1.5. Старение систем организма

Многоочаговость и множественность проявления старения приводят к тому, что возрастным изменениям подвергаются все системы организма. В данном параграфе рассматриваются лишь некоторые факты, касающиеся изменений форменных элементов крови и других её компонентов, кровеносной, дыхательной, иммунной и отчасти центральной нервной систем, применительно к которым кислородно-перекисная модель старения представляется достаточно разумной и доказательной.

1.5.1. Цитотоксические продукты метаболизма О₂ участвуют в старении не только тех клеток, тканей и систем, где они образуются при повышенном уровне ∆ (ПО – АО). Часть таких продуктов выделяется из этих структур и попадает в систему кровообращения, являясь, по-видимому, существенным фактором повреждения циркулирующих в ней форменных элементов крови. Определённый вклад в эти сдвиги вносят плазмамембранные оксидазы стареющих клеток различного типа, в том числе и не являющихся профессиональными фагоци-тами. Продуцируемые ими АФК, в частности О , могут распространяться на соседствующие клетки и проникать в циркулирующую кровь, хотя этому и препятствует коэнзим Q с антистарительной, предположительно, способностью (Morré et al., 2000). О том, что с возрастом прооксидантная часть дисбаланса ∆ (ПО – АО) в крови повышается, но антиоксидантная, напротив, снижается, могло бы свидетельствовать увеличение в ней концентрации свободных радикалов и перекисей. Конкретные данные на этот счёт получены как в эксперименте, так и в клинических условиях.

Показательны, например, результаты исследований содержания гидроперекисей липидов и активности антиперекисного фермента GPX сыворотки крови крыс линии Wistar в возрасте 1, 3, 12, 24 и 32 мес., содержавшихся на обычной диете (естественное старение), на калорийно ограниченном рационе (замедленное старение) и на рационе с добавлением в течение 2 мес. тироксина (уско-ренное старение). В частности, установлено, что при естественном старении животных уровни гидроперекисей и GPX-активность коррелированы строго отрицательно; при моделировании замедленного старения крыс GPX-актив-ность в сыворотке крови увеличивалась, а содержание перекисей липидов снижалось; концентрация гидроперекисей при моделировании ускоренного старения возрастала у животных всех возрастных групп, причём снижение активности GPX и повышение содержания перекисей липидов в сыворотке 24-месячных животных были качественно сходны с происходящими в норме при дальнейшем увеличении возраста крыс до 32 мес. В целом, исходя из характера изменения указанных показателей при разных скоростях старения подопытных животных, авторы данного исследования (Никитченко, Лемешко, 1997) подтверждают концепцию о ключевой роли свободнорадикального окисления липидов в механизме старения.

Кроме прямых фактов, косвенно на усиление пероксидативных процессов указывает высокий уровень хемилюминесценции сыворотки крови у старых животных и пожилых людей по сравнению с таковым у индивидуумов среднего возраста (Барабой и др., 1988). Следует также принять во внимание, что в плазме крови людей старческого возраста (60 лет) значительно снижено содержание GSH и повышено содержание GSSG относительно их уровня у молодых доноров (Samiec et al., 1998), а концентрация F₂-изопростанов в плазме крови молодых крыс в ~20 раз ниже, чем в плазме старых животных, т. е. налицо признаки выраженного при старении окислительного стресса (Roberts et al., 2001). Примечателен и другой факт: способность плазмы крови человека, как показал общий антиоксидантный анализ крови добровольцев в возрасте 30-80 лет, противостоять ионизирующей радиации связана с возрастом обратной за-висимостью (Lenton et al., 1999).

Рассмотрим, прежде всего, механизм возрастного изменения эритроцитов в связи с возникновением и поддержанием в них пероксидативного состояния (см. рис. 5). Исследования на молекулярном уровне показателей ПОЛ и антиоксидантной системы в эритроцитарных мембранах людей пожилого и старческого возраста показали, что содержание гидроперекисей липидов и MDA в этих мембранах повышено соответственно на 9.1 и 46 % по сравнению с такими же показателями у лиц молодого и среднего возраста (Ехалов, Соболев, 1988). Эти данные подтверждают активацию процессов ПОЛ в эритроцитах при старении организма, коррелирующую с ростом продуктов ПОЛ и снижением антиоксидантной активности крови. Авторы этого исследования отмечают также, что «качественное состояние эритроцитарной мембраны косвенно отражает функциональную полноценность клеточных мембран органов и систем».

Несколько раньше о значительном увеличении с возрастом концентрации MDA в эритроцитах человека было сообщено в другой работе (Jozwiak, Jasnowska, 1985), где донорами были люди в возрасте от 4-х до 80-ти лет. Но здесь зафиксирован также и рост активности антиперекисного фермента GPX, что, вероятно, отражает некоторую адаптацию эритроцитов к повышенному уровню ПОЛ при общем всё-таки снижении эффективности их антиоксидантной системы. Факты, подобные указанным, считаются уже очевидными, и вряд ли нуждаются в перепроверке. Тем не менее, изредка подтверждение известного продолжается. Так, Андо с соавт. (Ando et al., 1995) показал накопление гидроперекисей фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина в процессе старения эритроцитов человека в циркуляции. Свободные и связанные формы малонового, 4-гидрокси- и других альдегидов также преобладали в старых эритроцитах по сравнению с молодыми. Эти изменения рассматриваются как признаки старения эритроцитов в циркуляции. В эритроцитах людей 20-89-ти лет с возрастом снижаются активности Cu,Zn-SOD и глутатионредуктазы, активности же GPX и каталазы не изменяются (Andersen et al., 1997).

