Теория. Элевационная теория

5 теория. Элевационная теория

Важным этапом в развитии элевационной теории было установление роли возрастных изменений, закономерно возникающих в этих трех основных гомеостатах (репродуктивном, адаптационном и метаболическом), в формировании таких имеющих ключевое значение для продолжительности жизни индивидуума феноменов, как метаболическая иммунодепрессия и канкрофилия, то есть формирование условий, способствующих возникновению злокачественных новообразований. В. М. Дильман пришел к убеждению, что старение не запрограммировано, а является побочным продуктом реализации генетической программы развития, и поэтому старение возникает с закономерностью, свойственной генетической программе. Из онтогенетической модели возникновения болезней следует, что их развитие можно затормозить, если стабилизировать состояние гомеостаза на уровне, достигаемом к окончанию развития организма.

В настоящее время не возникает сомнений в ведущей роли гипоталамуса в механизме включения репродуктивной функции, однако в отношении "выключения" репродуктивной функции единого мнения не существует. Вместе с тем накоплено достаточно данных, подтверждающих выдвинутую В.М. Дильманом гипотезу о первичности изменений гипоталамической регуляции репродуктивной функции в механизме ее выключения. Так, были подтверждены данные о постепенном увеличении с возрастом уровня гонадотропинов в крови у женщин. Основную причину этого увеличения В.М Дильман усматривал в постепенном повышении порога чувствительности гипоталамуса к гомеостатическому торможению половыми гормонами. На основании представлений о едином элевационном механизме старения В.М. Дильман рассматривал и роль возрастных нарушений в метаболическом гомеостазе в развитии ожирения, препредиабета и атеросклероза. Такие состояния он считал следствием генетически запрограммированного повышения порога чувствительности гипоталамического центра насыщения к "глюкозному и инсулиновому сигналам", причем ведущее значение в развитии метаболических нарушений придавалось инсулину. В регуляции системы энергетического гомеостаза наряду с инсулином, ключевую роль играют, по мнению В. М. Дильмана. также гормон роста, глюкоза и жирные кислоты. По данным, полученным в лаборатории В.М. Дильмана, уже в среднем возрасте у людей наблюдается снижение чувствительности системы "гипоталамус-гормон роста" к ингибированию глюкозой, что, как считалось, приводило затем к снижению чувствительности к инсулину, увеличению уровня жирных кислот, которые в свою очередь вызывали с возрастом снижение в крови уровня гормона роста.

В 2000 г. в журнале "Free Radical Biology & Medicine" в рубрике "Гипотезы" опубликована статья F. S. Facchini и соавт. (2000), в которой постулируется, что гиперинсулинемия может способствовать окислительному стрессу и тем самым независимо от гипергликемии ускорять старение и формирование ассоциированных с возрастом заболеваний, таких как сахарный диабет, атеросклероз, гипертоническая болезнь и рак. Гиперинсулинемия развивается вторично в связи с нарушенной способностью инсулина стимулировать метаболизм глюкозы в скелетных мышцах (резистентость к инсулину). Другой способствующий старению эффект инсулина состоит в стимуляции полиненасыщенных жирных кислот и угнетении протеосома. Авторы полагают, что данные о существенном увеличении продолжительности жизни С. elegans с мутациями, тормозящими передачу сигнала инсулина, или увеличении продолжительности жизни при ограничении калорийности питания, снижающем уровень глюкозы и инсулина в крови и окислительный стресс, могут служить подтверждением их гипотезы. Аналогичным образом Matsumoto и соавт. (2000) связывают гипоталамические нарушения и гиперинсулинемию с ускоренным старением и нарушением рефляции репродуктивной функции, энергии и веса тела.

В табл. 25 суммированы данные об изменениях в системе гормон роста-IGF-1-инсулин-глюкоза при нормальном старении и у животных, содержащихся на ограниченной по калорийности диете, с генетически модифицированными изменениями в углеводном обмене и при введении антидиабетических бигуанидов. Можно видеть, что применение антидиабетических бигуанидов более адекватно препятствует возрастным изменениям указанных параметров в организме при старении.

