2 курс / Нормальная физиология / Молекулярные_и_физиологические_механизмы_старения_в_2_т_,_Т_2_Анисимов

Часть V. Модифицирующие факторы старения как средства для изучения его механизмов

2 недели после последней инъекции кривые выживаемости разделились. При этом наилучшая выживаемость была в группе, получавшей неинактивированную FSM, а наихудшая — в группе, получавшей инъекции раствора Рингера. В первой группе был и наибольший уровень тестостерона в плазме. Авторы не приводят данных о развитии ассоциированной с возрастом патологии, включая новообразования, у крыс обеих групп.

В другом опыте такой же препарат эмбриональной овечьей мезенхимальной ткани (FSM, Resistocell®) вводили 112 аутбредным мышам-самкам OF-1 (2 мг/мышь, 4 раза с двухнедельными интервалами), начиная с возраста 500 дней (Hofecker et al., 2005). Контрольным животным (также 112 голов) вводили по такой же схеме раствор Рингера. Инъекции FSM существенно сдвигали вправо кривую выживаемости мышей. Средняя продолжительность жизни в контрольной группе составила 587 ± 4 дня, а в группе, получавшей эмбриональные ткани — 680 ± 13 дней (+15.8 %, p < 0.0001). Максимальная продолжительность жизни в контрольной группе составила 700 дней, тогда как в подопытной группе — 1100 дней. За исключением двух последних мышей в группе, получавшей FSM, все остальные мыши в обеих группах погибли от лейкоза. Таким образом, введение ткани овечьих эмбрионов увеличивало выживаемость старых мышей и крыс и увеличивало продолжительность их жизни. При этом у мышей замедлялось развитие лейкозов. Авторы под- черкивают отсутствие аллергических реакций у подопытных животных полу- чавших инъекции ксеногенного эмбрионального материала.

Старым бесплодным самцам крыс в возрасте 18—20 месяцев пересаживали в третий желудочек мозга ткань переднего гипоталамуса, полученных у 17—19-дневных плодов, контрольным животным имплантировали ткань коры головного мозга, или крыс оставляли интактными (Huang et al., 1987). До имплантации и через 1—2 месяца после нее самцов ссаживали с самками в возрасте 10—12-недель, находившимися в фазе проэструса эстрального цикла. Cемь из 10 самцов с имплантатами эмбрионального гипоталамуса фертилизировали 9 самок, которые принесли 106 потомков. Ни один из 7 интактных старых самцов не оплодотворил молодых самок. В 1 из 4 слу- чаев принес потомство старый самец с имплантатом коры головного мозга. Исследование уровня гормонов показало, что у самцов с имплантатами клеток фетального гипоталамуса уровень тестостерона и ЛГ в сыворотке, а также концентрация ЛГ в гипофизе были выше, чем у интактных самцов или животных с имплантатами коры мозга. Таким образом, результаты этой работы свидетельствуют о том, что клетки эмбрионального гипоталамуса приживаются в мозге старых крыс и восстанавливают у них нейроэндокринную и репродуктивную функции.

Введение мезенхимальных стволовых клеток в головной мозг мышей с нокаутным геном кислой сфингомиелиназы, у которых развивается состояние, близкое к нейродегенеративной болезни Ноймана—Пика, существенно увеличивало продолжительность жизни мутантных мышей, замедляло у них потерю клеток Пуркинье и начало неврологических нарушений (Jin et al., 2002). Трансплантация стволовых клеток может оказаться перспек-

231

В. Н. Анисимов

тивным методом для лечения и других нейродегенеративных заболеваний, например болезни Паркинсона (Correia et al., 2005).

Ставшая знаменитостью овца Долли появилась на свет путем переноса в энуклеированную яйцеклетку ядра соматической клетки взрослой овцы. При этом мутационный груз у соматического ядра оставался таким, как и был, — взрослой овцы. И пройдя все абсолютно естественные этапы эмбриогенеза, новорожденная Долли имела мутационный (т. е. биологический) возраст овцы-донора. Поэтому Долли начала очень рано болеть старческими болезнями, дряхлеть и быстро дошла до границы диапазона «видового срока» овец данной породы (Bioindustry defends cloning after Dolly’s death / Genet. Eng. News. 2000. Vol. 23. P. 57—58).