Бислойная плазматическая мембрана клеток, как известно, асимметрична: во внутреннем монослое её преобладают легкоокисляемые фосфолипиды по сравнению с их содержанием во внешнем монослое. По этой причине плазматическая мембрана более чувствительна к развитию ПОЛ именно со стороны внутреннего монослоя. Применительно к эритроцитам указанное обстоятель-ство может быть причастным к угнетению в них энергетического обмена, т.е. к падению интенсивности гликолиза, при старении организма. Формально такая возможность связывается нами с гипотетической структурой комплекса

Выделение в кровь АФК клетками разных органов и тканей на этапе их интенсивного «пероксидативного» старения

Снижение уровня антиоксидантов

в крови

Падение насыщенности крови полноценными эритроцитами

Снижение активности антиоксидантных ферментов в эритроцитах

Повышение уровней ПОЛ плазматической мембраны эритроцитов и продуктов пероксидации в них

Повреждение плазматической мембраны эритроцитов

Возрастание рО₂ в эритроцитах

Угнетение энергетического обмена в эритроцитах (снижение интенсивности гликолиза)

Снижение коэффициента использования О₂ из легких

Повышение внутриэритоцитарного рН

Увеличение рО₂ в альвеолярном воздухе

Снижение сродства гемоглобина к О₂

Рис.5. Возрастные изменения в эритроцитарном звене

системы транспорта кислорода

ферментов гликолиза (гликолитического метаболона), формирующегося на внутренней поверхности мембраны эритроцитов. Сборка этого метаболона начинается с посадки 6-фосфофруктокиназы – самого большого по размерам гликолитического фермента, а гексокиназа – первый фермент гликолитического пути в состав данного комплекса не входит (Курганов, Любарев, 1988). Оче-видно, при ПОЛ внутреннего монослоя эритроцитарной мембраны нормальное функционирование гликолитического метаболона будет нарушено. Кроме того, образующиеся перекиси липидов способны сами ингибировать ферменты гликолиза (Обухова, Эмануэль, 1984).

О падении скорости гликолиза в эритроцитах человека при старении сообщили, в частности, Коркушко с соавт. (1989). Они же отмечают повышение величины рН внутри эритроцитов и обусловленное им снижение сродства О₂ к гемоглобину. При таком исходе роль гемоглобина как «устройства», временно депонирующего О₂, падает, что, естественно, приводит к возрастанию рО₂ в эритроцитах. Так возникают условия в виде положительной обратной связи для поддержания в них избыточной пероксидации, истощения антиоксидантной системы защиты и снижения в крови количества полноценных эритроцитов. Последнее, в свою очередь, вместе с дефектом в связывании О₂ гемоглобином уменьшает коэффициент использования О₂ в легких и обусловливает сравнительно высокое рО₂ в альвеолярном воздухе (Лауэр, Середенко, 1982).

В названных выше условиях дополнительным фактором, способствующим возникновению окислительного стресса в эритроцитах млекопитающих, являются последствия элиминации митохондрий при созревании клеток эритроидного ряда. Исчезновение в них митохондрий – наиболее активных потребителей О₂, несомненно, факт не случайный. Он «организован» природой или просто из-за ненадобности их в конкретных условиях существования клетки, или же для создания ситуации, обеспечивающей решение каких-то других совершенно новых задач. Таковыми стали необходимость устранения митохондрий как конкурентов гемоглобина за О₂, насыщение молекул гемоглобина этим О₂, который в новой ситуации теперь только депонируется, а не расходуется. Интересно, что при элиминации эритроцитарных митохондрий из них в цитозоль, как было показано на примере сирийского хомячка, не выделяется цитохром с (Takano-Ohmuro et al., 1998), что обычно происходит при апоптозе других типов клеток (см. п.7.1.10).

Таким образом, при старении складываются условия для устойчивого поддержания в эритроцитах гипероксии и последующей окислительной их деструкции. В изложенном механизме некоторые факты пока не находят отражение. Среди них, например, такие данные (Ramachandran, Abraham, 1989). При старении эритроцитов человека протеинкиназа С переходит из цитозоля в мембранную фракцию и повышает уровень зависимого от неё фосфорилиро-вания мембранных белков. Причины, смысл и отношение этих процессов к старению эритроцитов требуют ещё осмысления.

Складывающиеся в эритроцитах условия гипероксии и пероксидации ответственны не только за деструктивные процессы в самих этих клетках. Негативные последствия такого их состояния представляются более масштаб-ными, «всеорганизменными» с учётом того, что под влиянием липоперекисей из молекул гемоглобина, количество которых в одном только эритроците дос-тигает примерно 265·10⁶, могут в массовом порядке высвобождаться компле-ксы железа. Последние, распространяясь по всему стареющему организму и проникая в другие форменные элементы крови, в клетки различных органов и тканей, способны интенсифицировать в них генерацию активных свободных радикалов и ПОЛ мембран. При этом, в зависимости от предшествующего внутриклеточного значения дисбаланса ∆ (ПО – АО), в одних клетках воз-растает скорость просто старения, в других – скорость их злокачественной трансформации, а какие-то клетки быстрее подвергаются апоптозу или окис-лительному цитолизу (см. п. 1.6 и рис. 7).

