Обри ди Грей - Отменить старение

сигнализации во многих случаях можно связать с накоплением избытка внутренностного жира, которое предрасполагает к развитию всех аспектов метаболического расстройства, известного как метаболический синдром или синдром Х. Помимо инсулинорезистентности, он включает недостаток “хорошего” холестерина (липопротеидов высокой плотности, ЛПВП), повышенное артериальное давление, а также избыток в крови триглицеридов (жира) и сахара (глюкозы).

Еще более характерно то, что при сравнении людей разного возраста неодинаковая эффективность у них инсулина сглаживается, если сделать поправку на количество в теле жира, особенно внутренностного 36,37.

Большое впечатление производят результаты исследований, проведенных в Медицинском колледже имени Альберта Эйнштейна. Резистентность пожилых животных к инсулину и другим гормонам резко снижалась в результате очень агрессивной операции по удалению большей части внутренностного жира, т.е. после того, как состав их тела приближался к характерному для гораздо более молодых особей или животных того же возраста, но получающих низкокалорийную диету (среди его плюсов – существенное ослабление и возрастной инсулинорезистентности, и провоспалительной стимуляции) 38. Последнее наблюдение особенно показательно, поскольку, как показало дополнительное исследование, у сидящих на голодном пайке пожилых особей больше, чем у молодых, подкожного и меньше внутренностного жира, а эффективность инсулина у этих групп почти одинакова.

О вреде внутренностного жира говорит также недавнее исследование, подтвердившее неэффективность липосакции в смысле снижения инсулинорезистентности, связанной с исходным ожирением. Как известно, потенциальная опасность этой операции сводится к минимуму именно потому, что при ней удаляется только сравнительно легкодоступные, но косметически важные подкожные жировые отложения 39. C другой стороны, по данным нескольких исследований, у людей с избыточным весом в результате перехода на низкокалорийную диету или усиленной физической активности инсулинорезистентность существенно снижается очень быстро – еще до заметного похудания, но после уменьшения объема внутренностного жира, который, к счастью, при недостатке получаемого извне топлива “сжигается” в первую очередь.

Причины всех этих наблюдений удалось объяснить, когда ученым стала понятнее природа самой жировой ткани. Когда–то ее считали просто инертным хранилищем топлива – чем–то вроде запасной канистры с бензином в багажнике. Теперь мы знаем, что это метаболически активная, динамическая ткань, которая секретирует гормоны и другие сигнальные молекулы и, соответственно, на них реагирует. Как стало известно, помимо адипоцитов, опорных соеди-

нительнотканных элементов, нервов и кровеносных сосудов, наши жировые отложения содержат также иммунные клетки, в частности макрофаги. Фактически адипоциты происходят от тех же предшественников, что и макрофаги,

исекретируют много общих с ними регуляторных молекул, включая способствующий свертыванию крови ингибитор–1 активатора плазминогена и такие провоспалительные агенты (цитокины), как альфа–фактор некроза опухолей, моноцит–хемоаттрактантный белок–1 и интерлейкин–6.

По мере разрастания жировой ткани адипоциты выделяют все больше провоспалительных молекул, некоторые из которых стимулируют заселение ее макрофагами, а другие заставляют общие клетки–предшественники адипоцитов и макрофагов дифференцироваться в сторону последних. Макрофаги, в свою очередь, выделяют дополнительные провоспалительные молекулы: возникает так называемая положительная обратная связь – самостимуляция воспалительного процесса.

Однако самым впечатляющим за последнее десятилетие открытием в зарождающейся науке о жире является то, что эти сигнальные молекулы усиливают не только потенциально патологическое системное воспаление, но

иинсулинорезистентность. Как показывают исследования, изолированные мышечные и жировые клетки становятся инсулинорезистентными при обработке их вырабатываемыми адипоцитами и макрофагами провоспалительными агентами. Кроме того, повышенная инсулинорезистентность подопытных грызунов снижается аспирином, отчасти потому, что он блокирует провоспалительный эффект цитокинов. Причем такая связь наблюдается не только в далеких от реальности лабораторных условиях: при сепсисе (заражении крови, т.е. сильном системном воспалении, вызываемом тяжелой инфекцией) у людей часто развивается очень высокая инсулинорезистентность – как часть иммунного ответа.

