Текст книги "Эффект теломер: революционный подход к более молодой, здоровой и долгой жизни"

Представьте, что человеческое тело – это бочка, заполненная яблоками. Тогда здоровые клетки будут сродни свежим, блестящим яблокам. Но что, если в бочке окажется хотя бы одно гнилое яблоко? Мало того, что оно само по себе несъедобно, так из-за него начнут гнить еще и соседние яблоки. Это гнилое яблоко – аналог старой, дряхлой клетки вашего организма.

Прежде чем объяснить, почему так происходит, мы хотели бы еще раз напомнить, что очень многие человеческие клетки должны непрерывно обновляться для поддержания здоровья (этот процесс также известен как пролиферация клеток). Активно обновляющиеся клетки обитают в таких местах организма, как:

• иммунная система;

• кишечник;

• кости;

• легкие;

• печень;

• кожа;

• волосяные луковицы;

• поджелудочная железа;

• стенки кровеносных сосудов;

• некоторые участки мозга, в том числе гиппокамп (отдел мозга, отвечающий за обучение и память).

Итак, чтобы все эти важнейшие ткани и органы оставались здоровыми, их клетки должны постоянно обновляться. В организме человека работает точно откалиброванная система, которая определяет, когда та или иная клетка нуждается в обновлении. Даже если ткань и выглядит неизменной на протяжении многих лет, ее клетки непрерывно заменяются новыми со строго установленной скоростью. Но не забывайте, что большинство клеток могут делиться лишь ограниченное число раз. Когда клетки теряют способность к обновлению, состоящие из них ткани тела начинают стареть и терять функциональность.

Все клетки человеческих тканей произошли из стволовых клеток, которые удивительным образом способны превращаться в самые разные виды специализированных клеток. Они обитают в так называемых нишах стволовых клеток – своего рода VIP-зале, где стволовые клетки, находясь под защитой, отдыхают до тех пор, пока не понадобятся. Эти ниши обычно расположены в тканях, клетки которых подлежат замене, либо рядом с ними. Так, стволовые клетки, предназначенные для обновления кожи, располагаются рядом с волосяными луковицами, для сердца – в стенке правого желудочка[2]2
  Это недоказанные предположения. – Примеч. реценз.


[Закрыть], для мышц – рядом с каждым мышечным волокном. Когда все хорошо, они спокойно лежат в своих нишах. Но едва возникает необходимость в обновлении тканей, стволовые клетки тут же спешат на вызов. Делясь, они производят клетки, способные к быстрому размножению (иногда их еще называют клетками-предшественницами), а некоторые из появившихся в итоге клеток затем превращаются в тот вид специализированных клеток, в котором нуждается организм. Если вы заболеете и вам понадобятся дополнительные иммунные клетки (белые кровяные тельца, они же лейкоциты), то стволовые клетки, до этого момента прятавшиеся в костном мозге, начнут стремительно делиться и проникать в кровеносную систему. Стенки кишечника постоянно изнашиваются в процессе пищеварения, а частицы кожи все время отмирают. Но стволовые клетки непрерывно компенсируют потери, поддерживая эти ткани в дееспособном состоянии. Если во время пробежки вы потянете икроножную мышцу, то часть мышечных стволовых клеток приступит к делению и каждая произведет на свет по две новые клетки. Одна из них возьмет на себя роль стволовой клетки и займет место в уютной нише (самовоспроизведение), тогда как другая станет полноценным мышечным волокном, и тем самым поврежденная ткань будет восстановлена. Итак, залог здоровья и быстрого восстановления после болезней и травм – наличие не слишком большого запаса стволовых клеток, способных к самовоспроизведению.

Когда теломеры клетки становятся слишком короткими, они посылают сигналы, из-за которых ее деление и репликация оказываются под запретом. Такая клетка утрачивает способность обновляться. Она стареет, дряхлеет. Если подобное случается со стволовой клеткой, она уходит на покой и больше никогда не покидает свою нишу. Остальные состарившиеся клетки просто остаются на своих местах, но теперь они не в состоянии выполнять свои профессиональные обязанности. Их внутренние электростанции – митохондрии – перестают нормально функционировать, из-за чего клетке не хватает энергии.

ДНК старой клетки не может успешно взаимодействовать с другими ее структурными элементами. Как результат клетка перестает успевать по хозяйству. Внутри нее становится тесно, потому что в ней накапливаются, помимо прочего, поврежденные белки и коричневые комки «мусора» – липофусцин (пигмент старения), который вызывает дегенерацию желтого пятна в глазах и ряд неврологических болезней. Мало того – и именно поэтому справедлива аналогия с гнилыми яблоками в бочке, – старые клетки посылают ложные сигналы тревоги в виде способствующих воспалению веществ, которые попадают в другие части организма.

