировать развитие реакций приобретенного иммунного ответа посредством продукции цитокинов, обычно синтезируемых Т-хелперами I типа, либо посредством активации дендритных клеток. Кроме того, совместное культивирование натуральных киллеров и активированных антигенами Т-клеток показало, что в ответ на продукцию активированными Т-клетками интерлейкина ИЛ-2 человеческие НК-клетки начинают секретировать интерферон-гамма. Свидетельств о существовании физического взаимодействия между натуральными киллерами и клетками, обеспечивающими реакции приобретенного иммунитета, в особенности CD4+ клетками, напротив, получено очень мало. Натуральные киллеры стимулируют приобретенный иммунитет посредством продукции цитокинов 1 или 2 типа или хемокинов. Секреция этих факторов активированными НК-клетками влияет на дифференцировку В- и Т-лимфоцитов. Все больше получаемых учеными данных указывает на непосредственное участие натуральных киллеров в созревании дендритных клеток. В то же время, потенциальная роль непосредственного межклеточного взаимодействия между натуральными киллерами и Т-лимфоцитами, в частности CD4+ Т-лимфоцитами, на сегодняшний день не изучена. Существуют доказательства того, что активированные натуральные киллеры  человека способны стимулировать опосредуемую Т-клеточным рецептором (TCR-dependent) пролиферацию покоящихся аутологичных CD4+ Т-клеток периферической крови посредством процесса, в котором задействованы костимуляторные молекулы суперсемейств иммуноглобулинов и фактора некроза опухолей (ФНО). Эти данные указывают на существование неизвестного ранее механизма взаимосвязи между врожденным и приобретенным компонентами иммунитета [16, 17].

Результаты проведенного в 1987 году количественного анализа клеток, экспрессирующих фенотип натуральных киллеров, показали, что количество циркулирующих НК-клеток периферической крови здоровых индивидуумов старше 70 лет выше, чем у молодых людей и у людей среднего возраста [18]. Рост популяции НК-клеток в периферической крови пожилых людей четко коррелирует с возрастом и снижением количества Т-лимфоцитов, что свидетельствует в пользу теории, согласно которой увеличение количества натуральных киллеров компенсирует снижение их цитолитической активности. Цитолитическая активность лимфоцитов периферической крови примерно пропорциональна относительному содержанию НК-клеток в образце крови. Однако оказалось, что после инкубации с клетками линии K562 цитолитическая активность натуральных киллеров одинакова как для молодых людей, так и для исключительно здоровых престарелых индивидуумов, отобранных согласно протоколу SENIEUR, несмотря на в два раза более высокое содержание клеток-эффекторов в крови последних [18]. В любом случае, изолированные или клонированные НК-клетки престарелых людей демонстрировали сниженную цитолитическую активность при расчете на одну клетку. Эти результаты подтверждают данные, согласно которым после связывания с клеткой-мишенью CD16+ клетка пожилого донора проявляет в среднем в два раза более низкую цитолитическую активность, чем клетка молодого человека [19]. Однако натуральные киллеры пожилых людей существенно не отличаются от клеток молодых индивидуумов ни по способности связываться с мишенью, ни по внутриклеточному содержимому, ни по распределению и утилизации перфорина. Поэтому очевидно, что за снижение цитолитической активности натуральных киллеров у пожилых людей ответственны какие-то другие факторы. В действительности способность НК-клеток трансформировать опосредованный рецептором сигнал в эффекторную реакцию, связанная со способностью синтезировать вторичные мессенджеры после стимуляции клетками линии K562, значительно снижается с возрастом. Основным биохимическим дефектом, лежащим в основе этого феномена, судя по всему, является ассоциированное с возрастом замедление гидролиза PIP2 и снижение скорости формирования IP3 после стимуляции натуральных киллеров клетками K562 [20]. Так как плотность участвующих в распознавании и адгезии поверхностных рецепторов, а также способность НК-клеток формировать комплексы с клетками-мишенями практически не изменяется с возрастом, можно предположить, что нарушение передачи сигналов в этих клетках происходит на этапах, удаленных от момента связывания рецепторов.