Очевидно, перечисленные и связанные с ними моменты будут еще десятилетиями давать работу специалистам, занимающимся фундаментальным

иклиническим изучением диабета, заставляя их разрешать парадоксы, распутывать сложно переплетенные метаболические пути, перепроверять на различных моделях полученные результаты. К счастью, для наших инженерных целей дожидаться окончательных выводов этих исследований не обязательно: нам достаточно наблюдать патологию и устранять ее.

Традиционный подход

Очевидно, бороться с лишним жиром можно двумя простыми, дешевыми и никак не связанными с биотехнологическим прогрессом способами – диетой и физическими нагрузками. К сожалению, как показывают десятиле-

тия исследований и столетия эмпирических наблюдений, большинству людей, набравших лишний вес, очень трудно от него избавиться. Ежедневный перебор всего лишь 100 ккал, что эквивалентно одному средних размеров печéнью, ведет к типичному для человека постепенному потолстению, происходящему за десятилетия между окончанием школы и выходом на пенсию. И хотя набрать лишние килограммы легко, сбросить их, а тем более сохранять оптимальный вес для большинства людей сложно. Впрочем, ситуация не так ужасна, как часто приходится слышать. Как показывают исследования, примерно каждый пятый человек с лишним весом успешно добивается его стойкого снижения, и уже выясняются необходимые для этого условия. Тем не менее, метаболические последствия избытка внутренностного жира слишком опасны, а размах ширящейся на наших глазах эпидемии ожирения слишком грандиозен, чтобы оставлять эту форму возрастной патологии на откуп программам самолечения или централизованным мерам по оздоровлению нынешней “токсичной пищевой среды” 40. Будем реалистами: если мы не готовы доверить судьбы миллионов наших современников внезапному всплеску личной или политической сознательности, надо искать биомедицинские решения проблемы внутренностного жира.

Сжигание жира

Один из способов избавления от избытка внутренностного жира – его усиленное “сжигание”. Естественно ученые уже десятилетиями пытаются создать ускоряющие этот процесс лекарства, но пока довольно скромные результаты дают тут только амфетамины, а их побочные эффекты и риск развития зависимости явно не входят в наши планы.

Несколько лет большие надежды в смысле борьбы с жиром и сохранения инсулиночувствительности связывались с регулирующим аппетит гормоном лептином. Крайне редкая генетическая мутация, ведущая к врожденному его отсутствию, вызывает и у грызунов, и у людей чудовищное ожирение, а при инъекции таким мышам лептина они быстро худеют. Если заставить грызунов – с помощью генной инженерии – вырабатывать больше лептина внутри их адипоцитов, животные потребляют на 30–50% меньше корма, их инсулиночувствительность возрастает, а жир почти полностью исчезает. Более того, последние эффекты даже сильнее, чем можно было бы объяснить только ослаблением аппетита 41. Адипоциты с дополнительным лептиновым геном экспрессировали и другие гены, которые активируют митохондрии, превращаясь в настоящие “жиросжигающие машинки”42. Однако, как ни парадоксально, хотя инъекции лептина ведут к быстрому избавлению от жира грызунов любой упитанности, уровень этого гормона, застав-

ляющий худеть стройных мышей, исходно наблюдается и в крови их тучных сородичей, которым, соответственно, для аналогичного сбрасывания веса требуется гораздо более высокая его концентрация. Отчасти это объясняется тем, что, по иронии судьбы, лептин вырабатывается самими адипоцитами, чье заполнение жиром он же и подавляет, т.е. тучность грызунов естественным образом прямо, а не обратно пропорциональна его уровню. И действительно, когда фармацевтический гигант “Хоффман – Ларош” инвестировал целое состояние в разработку технологии массового производства человеческого лептина генетически модифицированными бактериями, полученный продукт как средство сбрасывания веса, мягко говоря, не оправдал ожиданий 43.