15.17. ПРОЧИЕ ПРЕПАРАТЫ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

Есть случаи, когда тебя ланцет От смерти сбережет: что за отрада

Жизнь удлинять? Живешь — прекрасно. Нет —

Так, значит, вовсе жить тебе не надо...

Игорь Северянин

Имеются сведения об успешном использовании в качестве геропротекторов ингибиторов биосинтеза белка, в частности оливомицина (Фролькис, Мурадян, 1988). Оливомицин избирательно подавляет ДНК-зависимый синтез РНК, ингибируя РНК-полимеразную реакцию. Кроме того, оливомицин обладает свойствами комплексонов, связывая ионы некоторых металлов. Под влиянием препарата на 15.4 % увеличивалась средняя и на 23 % — максимальная продолжительность жизни крыс. При этом существенно снижалось содержание липидов в сыворотке крови и тканях организма, замедлялось, а иногда и устранялось наступление возрастных изменений ряда важных функциональных и структурных показателей. Авторы не приводят данных о влиянии оливомицина на возникновение спонтанных опухолей.

Противоопухолевый препарат 5-фторурацил — хорошо известный ингибитор синтеза ДНК. Хроническое пероральное введение этого препарата в дозе 17 мг/кг в день самкам крыс линии Wistar/Furth с 11.5 до 30 месяцев их жизни не изменяло существенно выживаемости животных. Однако частота спонтанных опухолей молочной железы у подопытных крыс уменьшилась более чем в 2 раза, а частота опухолей гипофиза — в 4 раза по сравнению с контролем. Стимуляция белкового обмена с помощью хронического внутрибрюшинного введения мышам СВА полиадениловой кислоты (ïîëè(A)) также приводила к замедлению некоторых старческих проявлений. Однако у мышей, получавших поли(А), несколько возросла смертность в зрелом возрасте, увеличивалась частота и сокращался латентный период развития гепатоцеллюлярных карцином и амилоидоза (Anisimov, 2001).

232

Часть V. Модифицирующие факторы старения как средства для изучения его механизмов

Ингибитор синтеза белка леупептин, полученный из культуры различ- ных штаммов Actinomyces, добавляли в рацион (0.1 %) самцов и самок мышей линии А начиная с трехнедельного возраста. Опыт был закончен через 480 дней. До этого срока дожили 83 % контрольных и 92 % подопытных мышей. Однако кривая выживаемости подопытных мышей носила более прямоугольный характер, чем в контроле. Частота спонтанных опухолей печени у самцов, получавших с кормом леупептин, была существенно большей, чем в контроле, тогда как частота опухолей легких под влиянием препарата не изменялась (Anisimov, 2001). У крыс, подвергавшихся воздействию окиси трития в малой дозе (0.37 104 Бк на 1 г массы в сутки в течение 3 месяцев), было отмечено увеличение средней продолжительности жизни (на 12.5 %). Но при этом в 2.2 раза увеличилась частота развития злокачественных опухолей (Москалев, 1991).

В работах, сообщающих об увеличении продолжительности жизни животных при применении стабилизаторов биомембран — диметиламиноэтанола и меклофеноксата (Фролькис, Мурадян, 1988), отсутствуют данные о влиянии этих препаратов на развитие спонтанных опухолей.

Имеются данные о том, что умеренные физические тренировки или мягкий стресс увеличивают продолжительность жизни животных (Фролькис, Мурадян, 1988). Регулярные физические нагрузки тормозили канцерогенез в молочной железе, индуцированный НММ, или в кишечнике, индуцированный азоксиметаном, тогда как тяжелые упражнения стимулировали индуцированное ДМБА развитие опухолей молочной железы крыс и увели- чивали смертность курящих мужчин и женщин (Anisimov, 1987, 2001).