Все большее количество получаемых учеными данных свидетельствует в пользу того, что иммунная, эндокринная и нервная системы сильно взаимосвязаны и взаимодействуют друг с другом посредством циркулирующих цитокинов, гормонов и нейротрансмиттеров. Многие гормоны и микроэлементы оказывают важное влияние на гомеостаз иммунной системы и поддержание постоянного состава организма. Связанное со старением снижение количества жировой ткани, а также мышечной и костной массы, в комбинации с повышенным риском неполноценного питания и дефицита витаминов и микроэлементов относятся к основным факторам, обуславливающим развитие болезненных состояний и снижение устойчивости пожилых людей к инфекционным заболеваниям. Выявлена выраженная взаимосвязь между количеством и цитолитической активностью натуральных киллеров и содержанием витамина D в сыворотке крови, что соответствует данным, согласно которым прием пожилыми людьми витамина D оказывает выраженное влияние на активность НК-клеток, повышая уровень интерферона-альфа в крови. Антропометрические параметры, используемые для оценки объема жировой и мышечной ткани, также коррелируют с количеством и активностью натуральных киллеров, а индикаторы объема жировой ткани – с уровнем витамина D в сыворотке крови [21]. Еще одним важным результатом является выявление сильной корреляции между количеством НК-клеток и концентрацией в сыворотке крови цинка, необходимого для осуществления многих гомеостатических реакций организма, в том числе окислительного стресса, и многих функций организма, в том числе эффективных иммунных реакций [22]. Кроме того, прием аспартата цинка приводил к повышению концентрации ионов цинка в крови людей с изначально низким содержанием этого элемента в сыворотке крови и стимулировал цитолитическую активность их натуральных киллеров [Mariani, неопубликованные наблюдения], что свидетельствует о смягчении провоспалительного статуса (характеризующегося высокими уровнями провоспалительных цитокинов и, возможно, хемокинов) [23] и развитии более сбалансированных иммунных реакций, опосредуемых Т-хелперами 1 и 2 типа. Из-за выраженной взаимосвязи между степенью недостатка микроэлементов и витаминов и иммунодефицитом у пожилых людей (повышение риска развития инфекционных заболеваний, о чем свидетельствует высокий уровень неотвечаемости на противогриппозную вакцину среди неполноценно питающихся пожилых людей) эти результаты свидетельствуют о первостепенной важности оценки качества питания при клиническом изучении состояния здоровья пожилых людей [24].

