На сегодняшний день ученые называют сразу несколько причин старения. Сражаясь с одной, мы рискуем получить удар с другой стороны. Например, улучшая структуру клетки, получаем опухоль.
Биолог Алексей Москалев в рамках проекта «Жить долго» объяснил, как происходит старение и можно ли его замедлить. Главное из лекции — в материале DK.RU.
За последние 100 лет средняя продолжительность жизни человека в развитых странах выросла почти вдвое. На это есть объективные причины: уменьшение детской смертности, лечение большинства острых болезней, рост качества жизни, существенное снижение числа смертей по небиологическим причинам, таким как война.
Но за последние несколько десятков лет продолжительность жизни увеличилась не так уж сильно, так как человечество исчерпало все простые методы увеличения срока жизни: гигиена, вакцины, антибиотики, здоровый образ жизни. В некоторых странах продолжительность жизни даже уменьшилась, потому что люди начали питаться более дешевой калорийной пищей, что приводит к эпидемиям ожирения. Кроме того, увеличение срока жизни вовсе не гарантирует ее качество.
Раньше люди умирали от инфекций в раннем возрасте. Теперь очень многие имеют шанс дожить до глубокой старости. Но жить активной и полной жизнью в этом возрасте смогут далеко не все.
В среднем к 50 годам у человека два хронических заболевания, а к 70 годам их уже семь. И если бы эти болезни не были смертельными, человек в глубокой старости приобретал бы весь возможный букет возрастзависимых заболеваний.
С чем бороться?
Чтобы победить старение и научиться вести полноценную жизнь в пожилом возрасте, необходимо понять, с чем именно мы боремся. И тут нет простого однозначного ответа.
Из оплодотворенной яйцеклетки мы вырастаем в организм, рождаемся и развиваемся, чтобы оставить потомство. Этот процесс физиологического, репродуктивного и психологического созревания индивида называется взрослением. Период оптимальной производительности человека приходится примерно на 20–40 лет: в это время он дает жизнь детям, обеспечивает их выживание, воспитывает их и дает им образование. После этого с точки зрения эволюции мы уже не нужны и можем спокойно умирать.
Кажется, что в этот момент и должно запуститься старение — дегенеративный процесс, приводящий к постепенной утрате адаптационных возможностей и способности поддерживать постоянство параметров внутренней среды.
На самом деле старение начинается еще в материнской утробе. Живой организм постоянно «приводит себя в порядок» с помощью специальных ферментативных «наномашин»: они чинят ДНК, утилизируют поврежденные белки, латают клеточные мембраны и так далее. Но со временем ломаются сами механизмы починки. И тогда каскад поломок становится экспоненциальным, и организм получает хронические болезни.
Старение — процесс многоуровневый. Мы утрачиваем сразу множество функций и стареем на всех уровнях: молекулярном, клеточном, тканевом, функциональном, психологическом. Старение, как и болезни, является лишь следствием разрегулировки механизмов самоподдержания живой системы и не привносит ничего принципиально нового в организацию нашего тела.
Читайте также: «Смерть станет личным выбором. Сегодня, проживая год, вы одновременно молодеете»
Вот основные причины старения:
Генные мутации
В ходе человеческой жизни сменяется множество поколений клеток организма, в хромосомах которых находятся молекулы ДНК. Каждый участок ДНК — ген — определяет, как будут строиться белки, выполняющие в организме те или иные функции. В течение жизни некоторые гены случайно или повреждаясь под воздействием внешних неблагоприятных факторов изменяют структуру и активность. Эти изменения в геноме называются мутациями. За долгие годы мутации постепенно накапливаются, что приводит к сбоям в работе организма.
В 1957 году эволюционный биолог Джордж Кристофер Уильямс предположил, что некоторые гены в разном возрасте дают разный эффект: если в молодом возрасте они чрезвычайно важны для выживания, то в старости только вредят. Например, ген, увеличивающий фиксацию кальция в костях, снижает риск переломов в молодости, но увеличивает риск остеоартрита в старости из-за чрезмерной кальцификации суставов.
Укорочение теломер
Когда клетка делится, дочерняя цепь ДНК, образуемая на матрице родительской ДНК, становится несколько короче из-за особенностей работы фермента — ДНК-полимеразы.
Клетка с поврежденной ДНК в норме не делится, чтобы не переродиться в опухолевую. Это явление неспособности клетки с короткими теломерами делиться носит название клеточного старения. Поэтому на концах хромосом у млекопитающих расположены бессмысленные повторы, образующие теломеры, которые периодически достраиваются ферментом теломеразой. Однако теломераза после рождения выключается во всех клетках, кроме половых и некоторых стволовых. Поэтому с каждым делением клеток теломеры укорачиваются. К концу человеческой жизни они становятся настолько короткими, что каждое последующее деление ставит под угрозу генетическую информацию. Когда это происходит, прекращается деление, например, стволовых клеток и, как следствие, регенерация тканей.
