Обри ди Грей - Отменить старение

Не блестяще, но лучше, чем ничего

Тем не менее, я хочу закончить эту главу в мажоре. Пусть через чувствительность к пище можно продлить жизнь лишь на ограниченный срок, пусть этот срок невелик – все лучше, чем ничего! Притом эксперименты на животных показали, что особи, генетически предрасположенные к непродолжительной жизни, больше выгадывают от продления жизни через чувствительность к пище, чем изначально более долгоживущие особи. Вполне вероятно, что это справедливо и применительно к ограничению калорийности рациона у человека, т.е. такая диета или прием имитирующих ее препаратов могут оказаться неплохим способом застраховаться от неизвестной врожденной уязвимости. Поэтому я всемерно поддерживаю работу тех биогеронтологов, которые стараются извлечь максимум на этом пути продления жизни.

Под занавес давайте все же вернемся к теме этой главы. Некогда старение было поистине таинственным явлением, но это время ушло. Теперь мы можем рассуждать о старении человеческого организма в том же духе и с той же уверенностью, что о старении и дряхлении простых машин. Мы знаем, почему различные организмы стареют с разной скоростью, обусловлено ли это различиями в генах или в условиях окружающей среды. Мы знаем, что в войне со старением наши гены – это наши союзники, а не враги, они существуют, чтобы отсрочить старение, а не вызвать его, и стареем мы лишь потому, что генетические механизмы жизнеобеспечения несовершенны.

Ну, теперь можете ли вы, положа руку на сердце, продолжать считать, что старение слишком загадочно, чтобы в него вмешиваться? Возможно, вы, еще упорствуя в своем “священном ужасе” перед старением, хватаетесь за последнюю соломинку: думаете, что все дело в подробностях, которые я не представил. Эту соломинку я сломаю в главе 4.

4 Инженерное омоложение



 Давайте коротко резюмируем то, о чем я до сих пор рассказал. Если в двух словах, то говорилось следующее:

•Стареть плохо, как бы мы не старались забыть об этом.

•Старение – не тайна за семью печатями, его возможно существенно отсрочить, по крайней мере, в экспериментах на животных.

•Однако методы, позволившие достичь этого в лабораторных условиях, не представляются перспективными для человека.

В данной главе я собираюсь подробнее поговорить о “моменте истины”, упомянутом в главе 1. Я раскрою – в общих чертах, но все же с некоторыми подробностями – в чем состоят различные связанные со старением нарушения на молекулярном и клеточном уровне, а также дам представление о том, как, на мой взгляд, можно с ними справиться.

Предостережение: почему обычно лучше профилактика, чем лечение

В главе 3 я рассказал о двух вдохновляющих моментах в отношении борьбы со старением: во–первых, что она в принципе ничем не отличается от борьбы со старением созданных человеком машин вроде автомобилей и, во–вторых, что обнаружен способ существенно отсрочить старение в экспериментах на животных. Но я объяснил также, что второе из этих радостных обстоятельств приносит лишь очень ограниченную биологическую пользу. Ну, держитесь, теперь я поведаю о том, что и первое из них не так просто, как кажется.

Начну с несколько более печальной мысли об автомобилях. Почему так мало машин, “живущих” дольше заложенного в их конструкции срока службы, хотя вроде бы каждую возможно держать в функциональном состоянии очень долго?

На этот вопрос есть два ответа. Один из них совершенно неприменим к аналогии со старением человека, но другой вполне пригоден. Первый таков: потому что у владельца машины есть выбор – приобрести новую или тратить деньги и силы на поддержание старой; этот выбор зависит от степени его привязанности к “старушке”. Сдать в утиль вышедший из строя автомобиль нетрудно, но совсем другое дело, когда речь идет о живом человеке, скажем, о состарившейся и утратившей трудоспособность матери, тем более, если есть средства лечения, пусть и дорогостоящие.

Второй ответ: потому что большинство владельцев автомобилей откладывают серьезный ремонт до тех пор, пока не становится слишком поздно что– либо починить. Ясно, что чем больше машина повреждена, тем больше работы потребуется на починку и тем более изощренные методы придется применять. Когда автомобиль уже при последнем издыхании, для восстановления его до полностью функционального состояния нужны значительные мероприятия, например, полная замена каких–то частей. И, в отличие от первого ответа, тут аналогия с человеком полная. Об этом лучше всего известно не тем, кто изучает старение как биологическое явление, а тем, кто лечит стариков – врачам–гериатрам. Медики пытаются помочь людям, у которых старение привело к заметному нарушению физической и умственной деятельности. Они делают все, что в их силах и что позволяют средства современной медицины, чтобы задержать дальнейшее одряхление и отсрочить неизбежную смерть. Но им, да и вам, понятно, что это проигранная битва. Когда нарушение уже вышло из–под контроля, оно усугубляет само себя, ускоряя наступление других нарушений, которые становятся все многочисленнее и разнообразнее. Все, на что могут надеяться гериатры, – это некоторое улучшение качества жизни в последние ее годы и небольшая, порядка месяцев, отсрочка смерти. Здесь действует старое правило: профилактика лучше лечения – лучше предупреждать болезнь, чем лечить.