Ассоциированные с возрастом воспалительные заболевания

Индивидуальная скорость старения всего организма или любой системы органов может варьировать в зависимости от генетических особенностей, истории течения заболевания, случайных факторов и др. Иммунная система не является исключением. Нарушения гомеостаза и функционирования иммунной системы (в особенности основных иммунных клеток – CD4+ лимфоцитов) лежит в основе или, по крайней мере, является одной из причин развития болезни Альцгеймера и ревматоидного артрита. Эти заболевания относятся к состояниям, ускоряющим старение (уменьшающим продолжительность жизни) человека. Возникает вопрос: ускорено ли старение CD4+ клеток людей, страдающих этими заболеваниями? Основными задачами CD4+ лимфоцитов являются продукция большого количества различных цитокинов и периодическая пролиферация, обеспечивающая формирование клонов клеток-эффекторов и клеток памяти. Известно, что для CD4+ лимфоцитов пациентов с ревматоидным артритом, также как и для клеток здоровых пожилых людей, характерны признаки старения, в том числе сравнительно короткие теломеры, уменьшение количества экспрессированных на поверхности молекул CD28, снижение частоты пролиферации и др. Для изучения вероятности ускоренного старения CD4+ лимфоцитов пациентов с болезнью Альцгеймера и ревматоидным артритом ученые использовали новую проточно-цитометрическую методику оценки частоты пролиферации клеток. В основе этой методики лежит мечение клеток карбоксифлуоресцеин-сукцинимид-эфиром и сложный математический анализ полученных данных, позволяющий с высокой степенью точности определять количество пролиферирующих лимфоцитов, а также оценивать динамические параметры пролиферации, в том числе хронометраж клеточного цикла, в частности время перехода из фазы G0 в фазу G1. Полученные результаты показали, что CD4+ клетки пациентов с ревматоидным артритом (в особенности молодых) не отличаются от клеток здоровых престарелых людей по указанным параметрам, подтверждая тем самым предположение об их преждевременном старении. По крайней мере, один из этих параметров (продолжительность перехода G0–G1) коррелирует с уровнем экспрессии CD28 на поверхности лимфоцитов, который, в свою очередь, зависит от регуляторной активности провоспалительного цитокина – фактора некроза опухолей. Существует также ген Klotho (белковый продукт которого иногда называют «гормоном старения»), содержащий предположительно реагирующую на фактор некроза опухолей регуляторную последовательность. Его изучение показало, что как транскрипционная активность самого гена, так и содержание белка Klotho в клетке значительно снижены в CD4+ клетках пациентов с ревматоидным артритом, независимо от их возраста, и не отличаются от аналогичных параметров клеток здоровых престарелых людей. Как и следовало ожидать, ферментативная активность бета-глюкуронидазы, приписываемая белку Klotho (предположительно участвующему в гидролизе стероидных глюкуронидов), снижена в CD4+ лимфоцитах пациентов с ревматоидным артритом и здоровых пожилых людей, что может быть одним из факторов, обуславливающих характерный для обеих групп провоспалительный статус [25, 26]. Использование этой же методологии для изучения CD4+ клеток пациентов с болезнью Альцгеймера выявило квази-противоположную закономерность. Значения динамических параметров пролиферации, в том числе хронометража клеточного цикла и перехода G0–G1, лимфоцитов типичных пожилых пациентов с болезнью Альцгеймера соответствовали аналогичным показателям, полученным при изучении клеток здоровых молодых людей. Очевидно, что эта особенность обусловлена воздействием на клетки пептида бета-амилоида. Интересен тот факт, что CD4+ клетки пациентов с болезнью Альцгеймера проявляют более выраженную реакцию на бета-амилоид, чем клетки здоровых людей. Возможно, одним из факторов, обуславливающих этот феномен, являются генетические различия, такие как разные варианты генов комплекса гистосовместимости. Вкратце, полученные данные указывают на то, что ревматоидный артрит является причиной ускоренного старения CD4+ лимфоцитов, тогда как болезнь Альцгеймера не влияет на старение этих клеток, которые, однако, демонстрируют отклонения от нормальных функций [Witkowski, неопубликованные наблюдения].

Восстановление повреждений ДНК

50 лет назад, когда впервые была предложена свободно-радикальная теория старения, повреждающее действие активных форм кислорода (АФК) активно изучалось и было признано наиболее важным фактором процесса старения. Однако появившаяся через 20 лет теория расходуемой сомы (или теория одноразовой сомы) перенаправила внимание специалистов на потенциальную роль нейтрализующих повреждающие эффекты АФК механизмов поддержания жизнеспособности клетки и восстановления повреждений, эффективность которых обусловлена как генетическими особенностями, так и факторами окружающей среды. В этом контексте особый интерес представляет поли(АДФ-рибозил)ирование – посттрансляционная модификация белковых молекул, причиной которой является повреждение ДНК. Поли(АДФ-рибозил)ирование катализирует фермент поли(АДФ-рибоза)полимераза-1 (PARP-1), субстратом которого является НАД+ [27]. Активация PARP-1, запускаемая разрывами цепочек ДНК, функционально ассоциирована с механизмами восстановления повреждений ДНК и является фактором выживания клеток, находящихся в условиях низкого и среднего генотоксического стресса. Более 10 лет назад описана позитивная корреляция между способностью мононуклеарных клеток крови к поли(АДФ-рибозил)ированию и продолжительностью жизни различных представителей класса млекопитающих [28]. Результаты последующего сравнительного анализа очищенных рекомбинантных молекул человеческой и крысиной PARP-1 показали, что эта корреляция частично объясняется возникшими в ходе эволюции различиями кодирующей этот фермент генетической последовательности [29]. Это наблюдение прекрасно согласуется с недавно появившимися в литературе результатами изучения различных линий нокаутированных мышей с дефектами генов, обеспечивающих восстановление ДНК путем удаления нуклеотидов. Эти результаты демонстрируют исключительную важность восстановления ДНК для функционирования механизмов, обеспечивающих долголетие организма. Для более детального изучения роли восстановления ДНК и поли(АДФ-рибозил)ирования в процессах старения ученые, работающие под руководством Bürkle, недавно разработали усовершенствованный метод количественного анализа формирования поперечных сшивок и разрывов цепочек ДНК в живых клетках с помощью автоматизированного метода щелочного расплетания ДНК под контролем флуоресценции (automated fluorescence-detected alkaline DNA-unwinding (FADU) assay). Они также разработали новый метод мониторинга формирования поли(АДФ-рибозы) в живых клетках с помощью жидкостной цитометрии, взяв за основу подход, применяемый для клеток с нарушенной проницаемостью мембраны (permeabilised cells) [30].