По такому базовому принципу стареют все клетки нашего тела, будь то клетки печени, кожи, волосяных луковиц или стенок кровеносных сосудов. Вместе с тем в зависимости от типа клеток и их расположения процесс старения может сопровождаться некоторыми особенностями. Так, старые клетки костного мозга либо мешают стволовым клеткам крови и иммунной системы делиться, либо, напротив, вынуждают их производить новые клетки крови в неконтролируемых объемах. Старые клетки поджелудочной железы могут не совсем правильно распознавать команды, которые регулируют выработку инсулина. Старые клетки головного мозга способны выделять вещества, из-за которых отмирают нейроны. Таким образом, хотя процесс старения в большинстве изученных клеток и протекает по одному и тому же сценарию, разные виды клеток могут реагировать на него по-своему, и тем самым они вредят организму по-разному.

Старение клеток можно определить как «постепенное нарушение функций и ухудшение способности должным образом реагировать на внешние раздражители и повреждения». Старые клетки оказываются не в состоянии нормально реагировать на стресс – как физический, так и психологический {1}. Со временем этот непрерывный процесс начинает медленно и незаметно провоцировать возникновение возрастных заболеваний – недугов, причина которых (по крайней мере, отчасти) заключается в сокращении теломер и старении клеток. Чтобы лучше понять процесс старения и роль теломер, давайте вернемся к трем вопросам, которые мы задали в начале главы.

Насколько молодо вы выглядите?

Как бы вы оценили свое физическое здоровье?

Насколько молодо вы себя чувствуете?

Долой старое, да здравствует новое: удалив старые клетки у мышей, ученые обратили вспять преждевременное старение

В ходе одного из лабораторных исследований ученые наблюдали за мышами, геном которых был изменен таким образом, чтобы их клетки старели гораздо быстрее обычного. Как и следовало ожидать, мыши оказались подвержены преждевременному старению: они теряли подкожный жир, из-за чего выглядели сморщенными, а также мышечную массу; их сердце слабело; у них появилась катаракта. Некоторые умерли в раннем возрасте из-за остановки сердца. Затем в рамках генетического эксперимента, который невозможно повторить на людях, ученые удалили у мышей старые клетки, и в результате многие симптомы преждевременного старения прошли. Исчезла катаракта, восстановились мышечная масса и жировые запасы (как следствие, стало меньше морщин), а продолжительность здоровой жизни увеличилась {2}.

Старые клетки контролируют процесс старения!

Старческие пятна и морщины. Седые волосы. Сутулость, вызванная остеопорозом. Этим изменениям подвержен каждый из нас, но если вы недавно посещали вечер встречи выпускников, то должны были заметить, что не всех они затрагивают в равной степени.

Посмотрите на своих бывших одноклассников через десять лет после окончания школы, когда всем еще нет и 30, и вы заметите, что одни из них носят дорогую одежду, тогда как на других вещи выглядят слегка потрепанными. Одни хвастаются успехами в карьере или детьми, тогда как другие потягивают виски в углу, жалуясь на любовную неудачу. Никакой справедливости! Но если говорить о физических признаках старения, то все присутствующие будут приблизительно в равном положении. Почти каждый – независимо от материального благополучия, успешности и степени удовлетворенности своей жизнью – выглядит молодо, как и подобает человеку моложе 30. У всех здоровые волосы, гладкая кожа, а некоторые даже подросли на сантиметр-другой с тех пор, как вы вместе учились. Они находятся на пике молодости.

Но стоит заглянуть на очередной такой вечер лет через пять, а лучше через десять, и вы обнаружите совсем иную картину. Вы увидите, что некоторые бывшие одноклассники выглядят намного старше остальных. Возле ушей у них показалась седина, либо волосы на голове заметно поредели. Кожа стала пятнистой и более серой, а морщинки в уголках глаз углубились. Возможно, у них появилось пузо и они начали сутулиться. Все это свидетельствует о быстро развивающихся внешних признаках старения.

Другим повезло больше: они стареют заметно медленнее. С годами эти счастливчики, разумеется, тоже начинают выглядеть старше. Их волосы, лицо и тело, без сомнений, меняются, но изменения происходят медленно и постепенно, ничуть не портя внешность. Теломеры – как вы вскоре убедитесь – играют некоторую роль в том, насколько быстро человек стареет внешне, а также в том, войдете ли вы в число тех, кто стареет красиво.

Старение кожи

Внешний слой кожи, эпидермис, состоит из быстро размножающихся клеток, которые постоянно обновляются. Некоторые клетки кожи (а именно кератиноциты) вырабатывают теломеразу, благодаря чему они не изнашиваются и не дряхлеют, но у остальных способность обновляться со временем все-таки угасает {3}. Под наружным слоем кожи лежит дерма – слой клеток (фибробласты), который создает основу для здорового и красивого эпидермиса, поскольку, помимо всего прочего, производит коллаген, эластин и факторы роста.

