Внутриклеточная

гипероксия

Нарушение эффекторных и иммунорегуляторных функций Т-клеток

Снижение профилеративной активности

Т-клеток

Избыточное ПОЛ в плазматической

мембране и ее модификация

Предрасположение организма к старению, инфекциям и возрастным заболеваниям

Рис.6. Основные пути ослабления Т-клеточного компонента

иммунной системы при старении

нарушениями и иммунологическими сдвигами, которые характерны в случаях недоразвития у них Т-клеточного компонента указанной системы (Fernandez et al., 1980). С точки зрения кислородно-перекисной концепции, принципиально важными являются также данные о способности ингибиторов свободных радикалов, антиоксидантов и ингибиторов образования таких радикалов по липооксигеназному и циклооксигеназному путям подавлять митогенез, киллерную активность и фагоцитоз (Садовникова, 1986). Это свидетельствует, с одной стороны, о наличии в механизме указанных столь разных биологических феноменов общих моментов, а с другой, – о необходимости в соответствующих иммунокомпетентных клетках определённого, но разного уровня дисбаланса ∆ (ПО – АО). Свободные радикалы выполняют в этих процессах роль истинных вторичных посредников.

Обращает на себя внимание ещё один немаловажный факт, указывающий на избыточный апоптоз зрелых Т-лимфоцитов при иммунном старении. Активация мононуклеаров крови старых (> 80 лет) людей фиксированными на пластинке моноклональными антителами приводила к развитию межнуклеосомной деградации ДНК и снижению численности клеток в культуре. Эти сдвиги были менее заметными при активации клеток крови молодых (< 35 лет) при том, что уровень онкобелка bcl-2, считающегося ингибитором апоптоза, в старых и молодых клетках был одинаков в процессе их активации. Авторы (Phelouzat et al., 1996) заключили, что усиление апоптоза активированных Т-лимфоцитов – характерный признак иммунологического старения, первичную основу кото-рого, как и самого апоптоза (см. главу 7), составляет, по нашему мнению, устойчивый окислительный стресс.

В целом известные на сегодня иммунные теории старения не содержат, как считают некоторые исследователи (Никитин, 1982 и др.), главного критерия полноценности теорий онтогенеза – принципа первичности изменений, поэтому они могут иметь лишь определённое «вспомогательное» значение для понимания некоторых сторон процесса старения. Нам представляется, что этому принципу соответствует изложенное здесь «митохондриально-пероксида-тивное» старение клеток иммунной системы. Во всяком случае, в пользу такого механизма свидетельствуют уязвимость иммунокомпетентных клеток к физиологическим концентрациям радикалов в связи с возрастным уменьшением активности антиоксидантных ферментов (Садовникова, 1986) и, наоборот, стимуляция иммунологических реакций при старении ловушками свободных радикалов, антиоксидантами-геропротекторами (Walford, 1982).

Вопрос о старении иммунной системы намного, естественно, сложнее, чем тот, который в ограниченных рамках обсуждался выше. Действительно, как отмечает Бутенко (1998), возрастные изменения иммунитета связаны с наруше-ниями регуляции на уровне иммуно-нейро-эндокрийных взаимодействий, на уровне взаимодействий органов и клеточных популяций внутри самой иммун-ной системы и, наконец, на уровне внутриклеточных сигнальных механизмов. В этом плане многое предстоит ещё познать, но, в конечном счёте, все или большинство нарушений на указанных уровнях, как представляется нам, опре-деляются прежде всего внутриклеточными изменениями, изначально нося-щими пероксидативный характер.

1.5.5. Судя по публикациям, окислительный стресс и повышенный уровень ПОЛ при старении животных достаточно часто фиксируются в различных отделах их головного мозга, являясь основной причиной повреждения в этих условиях нейронов, свободнорадикального механизма старения мозга и дегене-ративных заболеваний (Canonico, Cavallaro, 1994). Например, у стареющих 24-месячных мышей С57В содержание в мозге продуктов ПОЛ, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой, и GSSG было выше, чем у 12-месячных особей. В то же время у них понижена активность СОД, каталазы и ГП (Mo et al., 1995). Старение крыс Wistar сопровождается возрастанием числа содержащих липо-фусцин нейронов в теменной зоне неокортекса. При введении же 24-месячным животным противодействующего старческим изменениям центрофеноксина (80 мг/кг в сутки в течение 10-30 дней) способствовало увеличению количества нейронов, не содержащих липофусцин (Sharma, Singh, 1994). Наварро с соавт. (Navarro et al., 1996), исследовав гипоталамус и ствол мозга хомячков в возрасте 3, 6, 12, 18, 24 и 36 мес., сообщили: у стареющих животных наблюдались разные стадии деградации микротрубочек и цистерн гладкой эндорлазматической сети; признаками старения были также дистрофические дендриты, изменения аксонов, накопление в нейронах и глие липофусцина. У хомячков в возрасте 12 мес. и старше обнаруживались сложные образования – атипичные тельца, которые иногда встречались вблизи нейронов и глиальных клеток.