К числу форменных элементов крови, подвергающихся возрастному изме-нению, относятся и тромбоциты. С транспортом О₂ они не связаны, но имеют прямое отношение к тромбоэмболическим осложнениям, частота которых «в человеческой популяции нарастает с каждым прожитым десятилетием» (Коркушко, Коваленко, 1988). У практически здоровых людей пожилого и старческого возраста выявляется хроническое внутрисосудистое микросвёрты-вание крови, частота и интенсивность которого увеличивается с возрастом (Сушко, 1994). А изучением морфо-функционального состояния тромбоцитов у здоровых лиц 18-79 лет установлено возрастзависимое повышение агрегацион-ной активности тромбоцитов. Оно проявляется в росте числа активированных и дегранулированных тромбоцитов при снижении юных и неактивированных их форм, в увеличении скорости и интенсивности агрегации, усилении адге-зивности. Таким образом, показана значимость данных по агрегато- и адгезио-метрии тромбоцитов для понимания механизма активации процесса тромбо-образования при старении (Коркушко и др., 1996). Более того, повышение агрегационной активности тромбоцитов при старении сочетается со снижени-ем их способности к депонированию биологически активных веществ, наруше-нием их энергетического обеспечения, а одним из наиболее значимых механиз-мов дестабилизации функционального состояния тромбоцитов при старении считают мембранный механизм (Саркисов и др., 1998). Все эти изменения лежат в основе активации внутрисосудистого тромбообразования при старении, что способствует развитию сердечно-сосудистой патологии у лиц пожилого возраста (Гавриш и др., 2001).

Повышению адгезивных и агрегационных свойств тромбоцитов способствуют те же прооксидантные условия в крови лиц старших возрастных групп и в самих тромбоцитах. Не перечисляя известные по этой части работы, отметим лишь следующий факт: по мере старения возрастает чувствительность дыхательного комплекса I тромбоцитов человека к ингибиторам (ротенону и др.). Данный эффект, рассматриваемый как возможный биомаркёр старения и подтверждение митохондриальной его концепции (Pich et al., 1996), может быть следствием того, что в стареющих клетках ферменты дыхательной цепи частично инактивируются (см. п. 1.3.1). Очевидно, этот «задел» («подготовленность») позволяет уже с меньшими усилиями продолжать принудительное ингибирование дыхательного комплекса, чем в случае с молодыми клетками, что, по-видимому, и воспринимается как возрастание чувствительности. О причастности избыточных окислительных процессов к агрегации тромбоцитов и тромбообразованию указывают факты противодействия им со стороны различных антиоксидантов, в том числе синтетических. Последние (ионол, мексидол и др.) эффективно ингибируют агрегацию тромбоцитов как in vitro, так и при введении в организм (показано на примере крыс), в результате тромбогенный потенциал крови уменьшается (Спасов и др., 1999).

1.5.2. При старении организма изменения происходят и в других звеньях системы транспорта О₂. Прежде всего, они затрагивают саму сосудистую систему на всех её уровнях. Кровеносные сосуды становятся менее адаптивными, т.е. постепенно теряют упругость, эластичность и способность изменять свой просвет. Общее русло капилляров и артериол сужается, а кровяное давление с возрастом увеличивается (Нагорный и др., 1963; Коркушко, Коваленко, 1988; Marin, Rodriguez-Martinez, 1999). Повышение жесткости сосудистой стенки характеризуется увеличением отношения коллаген/эластин и диффузным отложением кальция и липидов (Robert, 1999). Умеьшение текучести плазматической мембраны клеток эндотелия аорты стареющих крыс, связываемое с изменением содержания холестерина и перекисей липидов, вызывает дисфункцию указанных клеток (Hashimoto et al., 1999). Более старые гладкомышечные кле-тки сосудов ускоренно переходят от сократительного к синтетическому фено-типу (Lundberg, Crow, 1999).

При старении человека уменьшается количество функционирующих капилляров на единицу площади ткани, замедляется кровоток на всех участках микроциркуляторного русла. В органеллах и матриксе эндотелиоцитов капилляров кожи выявляются деструктивные и дистрофические изменения (Саркисов и др., 1998). Последние должны, естественно, сказываться на эффективности функционирования кровеносной системы вообще, и на транспорте О₂ в частности. В целом же, основной причиной дисфункции эндотелия сосудов является, очевидно, избыточная генерация в них АФК. Сообщается, например, что у 12-месячных крыс Sprague-Dawley образование О было более энергичным, чем у 3-4-месячных животных (Hamilton et al., 2001).

Некоторые другие изменения стенок сосудов, составляющие суть их возрастной патологии, сходны с гистологическими характеристиками атеросклеротических сосудов (см. п. 1.7.1.1), но всё же представляют два разных явления. Тем не менее, между ними имеется связь: стенки старых сосудов особо предрасположены к атеросклеротическим повреждениям, являются важными предшественниками и ускорителями развития атеросклероза (Lundberg, Crow, 1999; Robert, 1999). Это мнение подтверждено литературными и собственными дан-ными и авторов работы (Терешiна и др., 2000), изучавшими роль возраста в реакции сосудов на различные повреждающие факторы. Как показано, изменения, наступающие в старости в клеточных элементах стенки сосудов на функ-циональном и структурном уровнях, увеличивают восприимчивость сосудов к повреждающим влияниям и ускоряют развитие атеросклероза. Для старых кле-ток сосудистой стенки в условиях возникшего в них относительно повышен-ного кислородно-перекисного состояния такая реакция, в том числе предрасположенность к развитию атеросклероза, представляется естественной. Кстати, следствием того же состояния является, очевидно, и тот факт, что у старых (24-26 мес.) крыс сосуды чувствительны к действию ионизирующего излучения, а у взрослых (8-10 мес.) они относительно резистентны (Фролькис, Сыкало, 2000).