Это навело исследователей на мысль, что у тучных представителей обоих изученных видов развивается аналогичная резистентности к инсулину “лептинорезистентность”: уровень гормона высок, но клетки слабо реагируют на его команды отключить аппетит и включить сжигание жира. Как это объясняется на молекулярном уровне, вытекает из недавних работ Роджера Ангера, ученого, который первым привлек всеобщее внимание к лептину, продемонстрировав его мощный эффект на мышах. Когда перекармливаешь их жирной, высококалорийной пищей, в адипоцитах ослабляется экспрессия генов, кодирующих рецепторы лептина на их поверхности, а в результате клетки перестают воспринимать его команды 44. Аналогичным образом, неопубликованные исследования жировой ткани людей со значительным избытком веса показали, что экспрессия у них гена лептинового рецептора постоянно очень слаба (вплоть до невыявляемой), тогда как у худых молодых людей она сильно колеблется – от довольно низкой до крайне высокой 45.

К сожалению, как и в случае самого лептина, способ использования гена, кодирующего его рецептор, для борьбы с отрицательными эффектами внутренностного жира неясен. Мыши с лишним геном лептинового рецептора, даже оставаясь худыми на чересчур калорийной диете, не избегают отрицательных последствий перекорма полностью: у них наблюдается такая же “эктопическая” (т.е. находящаяся в неположенном месте) жировая инфильтрация печени, мышц и сердца, как и у евших ту же пищу мышей без дополнительных лептиновых рецепторов. Инсулинорезистентность – главный интересующий нас патологический результат избытка внутренностного жира – в обоих случаях была одинаково высокой.

Хотя можно было бы придумать, как улучшить ситуацию, неоднократно включая и выключая этот ген, а в результате восстанавливая инсулиночувствительность, непонятно, что делать с эктопическим жиром. Очевидно, при отключении гена снова возникнет тот же самый калорийный дис-

баланс, который изначально привел к разрастанию адипоцитов. Мы могли бы уменьшать их размеры при каждом раунде терапии, но у нас нет путей избавления от самих этих клеток, а в течение существенно удлинившейся жизни обилие в брюшной полости даже сравнительно мелких адипоцитов, скорее всего, привело бы к метаболической катастрофе.

Реальное урезание жира

По–видимому, более реалистичное решение проблемы внутренностного жира – не укрощение, а уничтожение этой ткани, т.е. значительного количества ее ненужных нам растолстевших адипоцитов. Вероятно, против них можно было бы использовать прицельные терапевтические методы, обсуждавшиеся выше применительно к раковым клеткам и анергическим Т–лим- фоцитам. Правда, в отличие от них, у внутренностных адипоцитов неизвестно специфических меток, но в данном случае полного уничтожения противника и не требуется. В отличие от раковых и анергических Т–кле- ток, некоторое количество жировой ткани, даже внутренностной, не только метаболически безвредно, но и жизненно необходимо. Это не только запасной бак с горючим, запасы которого мы ежедневно расходуем и пополняем, но и источник обсуждавшихся выше важных для нас сигнальных молекул, в частности регулирующих энергетический обмен гормонов и воспалительных пептидов. Как и все прочие компоненты нашего организма, они созданы эволюцией для его же пользы. Следовательно, задача противовозрастной биоинженерии – бороться не с самим жиром, а с вредом, который он наносит в стареющем теле.