С указанными данными коррелируют результаты изучения влияния возраста на дыхание митохондрий и ПОЛ в неокортикальных мембранах мозга крыс. Здесь с помощью метода ЭПР показано повышение с возрастом способности названных структур генерировать реактивные радикалы О₂ (Gabbita et al., 1997). У крыс-самок уровень тиобарбитурат-реактивных субстанций в составе фракций мозжечка и больших полушарий головного мозга, содержащих митохондрии и цитозоль, с возрастом животных повышался, причём введение им 17β-эстрадиола и прогестерона в течение 3 нед снижало содержание данных субстанций, повышало активность SOD, каталазы и GPX (Reddy et al., 1995). Примечательно, что в процессе старения в клетках Пуркинье коры мозжечка крыс Wistar снижается число активно действующих митохондрий, отчего, как полагают (Fattoretti et al., 1996), нарушается функционирование нейронов, у которых велика потребность в энергии. Здесь, однако, более существенным представляется обратный процесс: само сокращение числа полноценных митохондрий активизирует кислородно-перекисный механизм старения клеток и построенных из них органов, тканей и систем организма (см. п. 1.3).

Обследование 4-26-месячных крыс Fischer 344 с целью установления связи старения с повышенной чувствительностью церебральных микрососудов мозжечка к окислительному повреждению показало, что старение действительно связано с усилением ПОЛ в указанных микрососудах при одновременном снижении их антиоксидантной способности (Mooradian, Ukoeninn, 1995). А по дан-ным количественного и морфометрического анализов спинномозговых ганглиев у 1-, 5- и 14-месячных крыс, дефицит витамина Е вызывает такие изменения сенсорных нейронов, которые сходны с происходящими при старении. Это, по мнению авторов (Cecchini et al., 1995), согласуется с гипотезой старения, подразумевающей кумулятивное повреждение мембран при участии свободных радикалов. В исследованиях на мышах показано окислительное повреждение синаптических митохондрий у старых особей. Добавление в пищу N-ацетилцистеина частично восстанавливало возрастную потрерю памяти и, к тому же, значительно уменьшало содержание продуктов ПОЛ и карбонилов белка в синаптических митохондриях по сравнению с контролем (Martinez et al., 2000). Полифеноль-ные соединения, вводимые крысам F344 с рационом, эффективно противодействовали старению нейронов и развитию окислительного стресса вообще при старении, причём эффекты полифенолов были идентичны с известными их противоопухолевыми свойствами и благотворительным действием на сердечно-сосудистую систему (Joseph et al., 2000),

Свой вклад в развитие возрастных процессов нейродегенерации может вносить повышенная экспрессия липооксигеназ, в частности 5-липооксигена-зы. Такие данные получены при изучении различия возрастного распределения этой липооксигеназы между разными отделами мозга у молодых (2 мес.) и старых (12 мес.) крыс (Uz et al., 1998). Оказалось, что в дендритах нейронов гиппокампа и лобно-теменной коры мозга содержание липооксигеназы с возрастом увеличивается. При этом концентрация мРНК данного фермента в гиппокампе повышается в 2,5 раза. Возрастная активация экспрессии липооксигеназы может рассматриваться, очевидно, как нейродегенеративный «фактор», поскольку известно: липооксигеназа катализирует реакции с образованием АФК и свободнорадикальных продуктов окисления липидов и к тому же сама активируется свободными радикалами (Садовникова, 1989), т.е. функционирует в составе локальной системы регуляции с положительной обратной связью по поддержанию окислительного стресса в нейронах.

Все названные выше изменения происходят в различных отделах мозга с разной интенсивностью. В этой связи отметим асимметрию старения больших полушарий головного мозга. Как показали Клименко с соавт. (1998), в позднем онтогенезе крыс содержание гидроперекисей, шиффовых оснований и липофусцина достоверно различается в полушариях, что и ассоциируется с разной скоростью их старения.