Учитывая различие в значениях рО₂ в артериальной и венозной крови, логично полагать, что стенки артерий стареют с более высокой скоростью, чем стенки вен. Такое мнение поддерживается и данными о том, что укорочение длины теломерной ДНК, считающееся по теории теломерного старения соматических клеток показателем репликативного старения (см. п. 1.4.3), происходит в стенках артерий ускоренно в сравнении с таковым в венах, причём этот процесс объясняется действием свободных радикалов (Chang, Harley, 1995). Неудивительно также, что в связи с повышенной вероятностью развития в сосудах окислительного стресса природой предусмотрены определённые меры по защите их от возможного повреждения. Одной из таких мер можно считать индукцию гена гемоксигеназы – стрессорного фермента, который выполняет оксипротекторную функцию путём генерации из гема вазодилятатора СО и билирубина, обладающего антиоксидантными свойствами (Deramaudt et al., 1998). Вообще, гемоксигеназа признаётся ферментом, индуцируемом при окислительном стрессе (Dubrovskaya, Wetterhahn, 1998). Последний, например, вы-зывает накопление мРНК гемоксигеназы в фибробластах человека, тушитель же свободных радикалов О₂ предотвращает этот эффект (Numasawa et al., 1997).

Не менее привлекателен феномен усиления пролиферации эндотелиальных клеток и процесса ангиогенеза микрососудов при избыточной экспрессии гемоксигеназы – факт, рассматриваемый как участие этого фермента в пролиферативном ответе эндотелия на окислительный стресс (Deramaudt et al., 1998). Все эти данные свидетельствуют, на наш взгляд, о том, что в условиях окис-лительного стресса гемоксигеназа вместе с другими составляющими антиок-сидантной системы препятствует установлению в эндотелиальных клетках избыточных значений дисбаланса ∆ (ПО – АО), приводящих к развитию возрастных патологических изменений, апоптозу или окислительному их цито-лизу. Скорее всего, гемоксигеназа участвует в ограничении указанного дис-баланса до уровней, достаточных для реализации в нормальных клетках эндотелия окислительного митогенеза. С другой стороны, понятно, почему экспрессия гемоксигеназы в клетках эндотелия сосудов репрессируется при гипоксии (Nakayama et al., 2000) – в этих условиях необходимость в данном ферменте просто отпадает.

Несомненный интерес представляют также данные о влиянии некоторых компонентов плазмы крови на состояние и функцию митохондрий, прежде всего в клетках стенки сосудов. Одним из таких компонентов считают альбу-мин, взаимоотношения которого с митохондриями отражают изменения, про-исходящие в процессе старения и стресса. Под влиянием последних умень-шается количество митохондрий, альбумин же косвенно противодействует этому, используя свою транспортную функцию для обеспечения нормальной жизнедеятельности митохондрий поставкой кальция, магния, жирных кислот и набора необходимых аминокислот. На большом числе исследований показано, что оптимальное содержание альбумина в сыворотке крови должно быть > 47 г/л при отношении альбумин/глобулин, равном 2. При этих условиях «не наблюдается обширной гибели клеток, существенных энергетических потерь и истощения, развития онкологических заболеваний или СПИДа» (Seaton, 1995). Однако отмеченная выше прооксидантная ситуация в крови стареющего и, тем более, поражённого возрастными болезнями организма (см. п. 1.7) ограничи-вает, по-видимому, позитивное действие альбумина вследствие его окисли-тельного повреждения. Кстати, это повреждение подавляется флавоноидом силибинином, который ингибирует также вызываемое ионами меди ПОЛ и гемолиз эритроцитов (Filipe et al., 1997).

С возрастом негативные изменения происходят и в самом сердце – насосе кровообращения. Об этом свидетельствет, например, повышенная чув-ствительность сердца старых крыс к кардиотоксическим дозам адреналина. Повреждающее действие его в значительной степени определяется низкой активностью антиоксидантной системы и высокой – перекисного окисления в сердечной мышце старых животных (Маркова, Мисула, 1992).

Обеспечение кислородного режима организма зависит также от состояния системы внешнего дыхания. При старении сами лёгкие становятся менее под-вижными, снижается их жизненная ёмкость, изменяются и другие их пара-метры. Хотя дыхательный объём в старости уменьшается, но одновременно развивающееся учащение дыхания приводит к увеличению вентиляции лёгких (см. Лауэр, Середенко, 1982). Эти же авторы обращают внимание на следую-щий факт: снижение рО₂ в артериальной крови в старости неадекватно срав-нительно высокому рО₂ в альвеолярном воздухе, что является причиной увеличения альвеолярно-артериального градиента кислорода. В целом возраст-ные изменения в кровеносной и дыхательной системах создают неблагоприят-ные условия для обеспечения организма кислородом. Вопрос о том, как в последующем это может отразиться на состоянии организма и продолжении старения, отчасти был уже затронут в предыдущих параграфах и будет ешё обсужден в п. 1.6.

Рассмотрение условий, приводящих к окислительным повреждениям в системах снабжения организма кислородом, завершим ссылкой на следующие любопвтные материалы. Оказывается, наряду с упомянутыми выше локальны-ми мерами протекции от пероксигеназного стресса у млекопитающих сущес-твуют и относительно зацентрализованные механизмы защиты. Об этом нам стало известно из статьи Скулачева (2001), который привёл данные литературы о Н₂О₂-сенсорах в нейроэпителиальных тельцах лёгкого (Fu et al., 2000) и клетках каротидного синуса (Wang D. et al., 1996). Первый из них отвечает за сужение дыхательных путей, а второй – кровеносных сосудов при повышении уровней О₂ и (или) Н₂О₂ независимо от причины, вызвавшей это повышение. Названные системы регуляции с отрицательной обратной связью «рассчитаны», по-видимому, лишь на определённый диапазон отклонений от нормы рО₂ и ∆ ПО –АО) в дыхательных и кровеносных путях. При более же сильных величинах этих отклонений, возникающих при старении и некоторых патологиях, они дают сбои, что должно способствовать негативным изменениям в дыхательной и кровеносных системах (см. выше).