Но только обычно…

Но не будем ставить на этом точку. Кое в чем гериатры переплюнули геронтологов, я уже намекал на это: гериатрия использует уже имеющиеся медицинские технологии. Почему они могут, а геронтологи – нет?

Не надо долго думать, чтобы ответить. Для ликвидации уже существующей проблемы необязательно знать, как она возникла. Работнику автосерви-

са, чинящему автомобиль, все равно, какая–такая ржа проела топливопровод или каких размеров был камень, разбивший ветровое стекло – вышедшую из строя деталь надо заменить и все. Аналогично врачу–гериатру нет нужды разбираться в свободнорадикальных процессах или обмене холестерина, чтобы лечить сердечно–сосудистые заболевания или диабет. А вот для предотвращения коррозии или повреждений ветрового стекла требуется тщательный анализ побочных эффектов плохой уборки проезжей части дорог и посыпания ее солью; точно так же геронтологам для того, чтобы на практике следовать принципу “профилактика лучше лечения” нужно много знать о тонких и скрытых причинно–следственных связях в обмене веществ.

Таким образом, перед нами два альтернативных подхода к отсрочке старения – профилактический и терапевтический; и в том, и в другом я вижу существенные недостатки, делающие их малоперспективными; притом их достоинства и недостатки не перекрываются: профилактика – дело быстрое, но сложное, а лечение связанных со старением болезней пусть и не столь сложно, но чаще всего опаздывает. И что же из всего этого следует – по какому пути надо идти?

Из двух зол худшее или лучшее?

Вот что это сказало мне тем ранним утром в Калифорнии.

Накануне споры за круглым столом шли вокруг различных теорий старения, об аргументах в их пользу или опровержение. В основном обсуждались многообразные цепи метаболических реакций, которые могут давать вклад в развитие возрастных нарушений. Я говорил о том, что многие патологические изменения, связанные со старением, коренятся в образовании свободных радикалов в клеточных органеллах, называемых митохондриями, которые играют роль энергетических станций, где энергия, извлеченная из пищи превращается в форму, непосредственно используемую клетками– аденозинтрифосфат (АТФ). Того же мнения придерживалось и большинство моих коллег, но я по–новому представил эту точку зрения, что позволяло охватить некоторые до того необъясненные факты. Я был уверен в своей гипотезе, поскольку в то время занимался именно этой областью геронтологии (за монографию на данную тему1 я удостоился докторской степени). Впрочем, важнее другое – моя гипотеза предполагала медико–биологический подход к основной, как мне тогда казалось причине старения: путем сложной, но реальной генетической терапии можно разорвать связь между возникновением свободных радикалов в митохондриях и развитием патологических изменений, не вмешиваясь в нормальные митохондриальные процессы энергообразования (об этом я расскажу ниже, а также в главе 6).

Я пришел к выводу, что в лучшем случае моя идея митохондриальной генотерапии могла бы (я подчеркиваю, могла бы) у человека также на 50% замедлить старение, обусловленное большинством других причин. Это было бы значительным прорывом и дало бы не меньшее продление здорового периода жизни, чем самое строгое ограничение калорийности рациона (по наиболее оптимистическим прогнозам сторонников этой стратегии), но без его побочных эффектов. Но я был не очень уверен в этой оценке, и тогда, на рассвете, в гостиничном одиночестве, моя уверенность была еще меньше обычного, потому что весь предыдущий день я только и слышал, какое множество нарушений возникает в организме при старении. Многие из них можно было бы, по меньшей мере, частично, отнести на счет негативных эффектов незаметно нарастающего при старении оксидативного стресса, т.е. нарушения равновесия между донорами и акцепторами электронов (доноры – химические вещества, способные отдать электрон, акцепторы – те, которым он нужен). Как я полагал, митохондриальная генотерапия может практически прекратить нарастание оксидативного стресса, но оставалось неясным, насколько все остальные процессы старения останутся в силе без дополнительной прицельной терапии, какой бы она ни была.

