Льюис Уолперт - Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем

На возникновение опасных повреждений ДНК, которые ведут к неправильному синтезу белков, клетки отвечают совершением апоптоза, то есть самоубийства. Это своего рода шлагбаум на пути их превращения в злокачественные. Гораздо чаще апоптоз происходит в старых тканях, в которых выше уровень различных повреждений, накопленных за годы жизни организма; потеря клеток, вызванная апоптозом, также ускоряет процесс старения.

Ряд организмов тратит весьма серьезные усилия на поддержание ДНК в неприкосновенности. Благодаря этому достигается стабильность в состоянии генов, следствием чего, во-первых, становится более позднее старение и, во-вторых, уменьшается риск возникновения рака. Люди куда реже болеют раком, нежели мыши, поскольку в человеческом организме заложены более серьезные механизмы восстановления и починки поврежденных ДНК. Впрочем, несмотря на то, что механизмы поддержания целостности клеток в долгоживущих организмах достаточно мощные, они со временем, рано или поздно, все равно приходят в упадок.

Природа и эволюция тонко посмеялись над людьми, сделав так, что наша жизнь сильно зависит от кислорода, который, с одной стороны, жизненно необходим для выработки энергии, а с другой стороны, является главным фактором старения и последующей смерти. Одна из возможных причин повреждений ДНК и других молекул — именно видоизмененные агрессивные молекулы кислорода. Они образуются при выработке митохондриями АТФ; эти молекулы потенциально способны причинить вред многим клеточным образованиям, включая ДНК. Они также способны повреждать митохондрии, что ведет к сниженному уровню производства энергии, что само по себе является признаком старения.

Ключевой фактор сохранения жизнеспособности клетки — устойчивый уровень оборота в ней белков, предусматривающий, что поврежденные либо лишние белки своевременно выводятся наружу. Связанный со старением упадок этой функции приводит к тому, что в клетке накапливаются дефективные белки. Существуют данные, указывающие на то, что накопление в клетке поврежденных или видоизмененных белков приводит к возникновению целого ряда характерных для старческого возраста заболеваний, включая болезни Паркинсона и Альцгеймера.

Проведенные на животных опыты свидетельствуют, что уменьшение объема принимаемой пищи способно значительно продлить жизнь многих видов животных. Крысы, получающие вдвое меньше еды, чем их собратья, живут на 40 процентов дольше. Крыса, которая вдоволь получает пищи, живет не более одной тысячи дней, в то время как крысы, находящиеся на строгой диете, дотягивают до полутора тысяч дней. У крыс-самок диета позволяет продлить способность к воспроизводству потомства до 30-месячного возраста (в обычных условиях она утрачивается в возрасте 18 месяцев). При этом в диету необходимо включать витамины и минералы, однако чего больше входит в пищу — углеводов, белков или жиров, — не имеет значения.

Уменьшение количества потребляемой пищи приводило к снижению заболеваемости контрольных групп животных характерными для старости недугами — такими, как рак, гипертония и атеросклероз мозга. Если же диету отменить и вновь перейти на высокий уровень потребления пищи, то, как показали исследования, процессы старения ускоряются.

Существуют данные, указывающие на то, что и люди способны отсрочить наступление старости за счет уменьшения количества съеденного. На японском острове Окинава процент долгожителей, чей возраст перевалил за сто лет, гораздо больше, чем на остальной территории Японии. Смертность от инсульта, сердечно-сосудистых заболеваний и рака здесь ниже на треть, чем в среднем по стране. Ответ на эту «аномалию», возможно, кроется в том, что в силу культурно-исторических традиций жители Окинавы едят на 20 процентов меньше прочих японцев, а окинавские школьники потребляют лишь две трети обычного пищевого рациона японских школьников.

Очевидно, что продолжительность жизни связана с инсулином, — это доказывается опытами на червях и плодовых мушках. Так, черви-нематоды, число генов у которых примерно в два раза меньше, чем у человека, и которые обычно живут около 25 дней, резко ограниченные в еде, вместо того чтобы развиться во взрослых особей, превращаются в особую форму личинки. Эти личинки не могут ни производить, ни выкармливать потомство. Однако при улучшении условий своего содержания они развиваются во взрослых червей и обретают способность к воспроизводству себе подобных. При этом они живут 60 дней, то есть в два раза больше, чем нематоды в нормальных условиях. Это достигается, как выяснилось, за счет изменения способа выработки инсулина, поскольку блокируется ген, который кодирует выработку инсулиновых белков. Механизм этого процесса понять до конца пока не удалось, но уже ясно, что он действует не только в отношении инсулина, но и многих других белков.

Снижение интенсивности бомбардировки клеток химическими соединениями, подобными человеческому инсулину, увеличивает и продолжительность жизни дрозофил. Кроме того, недавние эксперименты показали, что снижение уровня сигналов инсулиновых рецепторов в организме мышей или даже только лишь в одном мозгу увеличивает продолжительность их жизни на 18 процентов. Таким образом, эффект от снижения уровня питания действует на организм через снижение уровня выделения инсулина. Голодание действительно уменьшает выработку инсулина; впрочем, людям, которые надеются с помощью голодания продлить свою жизнь, следует проявлять осмотрительность — снижение выработки инсулина в организме может привести к диабету.

Известны примитивные организмы — например, гидра, простейшее животное, представляющее собой трубочку с щупальцами, — которые демонстрируют очень слабые признаки старения. Отдельные животные, бывшие объектами наблюдения на протяжении четырехлетнего периода, не продемонстрировали вообще никаких возрастных изменений — ни в отношении способности к выживанию, ни по части производства себе подобных. Причина этого не совсем ясна, но она может быть связана со способностью гидры размножаться путем образования почек, которые далее развиваются во взрослых особей, то есть давать потомство без сексуального контакта; сказывается также ее способность к полной регенерации из почти любой сохранившейся части тела. Ведь большая часть клеток гидры способна обеспечить регенерацию и замену утраченных частей тела, потерянных любым образом, в том числе в результате отпочкования от гидры зародышей.

Гидре крупно повезло — в отличие от людей, которым наступление старости грозит и физической немощью, и утратой значительной части умственных способностей. Наиболее страшной в этом смысле является болезнь Альцгеймера, названная так, поскольку доклад о ней впервые представил миру в ноябре 1906 года немецкий ученый Алоиз Альцгеймер. Он исследовал мозг женщины, которая страдала от прогрессирующей потери памяти и ориентации, и обнаружил признаки атрофии и необычные образования. Значительно позже, уже благодаря исследованиям с помощью электронного микроскопа, было установлено, что эти образования представляют собой спутанные нейрофибриллярные клубки, состоящие из нервных волокон и бляшек, представляющих собой ткани головного мозга, которые подверглись атеросклеротическим повреждениям и перерождению. Перерождение тканей головного мозга в бляшки, как выяснилось, вызывает микроскопический белок амилоид-бета. Другой белок, протеин-тау, приводит к спутыванию нервных волокон.