Электрическая стимуляция преоптической области гипоталамуса через предварительно вживленные электроды восстанавливала овуляцию у самок крыс в возрасте 12—15 месяцев с персистирующим эструсом (Clemens et al., 1969). Большой интерес представляют данные о том, что длительная стимуляция латерального гипоталамуса крыс через вживленные электроды, начатая в возрасте 24—28 месяцев, увеличивала среднюю продолжительность их жизни на 34 % по сравнению с контролем (Frolkis, 1999).

15.18. ПОБОЧНЫЕ ЭФФЕКТЫ ГЕРОПРОТЕКТОРОВ: РИСК РАЗВИТИЯ ОПУХОЛЕЙ

В борьбе со старостью можно одерживать только тактические победы.

В. Я. Александров

Представленные в предыдущих разделах этой главы данные свидетельствуют о существенных различиях в характере модифицирующего влияния геропротекторов на такие параметры неопластического процесса, как латентный период, частота, локализация, гистогенез и степень злокачествен-

233

В. Н. Анисимов

ности. Среди факторов, определяющих эти различия, могут иметь значение как механизм действия геропротектора, так и особенности онкологической характеристики использованных в опытах животных.

В табл. 15.29 представлен перечень препаратов, которые в экспериментах увеличивали продолжительность жизни грызунов.

Основываясь на анализе кинетических особенностей вызываемого геропротекторами замедления процесса старения, Н. М. Эмануэль и Л. К. Обухова (Emanuel, Obukhova, 1978) предложили классификацию геропротекторов, согласно которой все средства, увеличивающие продолжительность жизни, можно разделить на три группы: I — геропротекторы, в равной степени увеличивающие продолжительность жизни всех членов популяции; II — геропротекторы, уменьшающие скорость вымирания долгоживущих особей, что приводит к существенному увеличению максимальной продолжительности жизни; III — геропротекторы, увеличивающие продолжительность жизни короткоживущей субпопуляции, тогда как максимальная продолжительность жизни не изменяется. В значительной мере соответственно типу замедления старения геропротекторы оказывают и различное влияние на спонтанный канцерогенез (рис. 15.17, табл. 15.30).

Óмышей (как правило, инфицированных вирусом рака молочной железы) препараты, замедляющие старение по I типу, не изменяют частоту развития опухолей, а лишь увеличивают латентный период их развития. В то же время геропротекторы II типа, уменьшающие скорость старения, снижают и частоту развития опухолей (Anisimov, 1987). В развитии аденокарцином молочной железы у мышей этих линий можно выделить стадию инициации, в течение которой под влиянием вируса происходит трансформация нормальной клетки в опухолевую, и стадию промоции, реализация которой обусловлена возрастными генетически детерминированными гормональ- но-метаболическими и иммунологическими сдвигами. По-видимому, противоопухолевое действие большинства геропротекторов осуществляется именно на стадии промоции вирусного канцерогенеза в молочной железе. Лишь в отношении селена предполагается, что он способен угнетать репликацию вируса рака молочной железы. Важно отметить, что и другие антиоксиданты, например 2-меркаптоэтиламин или 2-этил-6-метил-3-оксипири- дин, не влияли на частоту рака молочной железы, а лишь увеличивали латентный период опухолей (Anisimov, 1987).

Óкрыс спонтанный неопластический процесс определяется, по-видимо- му, реализацией генетической программы старения. Влияние экзогенных канцерогенных факторов (радиационный фон, вирусы, загрязненность корма, воды и воздуха химическими канцерогенами или их предшественниками

èпр.), в принципе поддающихся контролю, носит более случайный характер. С этих позиций наблюдающиеся различия в характере действия геропротекторов на развитие спонтанных опухолей у крыс (см. табл. 15.30), по-видимо- му, определяются механизмом их собственно геропротекторного действия.

По этому принципу все они могут быть разделены на две группы. К первой группе можно отнести препараты, которые препятствуют случайным

234

Часть V. Модифицирующие факторы старения как средства для изучения его механизмов

Ò à á ë è ö à 15.29

Химические вещества и фармакологические препараты, увеличивающие в эксперименте среднюю продолжительность жизни лабораторных мышей и крыс

235

В. Н. Анисимов

Ï ð è ì å ÷ à í è å. * — приведены значения, имевшие статистически достоверные отличия от контроля; ** — максимальная продолжительность жизни.