На роль этих “всех остальных” процессов кандидатов немало:

•важные для иммунной системы ферменты, участвующие в воспалительной реакции, могут также окислять холестерин (особенно при его избытке в организме), способствуя образованию атеросклеротических бляшек;

•из–за того, что основным “топливом” в организме служит глюкоза, источником которой являются углеводы пищи, велика вероятность гликозилирования клеточных белков, которые в результате как бы склеиваются;

•в результате аномальных превращений нормального белка–предше- ственника в мозгу образуются скопления белка бета–амилоида, что характерно для болезни Альцгеймера;

•при каждом делении клетки несколько укорачиваются теломеры

– защитные структуры двойной спирали ДНК, играющие такую же роль, как пластиковые или металлические наконечники на концах шнурков, не давая “размахриться” хромосомам;

•при синтезе новых молекул ДНК для деления клетки механизм копирования совершает “опечатки”, выливающиеся в мутации, которые остаются в генотипе;

•использование запасов стволовых клеток (неспециализированных клеток, которые могут превращаться в те или иные нужные организ-

му специализированные клетки, например для восстановления тканей после болезни или травмы) на протяжении жизни постепенно истощает ограниченные в масштабах жизненного срока возможности клеточного обновления.

Проблема держала меня мертвой хваткой – это не было лишь любопытством, дремавшим от безнадежности. В то время, как для многих моих коллег биогеронтология состоит в изучении феномена старения ради понимания, я относился к нему, как к вопиющему общечеловеческому злу, каждый день, каждый час уносящему тысячи жизней. Отказавшись от первоначально избранной карьеры в области изучения искусственного интеллекта, я посвятил свою жизнь не тому, чтобы лишь снизить заболеваемость и смертность от связанных со старением болезней, а тому, чтобы положить конец всему этому ужасу. Я взялся за ликвидацию старения “как класса” путем инженерии пренебрежимого старения; эта цель была сформулирована мною в тезисах диссертации на соискание степени доктора философии.

Но тем утром мой внутренний диалог привел к разочарованию и даже к отчаянию. Ясно, что если для медицинского контроля над ходом старения на деле нужна коррекция всех потенциально опасных метаболических процессов, да еще в каждом случае индивидуально, то развитие борьбы со старением будет подобно схватке с гидрой: сколько бы голов ни удалось отсечь, их место займут новые, еще более многочисленные. Нормальный метаболизм представляет собой столь сложное тонко сбалансированное переплетение химических реакция, что, затронув какой–то один процесс, неизбежно вызовешь изменения во всей сети, создавая новые осложнения или сводя на нет достигнутый эффект противодействием стабилизирующих механизмов. Например, хроническое воспаление ведет к клеточным нарушениям и повреждениям, но вмешательство в воспалительную реакцию может расстроить иммунную защиту от патогенных агентов. Также свободные радикалы (побочный продукт нормального обмена веществ) вызывают оксидативный стресс и со временем повреждение тканей. Но если для защиты от свободных радикалов искусственным образом активировать антиоксиданты, это поможет раковым клеткам защищаться от химиотерапевтических препаратов.

Фактически, этот процесс динамической метаболической стабилизации и регулировки и наблюдается при старении. Есть ряд связанных со старением изменений, которые могут иметь патологические последствия, но сами как таковые нарушениями/повреждениями не являются. Иначе говоря, они не накапливаются в клетках и тканях организма, а скорее представ-

ляют собой сдвиг равновесия между образованием и разрушением задействованных веществ. Мне казалось вероятным, что такие изменения, хотя

ивредные для жизнедеятельности, вторичны по отношению к чему–то еще. И, если выявить и исправить это “что–то еще”, то тем самым удастся купировать и вредные вторичные изменения, делая спорным вопрос об их вкладе в процесс старения. Например, способность клеток реагировать на многие гормоны и другие сигнальные вещества имеет тенденцию ослабевать с возрастом. Но, как мы видели в главе 3, это ослабление, по–видимому, не запрограммировано в организме, что диктуется логикой эволюции. Значит, оно должно быть вторичным относительно некоторого нарушения. Может быть, клеточные мембраны утрачивают текучесть, из–за чего нарушается способность рецепторных молекул изменять свою форму, что необходимо для передачи сигнала. Или, может быть, нарушается механизм образования рецепторов. Как бы то ни было, идентификация этого нарушения сузит область поисков его непосредственных причин как источника старения.

Задумаемся еще вот о чем. Мне виделось гораздо меньше типов нарушений, чем причин, их вызывающих. Например, существует множество различных мутагенов и “предмутационных” изменений ДНК, но лишь два типа мутаций – хромосомные и митохондриальные.