Долголетие

Улучшение качества социальных условий, медицинского обслуживания и качества жизни вызвали улучшение состояния здоровья популяции в целом и, следовательно, снижение заболеваемости и смертности, что привело к увеличению средней продолжительности жизни. В 70-х годах постепенное снижение смертности (на 1-2% в год) индивидуумов старше 80 лет наблюдалось во всех промышленно развитых странах, что привело к увеличению количества людей, достигших 100-летнего возраста, примерно в 20 раз. Эти долгожители составляют группу людей, получивших преимущества в результате отсрочки начала развития заболеваний, являющихся частой причиной смерти намного более молодых людей [31]. Данные о генетике человеческого долголетия, преимущественно полученные при проведении исследований с участием людей, перешагнувших 100-летний рубеж, свидетельствуют о следующем: индивидуумы в возрасте 100 лет и старше, а также долгоживущие родные братья и сестры являются оптимальным выбором при изучении закономерностей человеческого долголетия, так как они обладают экстремальным фенотипом, то есть качествами, позволившими им избежать смерти в младенческом возрасте, смерти от инфекционных болезней до начала эры антибиотиков, а также летального исхода в результате ассоциированных с возрастом комплексных заболеваний. Модель 100-летнего индивидуума является не просто дополнением к хорошо изученным организмам-моделям. Исследования с участием людей позволили выявить характеристики старения и долголетия (географические и половые различия, роль антигенной нагрузки и воспаления, роль вариантов мтДНК), не раскрытые при изучении процессов старения на животных моделях. Все фенотипические особенности долгожителей двух возрастных групп (90-100 лет и старше 100 лет) соответствуют гипотезе, согласно которой суть процесса старения заключается в «перестройке» или прогрессивной адаптации организма долгожителя к воздействующим на него в течение нескольких десятилетий внешним и внутренним повреждающим агентам, по большей части не предусмотренной эволюцией. Такой процесс адаптации, который можно считать дарвинистским процессом, происходящим на соматическом уровне под действием эволюционного давления, может объяснить, почему один и тот же генный полиморфизм может оказывать различные (полезные или вредные для здоровья) эффекты в различные возрастные периоды. Демографические данные свидетельствуют о том, что долголетие обеспечивается различными комбинациями генов, окружающей среды и случайных факторов, причем их влияние может количественно и качественно отличаться в зависимости от географической зоны, а также о том, что популяционно-специфичные генетические факторы играют определенную роль в фенотипе долголетия. Комбинированное и интегрированное использование новых высокопроизводительных стратегий, основанных на применении мощных компьютеров, значительно ускорит идентификацию новых генов, обеспечивающих долголетие человека [32-36, 3].