повреждениям макромолекул, т. е. средства, предложенные на основании положений теории «ошибок», которая рассматривает процесс старения как следствие суммации стохастических повреждений. Вторую группу составят препараты или воздействия, замедляющие процесс реализации генетиче- ской программы старения и формирования возрастной патологии.

Наиболее типичными представителями средств первой группы являются антиоксиданты. Их геропротекторный и противоопухолевый эффект во многом зависит от возраста, в котором их начинают применять, и находится в обратной зависимости от дозы повреждающего агента. Предполагается, что антиоксиданты не замедляют собственно процесс старения, а угнетают некоторые факторы внешней среды, снижающие выживаемость контрольных животных (например, уменьшая количество свободных радикалов в корме) (Kohn, 1971). Тормозящее развитие новообразований действие антиоксидантов более отчетливо проявляется при воздействии канцерогенных агентов, например химических канцерогенов (Anisimov, 1987).

236

Часть V. Модифицирующие факторы старения как средства для изучения его механизмов

Рис. 15.17. Типы замедления старения (à) и влияния геропротекторов (á) на развитие спонтанных новообразований (Anisimov, 1983).

По оси абсцисс — возраст; по оси ординат: à — количество животных, %; á — количество животных с опухолями, %. Сплошная линия — контроль; штриховая линия — введение геропротектора.

Вторую группу геропротекторов представляют антидиабетические бигуаниды фенформин и буформин, препараты эпифиза, а также ограниченная по калорийности диета. Эти воздействия оказывают многообразное влияние на гормонально-метаболические и иммунологические изменения в организме и, нормализуя их, оказывают противоопухолевый эффект (см. выше). Важно отметить, что эти воздействия оказывают также отчетливый ингибирующий эффект на канцерогенез, индуцируемый рядом химических канцерогенов и ионизирующей радиацией (Anisimov, 1987, 1998, 2001a). Конечно, подразделение геропротекторов на эти две группы довольно условно. Так, было показано, что некоторые антиоксиданты способны усиливать иммунный ответ у старых мышей. В то же время фенформин, снижая окисление жирных кислот, возможно, обладает свойствами антиоксиданта.

Сопоставление данных о типе замедления старения и характере влияния геропротекторов на канцерогенез позволяет предположить, что показатель частоты опухолей в определенном возрасте есть функция скорости старения. Учитывая, что зависимость между смертностью и возрастом но-

237

Â.Н. Анисимов

Òà á ë è ö à 15.30

Влияние геропротекторов на развитие опухолей у лабораторных грызунов

сит экспоненциальный характер, а также то обстоятельство, что аналогич- ная зависимость показана между частотой опухолей и возрастом, мы рас- считали величину корреляции между параметрами, характеризующими скорость старения и возникновения опухолей у животных (Anisimov, 1987). Была обнаружена высокая степень корреляции между скоростью старения популяции и частотой новообразований, тогда как положительной корреляции между частотой спонтанных опухолей и средней продолжительностью жизни обнаружено не было. Полученные результаты позволяют прийти к выводу о существовании прямой зависимости частоты и скорости возникновения опухолей от скорости старения популяции, безотносительно к тому, подвергались животные воздействию геропротекторов или нет. Учитывая указанную выше зависимость между частотой опухолей и скоростью старения, а также данные о том, что факторы внешней среды, способствующие возникновению опухолей (избыточное питание и освещение, химиче- ские канцерогены, ионизирующая радиация и др.), могут вызывать преждевременное старение, можно предполагать, что скорость старения в этих случаях есть функция дозы канцерогенного воздействия.

