М. Канунго - Биохимия старения

Влияние возраста донора на пересаженную ткань было изучено путем трансплантации кожи старой и молодой (возраст 680 и 74 дня) мыши 74-дневному животному [32]. Старая кожа отмирала у молодой мыши через 199–200 дней, но молодая ткань сохранялась дольше, до 300 дней. Хортон [29] пересаживал кожу старых (30–32 мес) мышей молодым (3–4 мес) реципиентам. Трансплантаты переживали более 4 лет, что значительно больше максимальной продолжительности жизни мышей. Следует отметить, что скорость деления клеток трансплантированной ткани была снижена. Это может быть одной из причин ее более длительного выживания.

Клетки кроветворной системы сохраняют высокую пролиферативную способность in vivo, и, по-видимому, это свойство не подвержено возрастным изменениям. Кроветворная ткань содержит стволовые клетки, или клетки-предшественники. Полагают, что каждая стволовая клетка делится, образуя одну стволовую клетку — потомка и дифференцированную клетку. Последняя начинает экспоненциально делиться с образованием клеток, которые имеют малую продолжительность жизни. Стволовые клетки имеют большую продолжительность жизни и сохраняют способность к пролиферации в течение всей жизни животного. Способность этих клеток пролиферировать была исследована посредством серийных пересадок молодым реципиентам, чья кроветворная система была разрушена массивным облучением всего тела (~800 рад). Когда реципиенты старели, трансплантированные кроветворные клетки переносили более молодым облученным реципиентам. Было показано, что защита от последствий облучения, создаваемая пересаженными клетками у реципиента, с каждой пересадкой ослаблялась [1,6]. Это может свидетельствовать об ограниченном пролиферативном потенциале стволовых клеток. В другом исследовании облученным мышам внутривенно вводили живые кроветворные клетки. Через 9-14 дней стволовые клетки образовывали колонии в селезенке хозяина. Каждая колония: развивалась из одной стволовой клетки. Клетки этих колоний были затем серийно пересажены более молодым облученным реципиентам (рис. 8.4). Результаты показали, что число колоний, образующихся в селезенке, снижается с каждой трансплантацией [33, 34]. Даже если согласиться с тем, что пролиферативная активность клеток кроветворной системы снижается после определенного возраста, оставалось необъяснимым влияние больших доз радиации на старение кроветворной системы и организма.

Рис. 8.4. Исследование колониеобразующей активности клеток костного мозга методом серийных трансплантаций облученным реципиентам [44]

Ситуация стала более ясной, когда в качестве реципиентов, кроветворных клеток вместо облученных мышей использовали, животных с генетически детерминированной анемией [21, 22]. Клетки молодых и старых доноров излечивают анемию и одинаково хорошо размножаются в течение 36 мес при четырех последовательных трансплантациях. Однако наблюдается постепенное снижение колониеобразующей активности стволовых клеток, которая регистрируется по числу колоний в селезенке реципиента, причем снижение больше выражено для клеток старых доноров. По-видимому, можно сделать вывод, что кроветворные клетки способны лишь к ограниченному числу делений, хотя они могут делиться в течение времени, превышающего продолжительность жизни мыши.

В другой работе Уильямсон и Асконас [52] иммунизировали мышей-доноров иммуноглобулином G (быка), конъюгированным с динитрофенолом. Иммуноглобулин, вырабатываемый у мышей к этому антигену, очень специфичен, и его можно легко обнаружить. Клетки костного мозга иммунизированных мышей затем трансплантировали реципиентам, иммунная система которых была разрушена интенсивным облучением (рис. 8.4). У реципиентов исследовали продукцию данного иммуноглобулина. Производили серийные пересадки клеток костного мозга от одного поколения мышей другому. После четырех трансплантаций выработка иммуноглобулинов снижалась вследствие постепенного уменьшения скорости деления с каждой последующей пересадкой, хотя кроветворные клетки были функционально активными в течение периода времени, превышающего максимальную продолжительность жизни мышей. В экспериментах Харрисона [21, 22] и Уильям сон а и Асконаса [52] не было установлено, какое влияние на пролиферацию оказывает сама процедура трансплантации и какие факторы в норме способствуют снижению потенциала деления кроветворных клеток.

Опыты по изучению влияния возраста донора на пролиферативную способность кроветворных клеток дали противоречивые результаты. Харрисон и Даблдей [23] иммунизировали молодых и старых мышей эритроцитами барана (SRBC). Клетки костного мозга и селезенки затем серийно пересаживали молодым летально облученным реципиентам и оценивали колониеобразующую активность стволовых клеток в селезенке. Оказалось, что клетки мышей обоих возрастав имеют почти одинаковую способность к образованию колоний. Это противоречит данным Макинодана и др. [36] и Уильямсона и Асконаса [52], которые сообщили об ослаблении иммунной компетентности у мышей с возрастом. Возможно, что эти различия объясняются неодинаковой длительностью интервалов между пересадками.

Дениел и его сотрудники изучили пролиферативную активность эпителия молочной железы при серийных пересадках. Молочную железу реципиента удаляли и на ее место помещали кусочки ткани молочной железы донора размером 0,5 мм. Когда реципиент старился, пересаженную ткань переносили молодым мышам (рис. 8.5). Примерно после семи последовательных пассажей пролиферация эпителиальных клеток уменьшалась, трансплантаты сморщивались и гибли [7-12]. В других опытах было показано, что если промежуток между пересадками равен 3 мес, то трансплантат уменьшается в размерах быстрее и сохраняется только около двух лет. Если, однако, интервал продлить до 1 года, то трансплантат живет в течение шести пассажей (шести лет), хотя и становится меньше.

Рис. 8.5. Схема серийных пересадок ткани молочной железы мышей [10]. Первичные имплантаты получают из одной железы донора и пересаживают в 10–14 жировых подушечек реципиента, освобожденных от железистой ткани (генерация I). Материал для последующих пересадок всегда берут из наиболее активно растущего трансплантата предшествующей генерации. Скорость роста выражают в средних процентах прижившихся трансплантатов данной генерации

Для того чтобы выяснить, какое влияние оказывает возраст донора на рост и пролиферацию ткани молочной железы, производили одновременную пересадку донорского материала, полученного от 3- и 26-месячных мышей, на контралатеральные участки трехмесячным реципиентам [54]. В идентичных условиях ткани были серийно пересажены пяти поколениям мышей, после чего они деградировали и погибали. Причиной отсутствия возрастных различий могла быть девственность старых самок-доноров и связанное с этим функционально неактивное состояние клеток их молочных желез. В обратном эксперименте, при пересадке ткани молочной железы 26- и 3-месячных мышей на контралатеральные участки 26-месячных мышей, ни один трансплантат интенсивно не развивался. На результат этого опыта могло повлиять ухудшение эндокринного статуса, которое наблюдается при старении.