Старение и увеличение продолжительности жизни - Фролькис Владимир Вениаминович (читать книги онлайн полностью без сокращений .TXT) 📗
Широко известны опыты С. И. Метальникова, Л. Вудруффа, получивших тысячи генераций делящихся одноклеточных организмов. На основании этих опытов Вудруфф пришел к выводу: старость не является основным свойством живой материи. В этом выводе смешивается старение, смерть индивидуума и возможность бесконечного развития в природе. В случае деления одноклеточных речь идет не о потенциальном бессмертии их индивидуальности, а о потенциальной возможности беспрерывного развития видов, измененных эволюцией. Проведенные в последние десятилетия специальные исследования позволяют полагать, что от одного деления до другого одноклеточные проходят цикл индивидуального развития, существенное место в котором занимают процессы старения. Деление клетки, активируемое возрастными изменениями, есть важнейшее проявление витаукта, направленное на обновление структур и метаболических циклов клетки, на восстановление высокого уровня ее жизнедеятельности, ликвидацию предшествующих возрастных изменений. Итак, казалось бы, все ясно и просто — старение организма определяется старением неделящихся клеток. Однако в последние десятилетия произошли события, заставившие вновь вернуться к этой проблеме. Американский исследователь Л. Хейфлик усмотрел методические ошибки в опытах исследователей прошлых лет. Он показал, что делящиеся клетки (это были фибробласты легких) делятся в условиях культуры ткани примерно 50–60 раз, а затем деление прекращается. Это явление получило название "лимит Хейфлика". Безгранично делятся переродившиеся, ненормальные клетки. Клетки, взятые из старого организма, делятся меньшее число раз, чем взятые из молодого. Для ряда видов существует связь между их продолжительностью жизни и величиной "лимита Хейфлика". В клетке существует определенная "память" развития программы. Замороженная, а потом через некоторое время оттаявшая клетка произведет столько же делений, сколько бы она произвела без этой манипуляции. Следовательно, по Хейфлику, программа, ограничивающая продолжительность возможной жизни, заложена в делящейся клетке. Здесь заключены биологические часы, отсчитывающие биологическое время жизни клеток и организма.
Опыты и взгляды Хейфлика имеют много сторонников, но еще больше противников. Результаты его опытов особенно активно оспариваются группой английских ученых во главе с Л. Франксом. Они не нашли различий в продолжительности жизни культур клеток, взятых от 3-дневных и старых мышей. Перевивая клетки из организма в организм, они показали, что количество делений может быть значительно больше "лимита Хейфлика", практически не имея предела. Клетка, вырванная из организма и перенесенная на культуру ткани, обладает, по Хейфлику, ограниченной способностью к делению. Следовательно, среда организма, регуляторные связи в организме решающим образом преобразуют фундаментальные свойства клетки, и от этого влияния клетка не может уйти даже вне организма.
Результаты опытов Хейфлика на культуре клеток не воспроизводят истинных условий, существующих в организме. Кроме того, в результате уменьшения числа делений клетка на культуре тканей не погибает, а дифференцируется, становится неделящейся клеткой. На большом количестве видов не было найдено связи между числом делений и продолжительностью жизни. Наконец, многие простейшие, насекомые состоят из неделящихся клеток, и старение их никак нельзя объяснить "лимитом Хейфлика". Итак, "лимит Хейфлика" — это феномен, свойственный культуре клеток, только модель для изучения некоторых сторон старения клеток. Старение сложного организма нельзя свести к ограниченности митотического потенциала его клеток, к биологическим часам, заключенным в каждой клетке в отдельности. Показано, что при серийных пересадках новым реципиентам кожа мышей сохраняла жизнеспособность 7 лет, а клетки простаты — 6 лет. Иными словами, изменение среды обитания позволяет поддерживать жизнь тканей в течение периода более длительного, чем продолжительность жизни животных, от которых была взята ткань. Интересно, что продолжительность жизни трансплантатов молодых и старых животных в организме молодого хозяина примерно одинакова. О роли факторов среды, гуморальной регуляции свидетельствуют результаты опытов с парабиозом — сшиванием двух животных друг с другом, в результате которого у них постоянно смешивается кровь. При сшивании молодой и старой мыши многие структурные изменения в органах у молодых мышей становятся близкими к старым. Г. М. Бутенко показал, что в этих условиях у молодых животных быстрее стареет система иммунитета. Иными словами, молодое животное почти не омолаживает старое, но старое увеличивает биологический возраст молодого. Во всех этих опытах "фактор старения" передается кровью. Что это, определенное вещество или комплекс факторов, гормональных, интоксикационных и др.? Очевидно, второе. Однако все это требует дальнейших поисков и доказательств.