“Ну, – размышлял я, – надо сообразить, сколько существует типов связанных со старением нарушений? И есть ли перспективные ловушки для остальных?”

Как я уже говорил, есть хромосомные мутации. Нарушения этого типа вызывают рак. У меня не было (тогда, но не теперь – см. главу 12) в запасе никаких свежих предложений на этот счет, и ничего не оставалось, как положиться (хотя бы временно) на чужие идеи. Впрочем, недостатка в идеях не было, ведь изучение рака – одна из обширнейших областей медицинской биологии.

Какие другие проблемы могут возникнуть из–за мутаций в ядре? Было общепринятым, что эти мутации – основная причина возрастных дисфункций на клеточном уровне. Но я уже какое–то время прикидывал в уме возражения, будучи уверен, что мутации, не имеющие отношения к раку, не влияют

ина старение (в пределах нормальной продолжительности жизни). Конечно, “нераковая” мутация в отдельно взятой клетке может негативно повлиять на функционирование этой конкретной клетки, но возможно ли, чтобы она существенно нарушила деятельность всей ткани? Разумеется, если каждая клетка данной ткани начинает функционировать аномально, это подпортит здоровье индивида – но так быть не может. Почему? Да потому, что, если бы средняя клетка легко “подцепляла” мутацию, то к периоду зрелости организм был бы весь насквозь поражен раком, тем более что для возникно-

вения угрожающей жизни опухоли достаточно одной–единственной злокачественной клетки. Из этого следовало, что у человека на пятом десятке лет жизни и позже почти все клетки генетически здоровы, и подавляющее большинство клеток остаются такими до конца “нормального” срока жизни.

Другими словами для предотвращения смерти от рака прежде вступления в период половой зрелости механизмы поддержания ДНК действуют достаточно эффективно, так что мутации, не имеющие отношения к раку, не происходят столь часто, чтобы это имело значение. Еще лучше: та же логика, по–видимому, годится для эпимутаций (как их назвал биогеронтолог Робин Холлидей) – изменений не в нуклеотидной последовательности ДНК, а в структуре отдельных оснований или белков, на которые в норме накручена двойная спираль ДНК. Эпимутации могут быть очень вредными, так как они влияют на скорость транскрипции генов для синтеза белков. Как и истинные мутации, эпимутации могут приводить к раку либо к другим расстройствам; в их отношении рак тоже наиболее значительная проблема. Подробнее я расскажу об этом в главе 12.

Помимо мутаций в хромосомах, происходят мутации в митохондриях, что, возможно, является основным в эффекте свободных радикалов. В митохондриях (в отличие от прочих клеточных органелл) имеется собственная, независимая от ядерной ДНК. “К счастью, – подумалось мне,– я уже знаю, как справиться с митохондриальными мутациями.” Моя идея на этот счет в корне отличалась от предложений других исследователей и, как мне казалось, обладала большим потенциалом. Я не рассчитывал на усиление антиоксидантной защиты, которую берут на вооружение не только те, кто делает деньги на витаминах, но и некоторые биотехнологические компании.(И это при том, что биогеронтологи давным–давно пришли к выводу: использование антиоксидантов – тупик, поскольку, как неоднократно было показано, они ничуть не влияют на старение2. Трудно найти лучшую иллюстрацию того, что наше двойственное отношение к старению пока поверхностно. Свободные радикалы слишком реакционноспособны, чтобы с ними можно было разделаться с помощью витаминов или даже недавно разработанных препаратов, представляющих собой синтетические аналоги антиоксидантного фермента супероксиддисмутазы (например, MnTBAP, EUK–134). Кроме того, свободные радикалы могут быть нужны организму; не так давно выяснилось, что при излишней их ликвидации возникают новые нарушения. За миллионы лет эволюции выработалась способность использовать высокую химическую активность свободных радикалов для молекулярной сигнализации,3 поэтому чрезмерное подавление их воздействия на клетки вредно влияет на клеточный метаболизм. При дополнительном потреблении антиоксидантов организм

даже может компенсировать их избыток сдерживанием собственных антиоксидантных механизмов.

Многие мои коллеги предпринимали попытки сократить образование свободных радикалов, считая это наилучшим способом замедлить развитие связанных со старением нарушений. Но (по вышеупомянутой причине) на деле мудрено достигнуть этого, не нарушая существенно механизмов жизнеобеспечения организма. Кроме того, свободные радикалы образуются в основном в митохондриях в процессе синтеза АТФ за счет извлекаемой из пищи энергии, и какие бы то ни было, воздействия на этот центральный аспект обмена веществ неизбежно породят побочные эффекты.