«Затухание» митохондрий
С возрастом утрачивают функцию «энергетические станции» клетки — митохондрии. Это происходит из-за накопления ошибок митохондриальных ДНК и ферментов, ослабления выбраковки поврежденных митохондрий. Перестает хватать энергии для процесса восстановления и роста, что тоже становится одной из причин старения. Кроме того, внутри клетки со временем нарушаются защитные барьеры.
Митохондрии перегружаются кальцием и приоткрывают поры временной проницаемости. Через них в клетку выходят кольцевые митохондриальные ДНК, которые в цитоплазме клетки, где их в норме быть не должно, воспринимаются как инфекционное вторжение (некоторые вирусы и бактерии имеют подобные ДНК). Активируется интерфероновый ответ и хроническое воспаление, которое способствует развитию болезней.
Ухудшение качества белков
Со временем происходит нарушение круговорота внутриклеточных белков: поврежденные белки перестают заменяться новыми и накапливаются в организме. А внеклеточные белки, которые практически не обновляются, со временем образуют сшивки. Из-за них ткани становятся жесткими и неэластичными. Отсюда появление морщин, легочной недостаточности, повышенного артериального давления.
В неделящихся клетках (клетки сердечной мышцы, нейроны, которые не заменяются другими в течение почти всей жизни) постепенно скапливаются агрегаты (сгустки) белков, которые нарушают внутриклеточный трафик в цитоплазме, а некоторые из этих клеток довольно протяженные. Белки скапливаются и в эндоплазматической сети — внутренней транспортной и сортировочной системе клетки. Стресс эндоплазматической сети (это похоже на пробку на дороге), в свою очередь, запускает клеточное старение или гибель.
Ослабление биологических барьеров
Ключевую роль для поддержания постоянства параметров внутренней среды играют биологические барьеры, которые находятся в кишечнике, стенке сосудов, коже, между головным мозгом и кровотоком. При старении эти барьеры нарушаются, и через них проникают инфекции, нежелательные молекулы или токсины. Это служит причиной разнообразных болезней: воспалений в стенке желудочно-кишечного тракта, атеросклероза и так далее.
Борьба со старением
Хотя мы знаем о старении довольно много, этого недостаточно, чтобы эффективно и безопасно вмешиваться в эти процессы. Однако некоторые успешные эксперименты поставила сама природа. Так, полярная акула живет 400 лет. А голый землекоп почти не болеет раком, нечувствителен к боли и в неволе доживает до 30 лет, что необычайно долго для грызуна его размеров. Считается, что долголетие землекопа обусловлено активным восстановлением поврежденных оснований ДНК.
Но самым удивительным долгожителем считается летучая мышь ночница Брандта: при массе тела всего в 5 грамм она доживает в дикой природе до 40 лет — обычно долго живут те звери, которые имеют наибольшую массу.
Ученые расшифровывают геномы животных-долгожителей, что позволяет устанавливать новые генетические причины долголетия. Также можно изучать генетику болезней, которые напоминают ускоренное старение человека.
В 2009 году Нобелевскую премию по физиологии или медицине присудили Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку за открытие теломеразы — фермента, способного достраивать теломеры. Доступ к теломеразе имеют только зародышевые и стволовые клетки. Появилась идея, что если дать другим клеткам доступ к активной теломеразе, то они смогут достраивать теломеры, и старение замедлится. Но эта стратегия не сработала. Оказалось, что укорачивание теломер — это барьер для роста раковых опухолей: из-за установления ограничения на количество возможных делений клетки начинающейся опухоли труднее превратиться в по-настоящему злокачественную. Как только клетка получает неограниченный доступ к теломеразе, она начинает неограниченно делиться, и велик риск стать раковой.
Один из возможных способов продления жизни — редактирование генома. Эксперименты на мышах показали, что редактирование генома на основе факторов, удлиняющих теломеры или перепрограммирующих обычные клетки в стволовые, способно удлинять жизнь. Банкирование стволовых клеток костного мозга в молодом возрасте с последующим их введением в старости у мышей также способствовало продлению жизни.
На сегодня единого лекарства от старения нет. Мы знаем, что необходимо комплексное воздействие на различные системы организма: можно увеличить устойчивость организма к какому-то стрессу, можно убрать какие-то повреждения в ДНК. По отдельности эти вмешательства будут малоэффективны, но в совокупности они могут повысить качество жизни.