Естественным следствием пероксидативных условий в стареющих клетках центральной нервной системы является инактивация в них различных ферментов. Так, в стволе головного мозга преждевременно стареющих крыс линии W/SSM-S выявлена пониженная активность моноаминооксидазы типа А ( по сравнению с таковой у контрольных крыс линии W/SSM-R с типичным для вида темпом старения и продолжительностью жизни). У последних активность того же фермента понижалась в полушариях мозга при эмоциональном стрессе (Войтенко и др., 1997). Напомним, что моноаминооксидаза, локализованная во внешней мембране митохондрий, является липидозависимым ферментом и в условиях окислительного стресса инактивируется. В другом случае, в подгруппе ускоренно стареющих мышей SAMP8 в 4-8-недельном возрасте наряду с увеличением интенсивности ПОЛ в коре головного мозга снижалась активность глутаминсинтетазы (GS) – энзима, известного своей высокой чувствительностью к реактивному О₂ (Sato et al., 1996).

В связи с тем, что GS является ключевым ферментом для поддержания метаболического и нейротрансмиттерного пула глутамата и глутамина, окислительное повреждение и снижение её уровня могут отражать начало каскада патологических реакций. Как известно (Le Prince et al., 1995), выделяемый нейронами глутамат через механизм активного транспорта захватывается астроцитами и с помощью GS превращается в глутамин. При дисфункции GS нейтрализации глутамата и поддержания нейротрансмиттерного гомеостаза в коре головного мозга не происходит, накопление же внеклеточного глутамата может оказывать токсическое действие как на нейроны, так и на клетки глии (см. п. 1.7.3.3). Кроме того, авторы данной работы отмечают, что при сенильной деменции Альцгеймерова типа экспрессия GS снижается, а между уровнем GS и плотностью отложений β-амилоидного пептида в сенильных бляшках проявляется отрицательная корреляция. Кстати, здесь уместно указать на предпочтительный протеолиз окисленной GS по сравнению с неокисленной. Этот факт обнаружен, правда, при изучении процессов не в мозге, а протеазной активности гомогенатов печени старых крыс, у которых в ходе старения сохранялась мультикаталитическая протеаза (Sahakian et al., 1995).

Старение нейронов сопровождается утратой ими способности поддержи- вать внутриклеточный кальциевый гомеостаз, чем, вероятно, объясняются разнообразие и противоречивость данных о концентрации в них свободного кальция. Более понятными представляются нам факты повышенного уровня Са²⁺ в стареющих нейронах по сравнению с таковым в молодых (Verkhratsky, 1997). Это мнение исходит из того, что в стареющих клетках в условиях недостаточности митохондриального дыхания, гипероксии и избыточного ПОЛ мем-бран эффективность работы АТР-зависимых и мембраносвязанных ферментов снижается. В частности, ослабление функции Са²⁺-АТРазы, удаляющей из клет-ки ионы кальция, может и должно приводить к росту их уровня в цитоплазме.

Интересны также результаты исследования амилоидных телец и астроцитарных гранул, которые накапливаются в мозге пожилых людей и позвоночных животных в процессе их старения (Schipper, Cisse, 1995). Так называемые Гомори-положительные астроцитарные включения, образующиеся в мозге стареющих грызунов и других позвоночных в результате аутофагоцитарного разрушения митохондрий, являются, предположительно, структурными предшественниками присутствующих в мозге старых людей цитоплазматических амилоидных телец. Это следует из того, что оба эти включения в процессе старения усиленно накапливаются в перивентрикулярной области мозга и обладают одинаковыми свойствами.

В отличие от предыдущих работ, Паполла с соавт. (Papolla et al., 1992) описали процесс отложения β-амилоида в диффузных бляшках, формирующихся вокруг нейронов мозга здоровых старых людей. С помощью моноклональных антител и компьютерной микротомографии они обнаружили нейроцентрический градиент концентрации амилоидного β-белка в ранних его отложениях, причём наибольшая концентрация амилоида наблюдалась вокруг нейронов, а на их мембранах высокая концентрация этого белка наблюдалась редко. Любопытна прослеженная в работе динамика: формирование диффузных старческих бляшек и нейроцентрического градиента концентрации β-амилоида начинается с накапливания последнего вокруг одного нейрона, затем постепенно образуются большие диффузные бляшки со сливающимися градиентами концентрации β-белка вокруг уже нескольких нейронов.