Живые трупы

В последней части этой главы мы рассмотрим еще один тип токсичных клеток, которые называются стареющими6* 46. Такой термин предложил по аналогии (довольно сомнительной) с пожилыми людьми один из открывших их ученых, доктор Леонард Хейфлик, работавший тогда в Уистаровском институте (Филадельфия). Эти клетки, как и обсуждавшиеся выше, начинают свой путь нормальными компонентами кожи, суставов, других структур организма. Обычно они ведут себя тихо и не делятся, но способны размножаться по его требованию, что входит в их физиологические функции, – в отличие от постмитотических клеток, которые в зрелом состоянии полностью утрачивают способность к делению и, если замещаются, то только за счет запаса стволовых клеток.

Определяющим признаком стареющих клеток, как и постмитотических, является неспособность делиться. Хейфлик наблюдал, что клетки определенных тканей, вопреки общепринятому в те дни мнению, не размножа-

ются в чашках Петри бесконечно долго: после определенного количества вполне стандартных делений они внезапно впадают в сумеречное состояние – не умирают, но становятся явно аномальными. Приобретают бугристую, с нервными краями форму. Не образуют, как в молодых культурах, четких круглых колоний из плотно контактирующих между собой клеток. Но главное – прекращают размножаться.

Термин “стареющие” применительно к этим клеткам, как уже говорилось, не вполне корректен. Многие считают “старение” неизбежной судьбой всех клеток организма и в конечном итоге причиной его более или менее патологических возрастных изменений. Более того, этот термин ассоциируется с сомнамбулическими стариками, со скрипом доживающими свои последние дни, не принося никакой пользы окружающим, но практически и не вредя им. Может сложиться впечатление, что их единственная вина – возрастное ослабление органов, работу которых они уже не в силах поддерживать.

Фактически же стареющие клетки обычно крайне редки даже у самых глубоких стариков 47. Однако их потенциальная роль в наших возрастных изменениях оказалась намного сложнее – и гораздо активнее, чем предполагалось ранее.

Самая очевидная характеристика таких клеток, как уже говорилось, – утрата способности к размножению. Тем не менее, как одряхлевшие развратники, они отчаянно пытаются поддерживать свою былую репутацию, выделяя вещества, которые, хотя и являлись некогда необходимыми для их нормальной работы в составе здоровой ткани, могут, вырабатываясь в избыточном количестве, индуцировать развитие рака. Это связано с различными механизмами.

Во–первых, к самым распространенным сигнальным молекулам, избыточно синтезируемым стареющими клетками, относятся химические посредники типа эпидермального фактора роста, которые непосредственно стимулируют деление их соседей.Во–вторых, многие стареющие клетки избыточно синтезируют расщепляющие белки ферменты, в частности матриксовые металлопротеиназы (ММП), играющие роль “демонтажников” при тканевой перестройке. Они выполняют очень важную функцию  – разбирают старые, поврежденные “леса” (матрикс), удерживающие клетки внутри ткани, и расчищают тем самым место для ее роста. Однако, снося в ходе перестройки дома его наружную стену, вы сильно рискуете находящимся внутри имуществом. Повышенная или бесконтрольная активность ММП создает аналогичную ситуацию: раковые клетки, не удерживаемые больше матриксом ткани, в которой возникли, могут мигрировать из нее в совершенно другие участки организма, дав там метастазы.

Позднее ученые обнаружили еще один путь потенциальной стимуляции стареющими клетками начавшегося злокачественного процесса: они создают опасную передозировку фактора роста сосудистого эндотелия (ФРСЭ)

48 и стромальноклеточного фактора–1 (СКФ1)49, которые способствуют образованию новых кровеносных сосудов.

Как видите, картина намного сложнее, чем казалось еще недавно. Вероятно, феномен клеточного старения – эволюционная реакция на возрастное повреждение ДНК, страхующая нас от ракового роста (я подробнее остановлюсь на этом ниже). Механизм в краткосрочной перспективе весьма эффективный: прекращается чреватое онкологическими последствиями размножение немолодой клетки. Однако, вполне вероятно, что само ее стареющее состояние в конечном итоге способствует развитию рака, дестабилизируя поведение соседей. Очевидно, от источника такой дестабилизации желательно избавиться.