Как отмечалось несколькими абзацами выше, я уже предлагал обойти этот проблематичный подход путем, который подробно освещается в главе 6. Кратко, идея состоит в следующем. Надо дать обмену веществ протекать, как в норме, – мирясь с тем, что будет образовываться некоторое количество свободных радикалов и будут иметь место некоторые молекулярные повреждения, – но разорвать связь между свободными радикалами и оксидативным стрессом. В тезисах к своей диссертации на соискание степени доктора философии я утверждал, что (в противоположность общепринятому тогда мнению) митохондриальные свободные радикалы не дают вклада в системное усиление оксидативного стресса с возрастом путем непосредственного повреждения остальной части (вне митохондрий) клетки, но повреждая митохондриальную ДНК, вызывают неадекватное состояние митохондрий, из–за которого оксидативный стресс распространяется за пределы клетки. Из этого я заключал, что проблема митохондриальных мутаций может быть решена путем переноса копий митохондриальной ДНК из их уязвимого местонахождения в “эпицентре” образования свободных радикалов в гораздо лучше защищенное от свободно–радикальных бомбардировок клеточное ядро, где повреждения ДНК случаются значительно реже. Белки, закодированные в митохондриальной ДНК, тогда должны синтезироваться таким образом, чтобы они могли бы транспортироваться в митохондрии, но казалось понятным, как этого добиться. Находящиеся в ядре копии митохондриальной ДНК должны служить как дублеры ДНК, находящейся в митохондриях; митохондрии функционировали бы нормально, даже если содержащаяся в ни ДНК повреждена, так что не развивались бы долгосрочные вредные последствия для организма в целом. В митохондриях возникали бы повреждения/нарушения, но они не переходили бы в упомянутое неадекватное состояние, и разрушительный осксидативный стресс не расползался бы по организму.

Отлично, две проблемы (хромосомные и митохондриальные мутации) долой, сколько осталось? Возьмемся за гликозилирование белков (присое-

динение к ним глюкозы). Эта проблема представлялась относительно несложной, так как было известно, что биотехнологическое предприятие Alteon уже вело клинические испытания препарата под названием ALT–711, который, судя по всему, обращал глюкозную сшивку белков. Положительный эффект здесь, пусть и слабый, имел очень большое значение: ALT–711 обладал некоторой (ограниченной) способностью восстанавливать эластичность сердца и кровеносных сосудов, теряемую с возрастом из–за гликозилирования белков, а также помогал при диабетической нефропатии. Действие этого лекарства доказывало сам принцип воздействия: без вмешательства в метаболизм глюкозы, невзирая на продолжающееся образование сшивок в белковых молекулах, удается предупредить его патологические последствия путем ликвидации нарушения post factum. (Как вы увидите далее, это важная основная мысль: не вмешивайтесь в процесс, а ликвидируйте вызванные им нарушения.) Более подробно проблема гликозилирования обсуждается в главе 9.

Что еще? Различного рода “мусор”, накапливающийся вне клеток: бета– амилоид, менее изученный транстиретин и, возможно, другие подобные вещества. Здесь опять–таки имеются успехи в “частном секторе”. Сотрудники компании Elan (шт. Калифорния, США) продемонстрировали активную ликвидацию проблемы: мышам вводили вакцину против амилоидных бляшек, благодаря чему они уничтожались силами иммунной системы организма. В лабораторных экспериментах этот подход принес быстрый успех, так что недалеко было и до клинических испытаний. Если хотите узнать подробнее, читайте главу 8.

Нужно также обсудить вредные накопления внутри клетки (липофусцин и т.п.). Тут я заволновался, потому что годом ранее, а именно в июне 1999 г. в Дрездене, я узнал о возможности ликвидации таких накоплений при помощи ферментов почвенных бактерий. (Типичный случай совершенного неспециалистом объединения достижений из далеких друг от друга областей, создающего новый подход к решению проблемы. В современном научном прогрессе это ключевой элемент, который, увы, недооценивался во многих отраслях медицины и биологии.) Идея использования почвенных бактерий для разрушения “долгоживущих” органических субстратов не нова, но не в геронтологии и даже вообще не в медицинской биологии. Она предлагалась для очистки окружающей среды и известна под названием биоремедиации (биооздоровления). Среди геронтологов никто о ней и не слышал, не говоря уж о ее медико–биологическом применении. Если вы заинтригованы, посмотрите в главу 7.

К списку проявлений физиологического старения на клеточном уровне необходимо добавить старение самих клеток. Физиологическим старением