В нейронах стареющего организма происходит и ряд других негативных структурно-функциональных изменений. Одно из них касается τ-белка – компонента микротрубочек в системе цитоскелета. Если, например, у молодых лемуров τ-белок в нейронах головного мозга занимает всю их цитоплазму, то с возрастом часть этого белка агрегируется в плотные гранулы, располагающиеся по периферии нейрона (Bons et al., 1995). Подобная трансформация не может не нарушить функции цитоскелета и всех связанных с ним внутриклеточных структур, в том числе влияющих на состояние и эффективность биоэнергетических процессов, на уровень внутриклеточного рО₂ (см. п. 2.3.4).

Негативные возрастные изменения в тканях головного мозга не могут про-исходить вне связи с нарушением функций геномов ядра и митохондрий. Показано, например, что накопление продукта окисления гуанина, 8-окси-2′-дезок-сигуанина (8-oxodG), как показателя свободнорадикального повреждения ДНК коррелирует с возрастом, при этом данный процесс более выражен в мтДНК по сравнению с яДНК. В мтДНК мозга людей старше 70 лет содержание указанного продукта было в 15 раз больше, чем в мтДНК людей более молодого возраста, и с этим фактом связываются также биохимические механизмы деменции и нейродегенеративные заболевания (Mecocci et al., 1994). В отно-шении деменций как тяжелой психической патологии позднего возраста про-должается накопление фактов. Это касается нарушений при ней липидного обмена, проявляющихся относительной гиперлипидемией, активацией ПОЛ с повышением уровня гидроперекисей липидов плазмы крови и угнетением антиоксидантной защиты, а также стабилизации психического состояния боль-ных при антиоксидантной терапии (Коновалов и др., 1997). Материалы по заболеваниям такого рода подробнее рассмотрены в п. 1.7.3.

Важными представляются и данные о том, что накопление повреждений яДНК во время старения нейрона происходит по механизмам, не обязательно связанным с апоптозом (Mandavilli, Rao, 1996). Такой принципиальный, на наш взгляд, вывод сделан на основании того, что возрастание количества разрывов ДНК по мере старения нейронов не сопровождается образованием характерной для процессов апоптоза нуклеосомной лестницы. В этой связи приобретает значимость точка зрения о модификации ДНК стареющих клеток, в том числе нейронов, повышенными концентрациями различных АФК, т.е. условиями окислительного стресса, влияющими как на количественный, так и на качественный спектр модификации ядерного генома (Luo et al., 1996a; Пескин, 1997).

Для процессов старения организма в целом существенны также возрастные перестройки нейроэндокринной системы (Фролькис, 1988; Everitt, 1988). Интересны, в частности, данные об изменении при старении функциональной активности эпифиза – шишковидной железы в головном мозге, угнетение функций которой или эпифизэктомия сокращают продолжительность жизни. Напротив, применение пептидных препаратов эпифиза и вырабатываемого им нейрогормона мелатонина увеличивает её. Как считает Анисимов (1997а), ведущее значение в механизме геропротекторного действия эпифиза имеет участие его гормонов в системе антиокислительной защиты организма. Действительно, эндогенный мелатонин, например, способен проявлять себя как ловушка свободных радикалов и антиоксидант (Garcia et al., 1997). Его присутствие во всех клеточных структурах, включая ядро, свидетельствует об универсальности антиоксидантного действия мелатонина (см. Малиновская, 1998).

Морфофункциональные изменения гипоталамуса и гипофизарно-адрено-кортикальной системы при старении подробно рассмотрены в обзорной работе Баженовой (1995). Существенными в ней представляются данные о том, что при старении гипоталамуса в его клетках увеличивается число митохондрий с прос-ветлённым матриксом и разрушенными кристами, заметно накапливается липо-фусцин. Появляются также плотные парциальные некробиологические очаги. Изучение изменений различных звеньев эндокрийной системы (гипоталамо-гипофизарно-адреналового, гипоталамо-гипофизарно-гонадного и эпифиза) в процессе старения самцов павианов гамадрилов и самок макаков-резусов в воз-расте от 6 до 26 лет в целом подтвердило наличие в них функциональных изменений. Последние приводят к нарушению эндокрийной регуляции процессов жизнедеятельности, к развитию возрастных инволюционных сдвигов и связанных с ними патологий (Гошнчарова и др., 2001).