Отправляя зомби на покой

Один из способов избавления от стареющих клеток – их “омоложение”. В экспериментах с клеточными культурами этого можно добиться разными методами, в частности путем удлинения израсходованных теломер теломеразой или устранения белков, ответственных за старение. Однако такое “омоложение” создает онкологический риск: обычно клетки стареют в ответ на свои потенциально канцерогенные изменения, включая повреждения ДНК, гиперактивность стимулирующих раковый рост генов или (опять же) чрезмерное укорочение теломер, способствующее мутагенному состоянию. Возобновление в такой ситуации размножения перенесет нас, так сказать, из огня старения в полымя рака.

Аналогичным образом, подавление в стареющих клетках потенциально опасных метаболических процессов – подход рискованный, поскольку они же необходимы для нормальной работы других, здоровых клеток. Хроническая блокада ростовых сигналов, ферментов и воспалительных посредников, вполне вероятно, не позволит стареющим клеткам, образно говоря, орошать посевы рака, но одновременно приведет к клеточному “неурожаю” по всему организму.

Биоинженерный подход к этим дилеммам, как всегда, заключается в устранении не причины, а следствия. Мы готовы сохранить созданный эволюцией механизм обезвреживания потенциально канцерогенных клеток, не трогая метаболическую регуляцию собственно процесса их старения. В самом деле, целая гл.12 посвящена одной из наших главных целей – перестройке всего организма таким образом, чтобы он стал почти неуязвим для рака, путем аналогичной “кастрации” всех клеток задолго до того, как они

начнут грозить нам бесконтрольным размножением. Однако мы не собираемся мириться с опасностью, создаваемой самими стареющими клетками, и надеемся найти способ их уничтожения.

Серебряные пули

Первый заметный прогресс в этой области наметился в 1995 в Берклийской национальной лаборатории имени Лоуренса (США). Мы обязаны ему группе, возглавлявшейся доктором Джудит Кампизи, одним из моих соавторов при составлении исходного научного манифеста SENS. Вместе со своими сотрудниками она обнаружила, что сравнительно легкий, надежный тест на активность фермента под названием ассоциированная со старением бета–галактозидаза (АС–бета–гал) позволяет выявлять стареющие клетки не только в чашках Петри, но и в образцах кожи пожилых людей.

К сожалении, АС–бета–гал не является абсолютно избирательным маркером старения. Как показали дальнейшие исследования, этот фермент встречается и в обычных клетках. Обычно его уровень там очень низок, но бывает и высоким. Оказалось, что, вопреки первоначальной интерпретации результатов лаборатории Кампизи, этот фермент фактически идентичен одному из нормальных компонентов наших лизосом – клеточных “мусоросжигателей”, засорение которых (см. гл.7) лежит в основе многих тяжелых возрастных патологий. Переход к стареющему статусу не означает внезапного появления АС–бета–гал в основном веществе клеток: похоже, в низкой концентрации он присутствует там всегда, независимо от их состояния. Это подтверждается анализами, определяющими уровень самого фермента, однако обычно его так мало, что слишком грубыми методами, исходно использованными группой Кампизи, соответствующая активность, если и выявляется, то едва заметна 50,51,52.

Однако по мере прохождения клеткой циклов деления, все более приближающих ее к старению, уровень АС–бета–гал возрастает 53. Вероятно, начинается ее избыточный синтез – как реакция на возрастные стрессы, в частности на необходимость дополнительных лизосом, поскольку их эффективность постепенно снижается (а также в связи с замедлением клеточного размножения, а значит, и “разбавления” отходов, что увеличивает нагрузку на эти органеллы). Рано или поздно уровень фермента становится достаточным для выявления его активности даже в субоптимальных условиях.