1.5.3. Нарушения в системе иммунитета при старении прослеживаются на медиаторном, клеточном и молекулярном уровнях, затрагивают все главные её компоненты – стволовые клетки, Т- и В-лимфоциты, макрофаги. Однако, наи-более важные возрастные иммунологические изменения связаны с ослабле-нием Т-клеточного компонента иммунной системы, с инволюцией тимуса и снижением способности системы формировать функционально полноценные Т-клетки (Иванов, Иванова, 1987; Ershler, 1988; Асфандиярова и др., 1996; Antonaci et al., 1996; Ptak, Szczepanik, 1998; Chakravarti, Abraham, 1999). Уменьшение числа митотически компетентных Т-клеток по мере старения связывается также с существованием известного предела Хейфлика и у клеток иммунной системы, следствием чего являются снижение клеточного иммунитета и повышение смертности от инфекционных заболеваний в пожилом возрасте (Effros, 1998). Атрофируются также селезёнка и лимфатические узлы, падает содержание периферических эффекторных клеток и увеличивается число незрелых лимфоцитов вследствие задержки дифференцировки (Донцов, 1989).

Данные такого рода продолжают пополняться всё новыми исследованиями. Показано, например, что у 26-месячных крыс Sprague-Dawley относительное содержание лимфоцитов в периферической крови и селезёнке снижено по сравнению с таковым у крыс в возрасте 3-х и 13-ти мес. Уменьшенными также были уровни Т-хелперов, естественных киллеров (NK) и общее содержание Т-клеток (Flaherty et al., 1997). О снижении с возрастом подопытных животных (крыс Wistar) литической активности NK-клеток сообщили Даусон с соавт. (Dawson et al., 1997). Ими же было отмечено, что недостаток витамина А в рационе по сравнению с нормой снижает уровень и процентное содержание указанных киллеров в периферической крови, а избыток витамина А – увели-чивает. Этот интересный факт естественно связать с окислительным поврежде-нием самих эффекторных клеток при дефиците антиоксидантов или неэффек-тивности антиоксидантной системы и защитой их от повреждения в обратном случае (см. ниже).

Сходные факты приведены в работе, где изучали влияние различных анти-оксидантов на киллерную активность мононуклеарных клеток из лимфоузлов, селезёнки, тимуса и перитонеальных лимфоцитов мышей BALB/c в возрасте 8-72 недель. Тиоприлин, N-ацетилцистеин, аскорбиновая кислота и витамин Е повышали киллерную активность у мышей всех возрастных групп, но более эффективными из них оказались первые два. Особенно благоприятным было действие антиоксидантов для старых животных, у которых с возрастом падает естественная кисллерная активность (Ferrandez et al., 1999). Те же, по существу, эффекты наблюдаются и в процессе старения людей. У пожилых лиц снижа-ются общий уровень Т-лимфоцитов, их субпопуляции CD4⁺ и особенно CD8⁺, а также содержание NK-клеток. У них же ослаблена фагоцитарная функция моноцитов/макрофагов (Борисова и др., 1999).

Популярной остаётся точка зрения, что ключевым в иммуностарении является процесс, регулирующий инволюцию и атрофию тимуса, вскоре после начала которых содержание тимусного гормона в сыворотке начинает уменьшаться с возрастом. Такое мнение косвенно подтверждается интересным экспериментом, проведённым Куликовым с соавт. (1997), с использованием разработанного ими способа аллотрансплантации тимуса и костного мозга в иммунопривилегированные области организма. Пересадив ткани от молодых крыс стареющим животным, они показали замедление возрастной инволюции тимуса, увеличение в нём и костном мозге митотического индекса, а также активацию синтеза макромолекул в 1.5-2.1 раза в головном мозге, печени и селезёнке за счёт повышения активности ДНК-зависимой РНК-полимеразы.

Изучение возрастных изменений первичных и вторичных органов имму-нитета у мышей C57BL/6 в возрасте от 1 дня до 1 года показало, что до определённого момента жизни и роста животных относительный вес тимуса, селезёнки и подмышечных лимфоузлов у них снижается, однако, позже инволюции подвергается только тимус. При этом отмечается корреляция между снижением массы тимуса и уменьшением лимфоидных клеток в головном мозге (Dominguez-Gerpe, Rey-Mendez, 1998).

Каковы же механизмы увеличения числа дефектных лимфоцитов при возрастной инволюции органов иммунной системы? Почему снижаются пролиферативная активность, эффекторная и хелперная функции Т-клеток, нарушаются супрессорная их функция, соотношение различных видов Т-клеток? Чёткого ответа на эти вопросы пока нет. Полагая, что старение стволовых клеток иммунной системы, самих лимфоцитов, как и всех других типов клеток, начинается с деградации митохондрий и создания условий для пероксидативного стресса (см. п. 1.3), обсудим с этих позиций возможные механизмы возрастного Т-клеточного иммунодефицита.

Как известно, повреждение мембран – наиболее ранний и основной воз-растной дефект лимфоцитов. Для старых этих клеток характерно увеличение насыщенности и микровязкости липидов (Садовникова, 1986). Одним из результатов модификации липидного состава мембран лимфоцитов может быть подавление клеточных реакций иммунитета, а уменьшение содержания ненасыщенных фосфолипидов и обогащение мембран холестерином снижает цитолитическую активность эффекторных Т-клеток (Schlager et al., 1983). В этом отношении примечательны материалы, полученные Черкашиным и соавт. (1988) в эксперименте. Изучая у 83 лиц пожилого и старческого возраста состояние ПОЛ в цельной крови, плазме, эритроцитах и лимфоцитах во взаи-мосвязи с показателями системного иммунитета, они установили следующее. Снижение показателей клеточного иммунитета совпадает с увеличением концентрации MDA, диеновых конъюгатов во всех исследованных средах (по сравнению с контролем – 32 здоровых человека среднего возраста) на фоне снижения антиоксидантной активности. Наиболее четко показатели клеточного иммунитета коррелируют с уровнем продуктов ПОЛ в лимфоцитах. Содер-жание в них MDA увеличилось на 40 %, диеновых конъюгатов – на 31.7 %, а количество GSH уменьшилось на 35 %. Авторы, естественно, связали эти данные с дестабилизирующим действием продуктов ПОЛ на функцию клеточных мембран, угнетением ими клеточной реакции иммунитета.