Широко распространено мнение, что существование большего или меньшего количества долгожителей в основном обусловлено уровнем смертности в возрасте от 80 до 100 лет. В действительности низкая смертность в этой возрастной группе предполагает, что большее количество людей переживет столетний юбилей. Поэтому для определения долголетия популяции демографы используют показатель смертности в возрасте 80-100 лет, а не относительное количество долгожителей (от 100 лет и старше) в популяции. Большой интерес привлекает Сардиния (второй по величине итальянский остров), на которой проживает большое количество долгожителей, особенно географическая зона, в которой мужская смертность после 80 лет ниже, чем где-либо в регионе и во всей Италии [37, 38]. Эта зона покрывает несколько муниципалитетов в центре острова и простирается до юга провинции Нуоро, где мужская смертность от сердечно-сосудистых заболеваний и рака особенно низка [39]. Изучение популяций, генетически изолированных в силу культурно-исторических причин, происхождения и демографических параметров, считается оптимальным методом анализа и картирования взаимосвязанных мультифакториальных признаков [40]. Наблюдаемая на Сардинии ситуация привлекла внимание исследователей к более крупному итальянскому острову, Сицилии. Во-первых, они хотели идентифицировать географические зоны, гомогенные в отношении низкой смертности мужчин и женщин старше 80 лет, и изучить специфичные для региона причины смертности людей более пожилого возраста. Во-вторых, – сравнить Сицилию и Сардинию с целью выявления аналогий и поиска причин такого долголетия. В качестве референсных периодов ученые выбрали отрезки времени от 1981 до 1990 и от 1991 до 2001 годов. Согласно проведенной в 2001 году переписи населения, на тот момент Сицилия делилась на 390, а Сардиния – на 377 муниципалитетов. Отобранные для изучения, соответственно, 386 и 363 муниципалитета на момент начала муниципального анализа (1981) обладали сходными с географической точки зрения характеристиками. Подсчет стандартизованных показателей смертности (СПС) людей старше 80 лет (для общей смертности и смертности в силу определенных причин), согласно общепринятым эпидемиологическим правилам, осуществляли муниципалитеты. При создании географических карт исследователи использовали ядерные функции (kernel density estimators) непараметрической оценки плотности. Ядерные функции плотности представляют собой усредненные значения СПС, рассчитанные как пространственное скользящее среднее для нескольких муниципалитетов, граничащих с рассматриваемым муниципалитетом. Полученные результаты свидетельствовали о существовании на Сицилии области, для которой в той же степени, что и для знаменитой области Сардинии, характерно мужское (но не женское) долгожительство (рис. 1).

Смертность в муниципалитетах Сицилии – среди мужчин (слева) и женщин (справа) старше 80 лет за период с 1994 по 2001 г.
Показатели смертности обозначены цветами от синего (самая низкая) до красного (самая высокая).
Смертность среди женщин в «синих» зонах выше, чем в среднем для Италии.

Обе рассматриваемые области мало заселены, занимают небольшую площадь и не имеют загрязненных участков. Таким образом, авторы сделали выводы, что долголетие характерно для мужчин, живущих в небольших городах в экологически чистых зонах и, по всей видимости, обусловлено определенными условиями работы и образом жизни, в том числе ограниченным употреблением алкоголя и табака, а также питанием по принципам так называемой «средиземноморской диеты». Соответственно, для обеих областей (как на Сицилии, так и на Сардинии) характерна низкая смертность от рака и сердечно-сосудистых заболеваний [Caselli & Lipsi, неопубликованные наблюдения]. Судя по всему, для женщин долголетие менее характерно из-за несколько отличающихся условий жизни и работы, а также более низкого уровня образования, следствием которого является меньший доступ к средствам профилактики заболеваний и медицинским учреждениям. Причина того, что долголетие характерно для жителей небольших населённых пунктов, известна уже достаточно давно – это лучшее состояние здоровья пожилых людей, имеющих сильную социальную поддержку со стороны семьи, что особенно характерно для семей, в которых есть взрослые дочери.

Заключительные комментарии

В заключение следует отметить, что старение необходимо рассматривать как неизбежный этап жизни каждого индивидуума, однако появление новой информации о механизмах старения позволяет прорабатывать различные стратегии замедления процессов старения. Таким образом, лучшее понимание патофизиологии старения и ассоциированных с ним заболеваний необходимо для обеспечения всем людям реального шанса прожить долгий и не омраченный болезнями заключительный этап жизни.

Список литературы к статье см. в отдельном файле.

Перевод: Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

18.01.2010