В адаптационной системе уменьшение порога чувствительности гипоталамуса к торможению глюкокортикоидами наблюдается не только при старении, но и при ускоренном развитии ряда ассоциированных с возрастом заболеваний, включая снижение познавательной функции с возрастом. Было установлено, что определенную роль в этом процессе играет снижение числа и эффективности рецепторов к глюкокортикоидам в гиппокампе и дисрегуляция гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. В опытах in vitro удалось показать непосредственное снижение чувствительности кортикотропов к глюкокортикоидам у крыс еще в зрелом возрасте. Установлено, что одним из начальных звеньев в цепи нарушений в организме под влиянием генотоксического стресса является повышенная экспрессия онкосупрессорного и антиапоптотического гена bcl-2, что приводит к снижению способности дексаметазона подавлять экспрессию проопиомеланокортина и секрецию АКТТ кортикотрофами гипофиза.

Также значительное число исследований свидетельствует о существенных изменениях в концентрации и/или обмене нейромедиаторов в мозге. Эти изменения касаются адренергических, дофаминергических и серотонинергических активностей у стареющих животных и человека, а также пептидергических нейронов. Одной из ведущих причин этих нарушений является иногда полная утрата рецепторов.

Известно, что синапсы могут использовать один или более медиаторов. Множественные уровни контроля и региональные особенности различных синапсов в отдельных областях мозга затрудняют определение связанных с возрастом повреждений нейромедиаторных/нейропептидных функций. Возрастная динамика состояния нейромедиаторов всей нервной системы скорее характеризуется "десинхронизацией", чем одинаковым снижением уровня специфических нейромедиаторов.

Чувствительность бета-адренергических рецепторов, связанная с блокадой передающего сигнал аденилат-циклазного комплекса, уменьшается с возрастом (LakatLa, 1980). В шишковидной железе, полосатом теле и мозжечке крысы снижается чувствительность к катехоламинам из-за уменьшения сродства бета-адренергических рецепторов к их лигандам. Однако изменения количества самих рецепторов не отмечено.

В клетках нервной системы с возрастом меняется состав липидов, что может приводить к снижению вязкости мембран. С возрастом в головном мозге усиливается активность свободнорадикальных процессов и накапливаются мутации ядерной и митохондриальной ДНК. Этот процесс сопровождается возрастным снижением эффективности репарации ДНК. В отдельных участках мозга снижается синтез белков, накапливается липофусцин. Следует заметить, что, несмотря на непосредственную связь степени накопления липофусцина в нервной системе и оксидативным стрессом, функциональное значение этого накопления остается неясным. Отмечено изменение баланса микроэлементов и электролитов в мозге при старении. Старение сопровождается снижением воды в мозговой ткани и изменением сосудистой циркуляции в мозге.

В течение последних лет ведется интенсивный поиск кандидатов на роль генов смерти и долголетия у человека . Schachter et al. (1994) предложили следующую классификацию: 1) гены, гомологичные генам, определяющим долгожительство у животных других видов; 2) гены, участвующие в поддержании клеточного равновесия тканей и репарации; 3) гены, ответственные за развитие основных заболеваний, связанных со старением.

В настоящее время принято считать, что только один ген аполипопротеина Е (АпоЕ) имеет существенное значение для долгожительства человека. У столетних выявлено отчетливое преобладание аллеля АпоЕ Е2 над аллелем Е4. Преобладание аллеля Е4, напротив, предрасполагает к гиперхолестеринемии, коронарной болезни сердца и болезни Альцгеймера (но не к раку или диабету). У лиц старше 90 лет риск болезни Альцгеймера, связанный с АпоЕ Е4, достигает плато. Полагают, что АпоЕ должен рассматриваться скорее как ген "хилости" (frailty), a не ген долголетия. На роль генов, определяющих долголетие, могут претендовать и гены, определяющие МНС гаплотип, метиленотетрафолат редуктазы и ангиотензин-превращающего фермента.

Было установлено, что ген bcl-2 кодирует белки мембраны митохондрий, и его функция проявляется в фенотипе бессмертия в тех клетках, где он экспрессируется . Однако в отличие от всех других онкогенов он не вызывал клеточной пролиферации, вместо этого клетки находились в состоянии персистенции, даже находясь под влиянием гормонов. Показано, что ген bcl-2 блокирует программируемую клеточную смерть в клетках. Было также обнаружено, что продукт гена bcl-2 препятствует токсическому эффекту гидроксильных радикалов, защищая стареющие клетки от оксидативного стресса.