Липидной пероксидации подвергаются и внутренние мембраны лимфоцитов, в том числе однослойная липопротеидная мембрана лизосом. На это указывает высокая активность катепсинов в лимфоцитах пожилых людей после окислительного стресса, хотя исходная активность этих протеолитических ферментов у пожилых и молодых была одинаковой (Garcia-Arumi et al., 1998). Вероятно, при окислительном стрессе высвобождение катепсинов из лизосом лимфоцитов происходит у пожилых (по сравнению с молодыми) сравнительно легко, ввиду наличия в их крови и в самих форменных её элементах проок-сидантных условий, т.е. вследствие «подготовленности» и приближенности мембран лимфоцитов к состоянию избыточной пероксидации. Некоторое усиление такого состояния с помощью окислительного стресса должно приводить к дестабилизации мембраны лизосом и соответственно к заметному повышению уровня и активности эндопептидаз, в частности катепсинов, в гиалоплазме. Вероятность же подобного исхода в лимфоцитах, взятых у молодых людей, должна быть значительно более низкой.

Принципиально повышенный уровень ПОЛ в мембранах активированных эффекторных клеток (естественных Т-киллеров, микро- и макрофагов) заложен уже самим существованием в них природного механизма «кислородного взрыва» в качестве мощного оружия обезвреживания антигенов. Правда, и соб-ственная безопасность их от возможного окислительного повреждения представлена соответственно более надёжной антиоксидантной системой. Однако в случае «срыва» последней по тем или иным причинам указанное повреждение неизбежно. При старении эффекторных клеток и их предшественников серь-ёзным таким срывом является выход в первую очередь из строя основной, «митохондриальной» ступени антиоксидантной системы.

Активации пероксидативных процессов в плазматической мембране того же лимфоцита или макрофага способствует также сам провоцирующий ПОЛ акт взаимодействия их с антигеном, лектином, медиатором, с другой клеткой, приводящий к разрыхлению структуры липидной матрицы и модификации мембраны. В процессе ПОЛ плазматическая мембрана теряет легкоокисляемые ненасыщенные фосфолипиды фосфатидилсерин и фосфатидилинозит, а трудноокисляемые сфингомиелин и фосфатидилхолин, наоборот, накапливаются в ней (Садовникова, 1986). Если в здоровых физиологических условиях ПОЛ выполняет определённые полезные для клети функции (участие в стимуляции митогенеза, обновление липидов мембран и др.), то при возрастном повышении в ней дисбаланса ∆ (ПО – АО) усиленное переокисление оказывает уже негативное действие. Прежде всего, падает чувствительность рецепторов и ферментов, встроенных в плазматическую мембрану.

Как известно, ключевые ферменты протеинкиназа С (PKC) и аденилатциклаза в составе двух разных фундаментальных механизмов формирования и передачи универсальных сигналов с плазматической мембраны во внутриклеточные структуры являются соответственно фосфатидилсерин- и фосфатидил-инозит-зависимыми. Активация Na⁺,K⁺-АТРазы и, вероятно, ещё ряда других ферментов в клеточной мембране зависит от фосфатидилинозитного микроокружения (Abdel-Latif, 1983). Кроме того, некоторые ферменты – щелочная фосфатаза (Noda et al., 1987), орнитиндекарбоксилаза (Mustelin et al., 1987) заякорены в плазматической мембране с помощью фосфоинозитидов. По нашему мнению, в названных случаях легкоокисляемые фосфолипиды выполняют в норме регуляторную функцию, «выключая» или «включая» соответствующие зависимые от них ферменты при повышении ПОЛ мембраны в физио-логически допустимых ещё пределах. Если иметь в виду аденилатциклазу, то такое выключение её в эффекторных клетках должно снижать уровни сАМР и сАМР-зависимого митохондриального дыхания и, следовательно, создавать внутриклеточную гипероксию. Этот механизм, по-видимому, задействован природой для реализации циклически повторяющегося «окислительного взрыва» при активации Т-киллеров и макрофагов в качестве одного из основных защитных средств в системе клеточного иммунитета.

При устойчивом пероксидативном стрессе как движущей силы старения, воздействующей в том числе на фосфолипидные связи с мембраной и микро-окружение указанных выше ферментов, нормальное функционирование последних будет, очевидно, непрерывно нарушаться и в значительной степени блокироваться. Например, активность PKC в этой ситуации должна быть постоянно низкой, а не периодически, как в норме. В таком состоянии угнета-ются клеточные реакции иммунитета, снижаются уровни пролиферативной и естественной цитотоксической активности эффекторных клеток. По этим же «кислородно-перекисным» причинам стареющие клетки иммунной системы могут подвергаться апоптозу (см. п.7.1.1) и приводить, в частности, к возрастным лимфопении и ослаблению Т-клеточных функций. Так, было сообщено (Aggarwal, Gupta, 1998), что у здоровых людей 65-95 лет по сравнению с молодыми (20-29 лет) на CD4⁺ и CD8⁺ Т-лимфоцитах периферической крови повышена экспрессия молекул Fas и Fas-лиганда. В этих же лимфоцитах снижена экспрессия антиапоптозного белка bcl-2 и увеличена экспрессия проапоптозного белка bax. У пожилых людей указанные клетки были более чувствительны к индукции апоптоза in vitro под действием антител против антигена Fas. Высокая чувствительность Т-лимфоцитов показана и к апоптозу, вызыва-емому TNF-α, и с этим фактом связывается дефицит этих клеток у лиц пожи-лого возраста (Aggarwal et al., 1999).

