Владимир Скулачёв - Жизнь без старости

В 2011 г. появилась совместная работа групп М.А. Тарнопольского из Канады и Т.А. Пролы из США [376,292] о том, что прогерия «мутаторных» мышей с дефектом в корректорской области митохондриальной ДНК-полимеразы (см. выше, гл.6, раздел 6.5) резко ослабляется физическими упражнениями (три раза в неделю по 45 мин на бегущей дорожке, движущейся со скоростью 15 м/мин). Упражнения начинали, когда возраст мышей был около трех месяцев. Повышенная нагрузка в течение 5 месяцев продлевала жизнь прогерических мышей более чем вдвое. При этом обращались практически все дефекты, сопутствующие ускоренному старению: раннее поседение и облысение, утомляемость, саркопения, уменьшение общего веса тела (и в частности мозга) и толщины кожного покрова, увеличение веса сердечной мышцы и селезенки, исчезновение жировых депо, уменьшение размеров яичников и семенников, падение уровня гемоглобина, эритроцитов и лейкоцитов, изменение числа, формы и размера митохондрий, резкая стимуляция апоптоза в различных тканях, уменьшение количества митохондриальной ДНК и увеличение числа мутаций в этой ДНК, уменьшение количества комплексов I–IV дыхательной цепи и фактора POC-1a, регулирующего биогенез митохондрий. Все эти изменения характерны и для нормального старения мышей, но у «мутаторных» мышей они появляются гораздо раньше. И именно этот эффект ускоренного старения тормозился (и по всей вероятности даже обращался!) физическими упражнениями. Как мы уже отмечали выше, опыты на мутаторных мышах, проведенные в группе Б. Кэннон в Стокгольме, показали, что SkQ1 резко увеличивает продолжительность жизни и нормализует большинство тех параметров, которые исследовали Тарнопольский и Прола. Как и мышечная нагрузка, SkQ1 не полностью снимал эффект мутации на продолжительность жизни «мутаторных» мышей: они жили дольше «мутаторных» мышей без SkQ1, но все же умирали раньше, чем мыши линии дикого типа. Однако поразительным образом гибли они без таких признаков преждевременного старения, как горбатость, облысение или ступор, в который впадали примерно за неделю до смерти мыши, не получавшие нашего антиоксиданта.

«Мутаторная» мышь — не единственная модель, когда серьезная мышечная работа частично или полностью нормализует параметры стареющего животного. По данным Т.О. Столена и др. [345], 3-месячная предельная физическая нагрузка снимает многие патологические изменения кардиомиоцитов мышей при такой старческой болезни, как диабет.

Возникает вопрос, в какой мере применимы к человеку данные, полученные в опытах на мышах. М.А. Тарнопольский и сотрудники [292] цитируют многочисленные наблюдения о положительном влиянии физической нагрузки на пожилых людей [37]. Пожалуй, самым ярким примером здесь остается Ольга Котелько, история которой открывает этот раздел. Однако в любом случае мы должны помнить, что положительный результат здесь достигается длительным выполнением достаточно тяжелой мышечной работы. По-видимому, ее не заменит бег трусцой. Ведь опыт с бегущей дорожкой — довольно жестокий. Как отмечает Б.П. Ю, для геропротекторного эффекта мышечной нагрузки надо, чтобы мышь пробегала по движущейся дорожке не менее 3 км в день [394].

Наше объяснение геропротекторного эффекта физической нагрузки состоит в следующем. Можно полагать, что организм, поставленный перед необходимостью регулярно совершать напряженную мышечную работу, тормозит программу старения так же, как это происходит в ответ на сигнал о нехватке пищи. Как и при ограничении питания, цель этого ответа — попытка найти скрытые ресурсы для обеспечения дополнительной энергоёмкой функции, которая стала жизненно важной. (Подробнее о физической нагрузке как геропротекторе см. Приложение 6).

Дж. Миттельдорф [228] считает, что любое воздействие, серьезно осложняющее существование организма, имеет шанс в определенных пределах удлинять его жизнь за счет замедления старения. Таким образом индивид пытается компенсировать возросшие энергозатраты в ухудшившихся условиях. Так действуют малые дозы радиации. Здесь следует упомянуть также известный эффект, названный «гормезисом», когда небольшие количества какого-нибудь яда (например, хлороформа [129,252]), оказывают благоприятное влияние на продолжительность жизни. То же может иметь отношение к действию умеренного охлаждения и слабых инфекций, вызывающих некоторый стресс [228]. Создается впечатление, что ослабление организма при старении — это та необязательная для особи программа, которой жертвуют, когда ухудшение условий внешней среды поставит под вопрос само существование индивида («Не до жиру — быть бы живу!»).

Геронтологами замечено, что как охлаждение, так и периоды умеренного повышения окружающей температуры способны увеличивать продолжительность жизни животных [228]. Особенно демонстративны недавние опыты Р. Ксиао и др. [389] на черве-нематоде Caenorhabditis elegans. Выяснилось, что снижение температуры среды с 25 до 15 °C увеличивает медианную продолжительность жизни этого беспозвоночного с 9 до 30 дней. Выключение посредством мутации одного из генов червя, а именно того, который кодирует белок кальциевого канала, активируемого холодом (TRPA-1), заметно уменьшает холодовой эффект (при 15 °C червь теперь живет только 18 вместо 30, причем продолжительность жизни при 25 °C как была, так и остается равной 9 дням). Известно, что повышение уровня Ca 2+ в клетке червя ведет к активации каскада белков-ферментов, действующих в следующей последовательности: 1) протеинкиназа C, 2) киназа белка DAF-16, относящегося к транскрипционным факторам FOXO и 3) собственно белок DAF-16. Последний регулирует активность большой группы генов, среди которых внутриклеточные белки антиоксидантной защиты (активируются посредством DAF-16) и апоптоза (тормозятся), а также ген внеклеточной супероксиддисмутазы-3 (активируется). Последовательное нокаутирование каждого из генов белков этого каскада приводило к исчезновению той части эффекта холода, которая была обусловлена действием белка TRPA-1. Если вместо нокаута гена белка TRPA-1 его активность искусственно увеличивали, то эффект холода возрастал и теперь черви жили 36 дней при 15 °C. Если же нокаутированый ген белка TRPA-1 червя заменяли на ген гомологического белка человека, то восстанавливалось обычное действие холода на продолжительность жизни нематоды. Это наблюдение указывает на универсальность (от беспозвоночных до людей) вновь открытого механизма торможения программы старения.

В предыдущих разделах этой главы мы рассмотрели геропротекторное действие SkQ1, ограничения питания и тяжелой мышечной нагрузки. Упоминались также данные по адресной доставке каталазы в митохондрии (гл.6, раздел 6.5). Все эти четыре случая имеют ряд черт, общность которых сразу бросается в глаза непредвзятому наблюдателю.