Характерно, что аномально много АС–бета–гал обнаруживается также в клетках из тканей, испытывающих стресс, обусловленный воспалительными заболеваниями, которые стимулируют клеточное размножение (например хроническим гепатитом С, атеросклерозом, варикозными язвами). Но

самое интересное – ровень этого фермента подскакивает и в клетках, переживающих “кризис” 54,55 – период, когда они, каким–то образом избежав старения, продолжают делиться, расходуя свои теломеры. Обычно они рано или поздно просто “выдыхаются”, но иногда претерпевают мутацию, снимающую блокаду с теломеразных генов, что почти неизбежно ведет к их злокачественному перерождению.

Из всего вышесказанного следует вывод: АС–бета–гал – фермент, высокий уровень которого в основном веществе клетки связан с переживанием ею какого–то стресса, который в конечном итоге может вредить ее соседям. Отсюда следует, что, используя богатство этим ферментом как маркер для разрушения стареющих клеток, мы одновременно уничтожали бы и некоторые полезные нам “случайные цели”.

Однако можно разработать систему двойного контроля, помогающую выпалывать больше собственно стареющих клеток и минимум безобидных (но “подозрительно выглядящих”). Это связано с тем, что у первых аномально высок уровень не только АС–бета–гал, но и других молекул, участвующих в запрограммированном старении. Например в стареющих клетках кожи павиана содержится активированная форма фермента АТМ–киназы, который реагирует на повреждения ДНК, активируя несколько генов–супрессо- ров опухолей, включая знаменитый р53. Для стареющих клеток характерны также высокие уровни самого р53, связывающего его белка (53ВР1), необходимого для взаимодействия этого гена с АТМ–киназой, и р21 – регулятора старения, действующего под управлением р53 56. В некоторых стареющих клетках много также р16, еще одного важного регулятора данного процесса. Уровень АТМ–киназы по еще не ясным причинам медленно растет с возрастом также в нестареющих клетках, поэтому, взятый в изоляции, он не является надежным маркером старения. Однако он, как и другие перечисленные показатели, потенциально может использоваться для нашего двойного контроля – в сочетании с несколькими белками, одновременное присутствие которых отличает стареющую клетку от прочих, где по разным причинам они экспрессируются по отдельности 57.

В этой главе мы рассматривали возрастное накопление токсичных клеток и возможные биотехнологические способы освобождения от них, что должно привести к омоложению организма – усилению его иммунной системы, ослаблению метаболических нарушений, защите клеток от ракового перерождения. В следующей главе я обращусь к противоположной проблеме: возрастной утрате клеток, а также научным и – не менее серьезным

– этическим проблемам, с которыми мы сталкиваемся, разрабатывая методы обновления наших тканей свежим биологическим материалом.

11

НОВЫЕ КЛЕТКИ ВМЕСТО СТАРЫХ



На протяжении всей нашей жизни мы постепенно утрачиваем важные для сохранения здоровья клетки. Потерей их популяций, ответственных за те или иные жизненно важные функции, вызываются многие угрожающие жизни возрастные патологии, например болезнь Паркинсона. К счастью, терапевтические методы, основанные на исследованиях стволовых клеток, дают нам возможность восстанавливать такие утраты, буквально обновляя забарахлившие ткани и органы. Однако для реализации этой задачи надо решить ряд как научных, так и морально-этических проблем.

 Неимоверные усилия, потребовавшиеся для созыва конференции, позади: с огромным облегчением я вижу, как на трибуне перед плотной толпой коллег появляется человек, совершивший революцию в биологии стволовых клеток.Речь идет о второй организованной мною в Кембридже конференции, посвященной научному прогрессу в области обращения процесса человеческого старения, когда я ужасно переживал, удастся ли закрепить успех первого моего такого рода опыта. Я вхожу в правление Международ-