Небезынтересны также материалы обзора о возрастных изменениях про-цессов преобразования сигналов в Т-клетках, которые связываются с ослабле-нием активности или экспрессии молекул, выполняющих соответствующие функции Hirokawa, 1999). Считают, например, что ослабление активности может быть сопряжено с нарушением строения указанных молекул в результате окислительного стресса. При взаимодействии Т-клеток с антигенами имеет место возрастзависимое изменение фосфорилирования белков тирозинкина-зами. Это, в свою очередь, ведёт к изменению содержания разных фосфопротеидов, причастных к преобразованию сигналов.

По некоторым данным, с возрастом в лимфоцитах человека повышается частота мутаций. Для выявления причин этого сдвига проведён анализ связи его с уровнем АФК, состоянием антиоксидантной системы и активностью репарационных систем. Результаты исследований показали, что с возрастом падает эффективность репарации ДНК. Это, скорее всего, и приводит к росту частоты мутаций, но снижения активности антиоксидантной защиты не происходит (Barnett, King, 1995). Данная информация согласуется также с материалами, по которым в лимфоцитах старых организмов устанавливается окислительный стресс, обусловленный недостаточностью митохондриального дыхания. Показано, в частности, что лимфоциты селезёнки старых мышей обладали более низкими скоростями дыхания и пониженным мембранным потенциалом митохондрий, чем лимфоциты молодых животных. При инкубации тех и других с липофильной краской (указывается её тип) первые были чувствительнее вторых к ингибированию ею транспорта электронов по дыхательной цепи (Rottenberg, Wu, 1997).

Названные выше изменения происходят, по-видимому, во всех типах Т-клеток, в том числе и в специализированных Т-регулирующих, существование которых предсказывается теоретическим моделированием закономерностей функционирования системы межклеточной регуляции клеточного роста разнотипных соматических тканей. Согласно новой иммунной теории старения (Донцов, 1998), такие Т-регуляторы реагируют «в сингенной смешанной культуре лимфоцитов» на собственные растущие клетки организма. Снижение с возрастом функции таких специализированных Т-клеток может, считает автор, являться центральным механизмом старения самообновляющихся соматических тканей организма, определять снижение ростового потенциала последних при старении.

1.5.4. Наряду с иммунокомпетентными клетками возрастным изменениям, как отмечалось выше, подвергаются органы, выполняющие иммунобиологическую функцию. К числу таких органов относится селезёнка, которая продуцирует лимфоциты и антитела, воспроизводит генерацию фагоцитирующих клеток. В частности, в клетках селезёнки старых мышей уменьшаются активности PKC и сАМР-зависимой протеинкиназы (PKA), причём эти возрастные изменения более выражены в мембранной фракции клеток (Blumenthal, Malkinson, 1989). Данные факты сходны с упомянутыми выше для эффекторных клеток периферической крови. Кроме того, у старых мышей выявлено выраженное снижение уровня цитотоксической активности клеток селезёнки при сохранении уровня цитостатической активности (Ванько и др., 1988). Это может быть связано с тем, что первая из них определяется не просто созданием гипероксии, но и способностью фагоцитов и Т-киллеров продуцировать при этом АФК как конкретных участников «окислительного взрыва». Между тем, активность NADPH-оксидазы, ответственной за производство О в плазматической мем-бране указанных клеток, с возрастом должна снижаться, поскольку активирующая её липидозависимая PKC сама инактивируется при устойчиво под-держиваемой гипероксии, но этих условий, по-видимому, достаточно для проявления цитостатического действия.

О протекании указанных негативных процессов в иммунокомпетентных клетках свидетельствуют различные данные, а частности следующие. Спектрофотометрическим методом с использованием цитохрома с определяли генерацию О моноцитами, выделенными из крови здоровых людей в возрасте 25-75 лет. Моноциты активировали форболовым эфиром (форболмиристатацетатом), стимулирующим NADPH-оксидазу. Оказалось, что указанная генерация ослабевала с возрастом, причём у женщин и мужчин соответственно на 70 и 45 % (Alvarez, Santa, 1996). У пожилых людей, стариков 80 лет и старше хемилюминесценция нейтрофилов, по уровню которой судили о дисфункции последних в части выделения активного О₂, была значительно ниже, чем у взрослых здоровых лиц (Aoki, 1994).

Наибольшие же возрастные изменения происходят в другом органе иммун- ной системы – тимусе, через который проходят и где формируются Т-клетки. Эти изменения могут проявляться как в снижении гормональной активности тимуса и пролиферативных потенций Т-клеток, так и в нарушении их эффек-торных и иммунорегуляторных функций. В результате создаётся предраспо-ложение организма к инфекциям, злокачественным опухолям и аутоиммунным заболеваниям, а с недостаточностью тимусного гормона связывают наблюда-емый с возрастом дефект Т-клеток, незавершённость их дифференцировки, уменьшение числа эффекторных клеток (см. выше; Antonaci et al., 1996; Block, Ziesche, 1998; Ptak, Szczepanik, 1998). Так, по давним ещё сведениям (Reddy, Goh, 1979), число циркулирующих Т-клеток у 60-70-летних людей составляет только приблизительно 70 % уровня, характерного для молодых.