В опытах с bcl-2 и подобными ему генами на нематодах было показано, что они предотвращают цепную реакцию перекисного окисления липидов, которая происходит в мембранах, и этим защищают клетки от повреждения свободными радикалами. Поскольку ген bcl-2 является частью клеточной системы противодействия апоптозу, то в настоящее время исследуются пути использования bcl-2 как лечебного средства в терапии нейродегенеративных заболеваний.

Ген белка р53 также является чрезвычайно важным как для контроля эволюции раковых клеток, ограничивая их бесконтрольный рост и даже вызывая регрессию опухолей, так и для клеточного старения, выполняя функцию удаления старых, нефункционирующих клеток. Белок р53 ведет себя как антионкоген: его введение в трансформированные клетки подавляет их неконтролируемую пролиферацию. Было установлено, что если нормальный р53 участвует в контроле тканевого роста за счет активации генов, вовлеченных в подавление роста, его мутантные формы могут препятствовать этому процессу и инициировать образование опухолей. Мутации гена р53 являются наиболее распространенными мутациями в клетках опухолей человека и были найдены в опухолях различной локализации.

Гены аполипопротеина Е (АпоЕ) и ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ) играют важную роль в липидном метаболизме, а поскольку сердечно-сосудистые заболевания являются главной причиной смерти человека, то они непосредственно влияют на продолжительность жизни. Белки АпоЕ участвуют в создании, секреции, транспорте и связывании макромолекулярных липопротеидных комплексов. Они являются компонентами ТГ-богатых липопротеинами и ЛПВП плазмы. АСЕ является ключевым ферментом ренин-ангиотензиновой системы, важной в контроле болезни Альцгеймера, гомеостазе воды и соли и контроле клеточного роста. Три обычные изоформы АпоЕ: Е2, ЕЗ, Е4 кодируются генами 2,3 и 4 соответственно. В то время как изоформа Е4 ассоциирована с высоким уровнем холестерина в крови и связана с повышенным риском ишемической болезни сердца (ИБС), относительно редкая изоформа Е2 связана с менее высоким уровнем холестерина крови. Высокая частота 2 аллелей у столетних предполагает, что 2 может оказывать защитное влияние в виде снижения уровня холестерина, что вторично влияет на заболеваемость ИБС. Это, впрочем, не единственное объяснение: АпоЕ и, в частности, его вариант АпоЕ4 вовлечены в патогенез болезни Альцгеймера. Белок АпоЕ4 ненормально связывается с некоторыми внутриклеточными белками, что приводит к их агрегации и формированию внутриклеточных нейрофибриллярных пучков, он также связывается с внеклеточным амилоидным белком . Предполагается, что болезнь Альцгеймера развивается, поскольку АпоЕ4 вариант вреден для нейронов, лишая их нормальной защиты от нейродегенерации. Показано, что у носителей двух Е4 аллелей болезнь Альцгеймера развивается в среднем на 15 лет раньше, чем у носителей двух ЕЗ аллелей. Возможно, что АпоЕ4 связывается с другими внутри- и внеклеточными компонентами, что может играть роль в развитии ИБС .

При анализе полиморфизма генов AnoAl, АпоСЗ и АпоА4 в группе 800 индивидуумов в возрасте от 18 до 109 лет было установлено, что частота аллеля гена AnoAl, коррелирующего с увеличением уровня липидов низкой плотности и холестерина у 46- 80-летних мужчин, была существенно повышена у столетних, являя собой еще один "генетический парадокс" долгожителей .