Что такое дифференцировка клетки? Это ее специализация. Конечный итог дифференцировки клеток — специфика их функции. Одни клетки сокращаются, другие выделяют гормоны, третьи перерабатывают информацию. Мы утверждаем, что специфика течения старения определяется функцией клетки. Особенности энергетического обмена, биосинтеза белка, изменения мембран, ядерно-цитоплазматических отношений неодинаковы в клетках с различной функцией. Более того, существуют важные отличия в старении клеток, обладающих одинаковым митотическим потенциалом.
Интересны исследования на клетках печени. Обычно они не делятся, однако в определенных условиях (при удалении части печени и последующей регенерации) печеночные клетки начинают делиться. Произведя гепатэктомию, удаление части печени, на старом животном, можно перевести клетки печени в режим деления и выяснить, наступит ли их "омоложение", не исчезнет ли "печать возраста". Оказалось, нет. Возрастные изменения в генетическом аппарате, биосинтеза белка, в системах восприятия информации сохранялись и в условиях деления. Это связано с тем, что остается главное — функциональная специфика клетки.
Возникновение каждого типа клеток — мышечных, нервных, секреторных — определяется не особенностями содержания генетической информации, а ее реализацией. В соответствии с генорегуляторной гипотезой механизмы старения связаны с изменением регулирования генома. Исходная топография регуляции генома, реализации генетической информации различна у клеток, обладающих неодинаковой функцией. Это и приводит к различиям генорегуляторных механизмов их старения. Следовательно, специфика физико-химических механизмов обеспечения функции и регуляции определяет важные особенности старения клеток. Итак, старение клеток — сплав собственных возрастных изменений и влияний средовых, регуляторных. Эти соотношения "собственного" и "общего" неодинаково представлены в различных клетках. Мы полагаем, что можно выделить три типа старения клеток: 1) клетки, которым свойственно первичное старение (нервные клетки, некоторые соединительнотканные элементы); 2) клетки, у которых старение — результат собственных возрастных изменений и влияний регуляторных, связанных с первичным старением других клеток (мышечные волокна, клетки печени, почек, желез внутренней секреции; 3) клетки, у которых в естественных условиях существование старения в основном вторично и связано с влиянием регуляторных факторов (эпителий многих органов). Кроме того, старение клеток с одинаковой функцией может происходить в неодинаковом темпе в зависимости от их отношения к той или иной функциональной системе. Так, по-разному выражено старение нейронов разных центров, клеток разных мышц, желез.
Нарушения структуры и обмена в клетках при старении столь значимы, что они приводят к их гибели. Для понимания механизма старения очень важно представить размеры, последовательность и темпы гибели клеток. До сих пор не прекращаются споры о возможной роли возрастного уменьшения количества клеток в судьбе стареющего организма. По мнению одних исследователей, большинство изменений обмена и функции организма в старости определяется простым уменьшением количества клеток, падением количества активной протоплазмы; по мнению других, влияние гибели клеток на состояние организма несущественно, главную роль играет изменение обмена оставшихся клеточных элементов.