Любопытно, что гормоны тимуса оказывают также выраженное стабилизирующее действие на интенсивность ПОЛ в лимфоцитах периферической крови. Это было показано путём тимэктомии, которая вызывала в организме животных усиление переокисления фосфолипидов, накопление продуктов ПОЛ и изменение структурных компонентов биомембран. Введение тимэктомированным животным в ранние сроки тимозина приводило к восстановлению нормального уровня ПОЛ. Такое же влияние гормоны тимуса оказывали на интенсивность ПОЛ в субклеточных органеллах печени крыс (Мамутов, 1991). Очевидно, при возрастной инволюции тимуса его ПОЛ-ингибирующее действие должно ослабляться, способствуя повышению дисбаланса ∆ (ПО – АО) в клетках и тканях организма и, следовательно, их старению. В этом аспекте можно лишь отчасти согласиться с мнением Бернета (Burnet, 1970), что клетки тимуса и тимус-зависимые клетки определяют темп старения, а изменения в них ответственны за аутоиммунные и другие возрастные заболевания. Главным объективным фактором гетерохронного старения клеток, тканей и систем живого организма является всё же сама гипероксическая среда его обитания, в условиях которой одним из самых чувствительных органов постулируется тимус. Элиминируя первым, он, естественно, способствует деградации и всех других связанных с ним, но медленнее стареющих частей организма.

Относительно причин и механизма процесса инволюции и атрофии тимуса, начинающегося у человека и животных, как считают (George, Ritter, 1996), c момента рождения, можно сказать, что какие-либо принципиальные резуль-таты их исследования пока не получены. В процессе возрастной инволюции тимуса происходит морфологическая перестройка её сосудистого русла, в частности, уменьшение плотности микрососудов в паренхиме и капсуле. Эти данные выявлены при исследовании 104 тимусов людей в возрасте от новорожденных до 80 лет (Бабкина, 1996). Представляет интерес предположение о жаберном происхождении тимуса (Hirokawa, 1`980). Как известно, в ходе эволюции жабры у млекопитающих подверглись инволюции, и тот же в принципе процесс элиминации, возможно, отражён и унаследован их дальним «родственником» тимусом.

Конкретно же в основе механизма атрофии тимуса, предположительно, могут находиться следующие процессы. Прежде всего, мы распространяем идею «митохондриального» старения также на тимоциты и другие типы клеток в тимусе. Более того, полагаем, что этот процесс протекает в тимусе интен-сивнее, чем в других органах и тканях, и, по существу, является основным пусковым механизмом окислительной деградации или апоптоза его клеток. Может быть, процесс освобождения от митохондрий здесь осуществляется по «сценарию», сходному с таковым при созревании ретикулоцитов (молодых эритроцитов). В последних реализуется пероксидативный путь разрушения митохондрий с участием липооксигеназы (Rapoport, Schewe, 1986; Schnurr et al., 1996), который запрограммирован природой в качестве естественного этапа развития ретикулоцитов в зрелые эритроциты. В процессе адаптации живых организмов к гипероксическим условиям внешней среды эритроциты при-обрели способность накапливать О₂ и насыщать им молекулы гемоглобина, обеспечивая тем самым клетки организма активным участником выгодного в энергетическом отношении процесса окислительного фосфорилирования. При наличии же множества конкурирующих за О₂ митохондрий и соответственно низком рО₂ в эритроцитах указанная крайне важная функция была бы невоз-можна или затруднена (Лю, Шайхутдинов, 1991).

Возвращаясь к липооксигеназе, отметим, что позднее было сформулировано более общее положение об участии её в программированной деградации разных внутриклеточных органелл в процессе дифференцировки ретикулоцитов и ряда других специализированных типов клеток (Van Leyen et al., 1998). Перед началом деградации органелл липооксигеназа интегрируется в их мемб-раны и увеличивает проницаемость последних. Тем самым она способствует высвобождению содержимого органелл, а их белки становятся доступными для действия протеаз. Однако применительно к деградации митохондрий в клетках тимуса данное представление, с нашей точки зрения, несостоятельно. Действи-тельно, в тимусных клетках складывается совсем иная ситуация: в отсутствии в них какого-либо О₂-депонирующего устройства деградация митохондрий может привести лишь к апоптозу или окислительному разрушению этих клеток и тимуса в целом. Вероятно, поэтому инволюционирующий тимус содержит содержит многочисленные макрофаги, но малое количество тимоцитов (Hirokawa, 1980). Поскольку митохондрии слишком активны в образовании О и представляют опасность для клетки, то, по мнению Скулачева (1997), на митохондриальном уровне возможна реализация механизма, подобного апоптозу. На этот случай предложен даже термин «митоптоз». Не исключено, что такой механизм выбраковки митохондрий существует и в клетках тимуса. Результатом же его действия, по нашим представлениям, будет не защита этих клеток, а ускоренная их гибель по кислородно-перекисному механизму апоптоза (см. главу 7). В пользу важности феномена апоптоза для атрофии тимуса говорит тот факт, что у трансгенных мышей с дефектом апоптоза наступает ингибирование инволюции тимуса (см. Семенков, Артемьева, 1999).

Изложенные выше факты и положения о возможных причинах возникновения с возрастом Т-клеточного иммунодефицита обобщены в виде двух функциональных схем на рис.6.

Отмечая ослабление иммунной системы при старении человека и других животных, следует ещё раз подчеркнуть, что оно сопровождается такими же

«Митохондриальное» старение клеток тимуса

Ускоренные инволюция и атрофия тимуса

Снижение гормональной активности тимуса

Нарушение рецепторно-ферментного аппарата в плазматической мембране

Незавершенность дифференцировки Т-клеток в тимусе

Уменьшение числа полноценных Т-клеток

«Митохондриальное» старение Т-клеток

Разрыхление липидной матрицы плазматической мембраны

Подавление клеточных реакций иммунитета

Взаимодействие

Т-клетки с антигеном лектином, медиатором, с другими клетками