Представленные данные позволяют, на наш взгляд, высказать предположение о возможной причине наблюдаемого в нашем веке увеличения забо-

238

Часть V. Модифицирующие факторы старения как средства для изучения его механизмов

леваемости. Было замечено, что кривая выживаемости для человеческой популяции в первой половине ХХ века приобретала все более прямоугольный характер (Yashin et al., 2002). Это обусловлено прежде всего уменьшением детской смертности и смертности в молодом возрасте от туберкулеза, инфекций и некоторых других заболеваний, что привело к значительному увеличению средней продолжительности жизни людей. Однако показатель максимальной продолжительности жизни человека остается неизменным в течение многих столетий. Таким образом, наблюдаемый у человека тип изменения кривой выживаемости соответствует III типу замедления старения по классификации Н. М. Эмануэля и Л. К. Обуховой. В эксперименте и эпидемиологических наблюдениях это соответствует увеличению к старости заболеваемости злокачественными новообразованиями. Другими словами, за увеличение продолжительности жизни, достигаемое снижением детской и юношеской смертности, человечество «расплачивается» в старости увели- чением вероятности развития опухолей и некоторых других болезней цивилизации, например атеросклероза и сахарного диабета. Рассматривая указанные закономерности с точки зрения представлений многостадийной модели канцерогенеза, можно прийти к выводу, что геропротекторы того или иного типа могут замедлять или увеличивать скорость перехода клетки, экспонированной к канцерогену, из одного состояния в другое. Если это так, то эффективность геропротекторов как средств, предупреждающих развитие новообразований, будет снижаться по мере увеличения возраста, в котором было начато их применение. Такому выводу соответствуют результаты ряда экспериментов (Anisimov, 1987, 1998). Напротив, при синдромах преждевременного старения у человека или применении в эксперименте средств, ускоряющих его, наблюдается увеличение частоты развития новообразований. Важно подчеркнуть, что геропротекторы, замедляющие старение по второму типу, оказывают свое действие, прежде всего влияя на основные регуляторные системы организма — нервную, эндокринную и иммунную, тем самым замедляя возрастные изменения в микроокружении клеток, подвергающихся повреждениям случайными или индуцированными канцерогенами агентами.

15.19.ДВЕ СТРАТЕГИИ КЛЕТКИ

ÈПРОФИЛАКТИКА ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО СТАРЕНИЯ

Все равно, по какой дороге идти. Куда-нибудь ты наверняка попадешь, если будешь идти достаточно долго.

Льюис Кэрролл. Алиса в Стране чудес

На рис. 15.18 можно видеть, что в организме могут реализоваться две стратегии развития стволовых клеток. Одна стратегия заключается в ее дифференцировке и старении и в конечном счете индивидуальной гибели (апоптотической или некротической). При достижении какого-то предела

239

В. Н. Анисимов

Рис. 15.18. Влияние геропротекторов на старение и канцерогенез (Anisimov, 2001).

компенсаторных возможностей организма (факторов антистарения) поддерживать тканевой и функциональный гомеостаз в жизненно важных органах наступает гибель всего организма. Другая стратегия стволовой клетки, при условии воздействия экзогенных или эндогенных повреждающих факторов, может реализоваться в ее дедифференцировке, иммортализации и развитии клона неопластических клеток и опухоли, также приводящей организм к гибели. Обе стратегии представляют собой многостадийный процесс, многие этапы которого в отношении канцерогенеза достаточно хорошо охарактеризованы (Anisimov, 1987, 1998, 2003), тогда как в отношении старения нуждаются в серьезном исследовании и формализации. Представленная довольно упрощенная схема позволяет понять, почему воздействия, направленные на предотвращение тех или иных факторов, ускоряющих старение (или, напротив, стимуляцию факторов антистарения), по-разному влияя на гомеостатическое равновесие в тканях и в организме в целом, могут способствовать или препятствовать развитию новообразований.

Cегодня очевидно, что дальнейший прогресс современной профилакти- ческой медицины невозможен без принципиального изменения подхода к охране здоровья и увеличению продолжительности жизни человека. В условиях бурной индустриализации, урбанизации и нарастающего загрязнения окружающей среды можно надеяться лишь на частичное ослабление неблагоприятного воздействия этих факторов на организм. Достижение более существенного эффекта потребует решения серьезных научно-технических задач и значительных экономических затрат. В реализации концепции «здо-

240