Установлено, что ограничение калорийности питания практически всех биологических объектов сопровождается увеличением продолжительности жизни. Ключевым биологическим параметром при этом является низкий уровень инсулина и IGF-1. Логично предположить, что генетически детерминированные изменения в геноме, приводящие к эффектам ограничения калорийности питания, могут реализоваться увеличением индивидуальной продолжительности жизни. У нематод и плодовых мушек были выявлены мутационные изменения генов в системе передачи сигнала от инсулинового рецептора к транскрипционному фактору daf-16, которые ассоциированы с существенным увеличением продолжительности жизни. Все описанные мутации (age-1, daf-2, СHIСО, InR и др.) находятся в генах, предшествующих daf-16 в инсулиновом каскаде. Ген daf-16 является транскрипционным фактором и оказывает свое действие, связываясь в промоторных областях генов, регулируемых инсулином (insulin-response elements, IRE). Однако неизвестно, какова продолжительность жизни организмов, имеющих мутации в участках IRE разных генов.

Было установлено, что частота мутационного события в IRE гена АпоС-III человека строго положительно коррелирует с продолжительностью жизни. Таким образом, впервые представлены доказательства, что мутация в системе передачи сигнала инсулина, находящаяся ниже гена daf-16, непосредственно связана с долголетием (Schwartz et al., 2000). В этой связи представляется очень важным оценить структурную организацию (полиморфизм) IRE других генов, регулируемых инсулином, и их вклад в долголетие. В работе, выполненной итальянскими исследователями, было показано, что лица с полиморфизмом G/A гена рецептора IGF-1 (IGF-1R) имеют ниже уровень IGF-1 в плазме крови и чаще встречаются среди долгожителей.

В исследовании полиморфных аллелей 19 генов не было выявлено достоверных возрастных изменений в частотах аллелей генов АпоЕ, PON1, AGT и LMYC1, хотя для гена АпоЕ была отмечена тенденция нарастания с возрастом частоты аллеля ЕЗ и исчезновение после 60 лет редких генотипических классов (Е2/Е2, Е4/Е4 и Е2/Е4). Установлено, что после 60 лет достоверно снижаются частоты редких аллелей генов АпоСIII и LPA. а также частота генотипического класса 1/1 гена АСЕ, достигающая достоверных значений после 70 лет. В период от 45 до 60 лет уменьшаются частоты нулевых гомозигот гена GSTM1 и носителей мутантных аллелей генов MTHFR и DRD. Однако после 60 лет подобных изменений этих трех генов не наблюдалось. С возрастом достоверно понижается частота гетерозигот 4G/5G гена РА11 и увеличивается доля гомозигот 4G/4G, а также возрастают частоты мутантных аллелей в генах F2, F5 и Р53. В целом в этой работе найдены значительные возрастные различия в распределении 10 генов.

В целом результаты исследования кандидатных генов долгожительства человека довольно противоречивы. В значительной мере эти противоречия могут быть обусловлены гетерогенностью популяции и проблемами адекватного отбора лиц как для обследуемой группы, так и контроля. Довольно убедительными выглядят данные об ассоциации долголетия с такими генами, как АпоЕ, АпоВ, AnoA-IV, мтДНК. В особенности это касается АпоЕ, полиморфизм которого существенно модифицирует продолжительность жизни. Полагают, что аллель Е4 надежно предсказывает уязвимость индивидуума. Отсутствие ассоциации с долголетием для маркеров, локализованных в генах Р53 и PARP, также хорошо воспроизводимо. Данные о полиморфизме генов, связанных с рядом тяжелых заболеваний, не позволяют выявить какую-либо ассоциацию с долголетием, либо приводят к парадоксальным выводам, как, например, в случае с высокой частотой генотипа D/D АСЕ или 4G/4G РАI-1 у столетних.

Литература

1.  Нейрохимия / Под ред. Ашмарина И.П., Стукалова

2.  Подколзин А.А.,Донцов В.И. Старение, долголетие и биоактивация. М.,1996.

3.  Донцов В.И. Иммунобиология постнатального развития. М.:МОИП. РАН. Наука.1990.

4.  Эллиот В.‚ Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология.

5.  Мари Р.‚ Геннер Д.‚ Мейес П.‚ Родуэлл В. Биохимия человека: в 2-х томах

6.  Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот

7.  Биохимические основы патологических процессов. Под ред. Е. С. Северина

8.  Кольман Я.‚ Рём К. – Г. Наглядная биохимия.

9.  Brain Facts A Primer on the Brain and Nervous System - The Society for Neuroscience

10.  Theoretical Neuroscience Computational and Mathematical Modeling of Neural Systems - Peter Dayan