С годами фибробласты начинают выделять меньше коллагена и эластина, из-за чего внешний слой кожи становится сморщенным, старым на вид. Кожа истончается, теряя прослойки жировой ткани и гиалуроновую кислоту (которая выступает в роли естественного увлажнителя кожи и суставов), становится более проницаемой {4}. Старые меланоциты приводят к появлению пигментных пятен, а кроме того, кожа начинает выглядеть болезненно бледной. Проще говоря, стареющая кожа приобретает хорошо знакомый нам вид: она пятнистая, бледная, обвисшая и морщинистая – и все это главным образом из-за состарившихся фибробластов, которые больше не в состоянии поддерживать здоровье клеток эпидермиса.

У пожилых людей клетки кожи зачастую теряют способность к делению, но у некоторых они продолжают делиться даже в преклонном возрасте. Когда ученые решили разобраться с этим вопросом, выяснилось, что у таких людей клетки лучше справляются с окислительным стрессом, а их теломеры заметно длиннее {5}. Наличие коротких теломер не вызывает старение кожи напрямую, но играет в этом процессе определенную роль, особенно когда речь идет о старении из-за воздействия солнечных (а точнее, ультрафиолетовых) лучей. Ультрафиолет способен повреждать теломеры {6}. Петра Букамп, сотрудница Немецкого центра исследований рака в Гейдельберге, вместе с коллегами сравнила кожу с шеи, на которую постоянно воздействует солнце, с кожей ягодиц, которая все время защищена от солнца. Оказалось, что в случае с шеей теломеры клеток эпидермиса стали заметно короче, а в образцах, взятых с ягодиц, они с возрастом вообще не укорачивались! Итак, при надлежащей защите от солнечных лучей клетки кожи могут долго противостоять старению.

Остеопороз

Структура костной ткани человека меняется на протяжении всей жизни. Высокая плотность костей – результат баланса между клетками, формирующими костную ткань (остеобласты), и клетками, разрушающими ее (остеокласты). Чтобы остеобласты могли делиться и их ряды пополнялись новыми клетками, им необходимы длинные теломеры: когда теломеры становятся слишком короткими, остеобласты стареют и перестают поспевать за остеокластами. Баланс нарушается, и остеокласты начинают выедать костную ткань {7}. Мало того, когда теломеры изнашиваются, в старой костной ткани начинаются воспалительные процессы.

Лабораторные мыши, выведенные таким образом, чтобы их теломеры были короткими, страдали от преждевременной потери костной ткани и остеопороза {8}. То же самое наблюдается у людей, родившихся с генетическим заболеванием, из-за которого теломеры клеток оказываются чрезвычайно короткими.

Седина

В некотором смысле мы все рождаемся с покрашенными волосами. Каждый волосок зарождается в собственной волосяной луковице и состоит из кератина, придающего волосам белый цвет. Вместе с тем внутри каждой волосяной луковицы находятся и меланоциты – те самые клетки, которые вводят в волоски пигмент, а также отвечают за цвет нашей кожи. Они выступают в роли природной краски для волос, без которой все люди с рождения ходили бы седыми. Когда теломеры этих стволовых клеток изнашиваются, те больше не могут делиться достаточно быстро, чтобы поспевать за ростом волос. Как результат, волосы начинают седеть. А когда умирают все меланоциты, волосы становятся полностью седыми. Также меланоциты чувствительны к химическому воздействию и ультрафиолетовому излучению. В ходе одного исследования, опубликованного в журнале Cell, у мышей, которых подвергли воздействию рентгеновских лучей, оказались повреждены меланоциты, и их шерсть со временем стала серой {9}. У мышей, чьи теломеры были чрезвычайно короткими из-за генетической мутации, шерсть также становилась серой раньше времени, при этом восстановление уровня теломеразы способствовало возвращению прежнего цвета шерсти {10}.

В каком возрасте седина считается нормой? В наименьшей степени волосы седеют у афроамериканцев и азиатов, тогда как больше всего этому процессу подвержены блондины {11}. Ближе к 50 годам седина появляется как минимум у половины людей, а после 60 – уже у 90 %. В подавляющем большинстве случаев преждевременное появление седины не считается отклонением от нормы – лишь у незначительного числа людей, поседевших до 40 лет, обнаруживается генетическая мутация, обусловливающая уменьшение длины теломер.

Что внешность человека говорит о его здоровье?

Возможно, вы сейчас подумали: «Что ж, я ничего не имею против нескольких седых прядей, появившихся раньше времени. Да и стоит ли переживать из-за пары старческих пятен под глазами? Вы что, предлагаете мне сосредоточиться на внешности, вместо того чтобы думать о здоровье?» Прекрасный вопрос. Нет никаких сомнений: здоровье важнее всего. Но разве вы не знаете, что внешность отражает состояние вашего здоровья? Исследователи попросили специально обученных «экспертов» оценить возраст человека по его фотографии {12}. Оказалось, что у людей, которые выглядели старше, теломеры в среднем были короче, чем у тех, кто выглядел моложе. В этом нет ничего удивительного, если вспомнить, какую роль играют теломеры в процессах старения кожи и появления седины. В некоторой степени – достаточной, чтобы вызвать беспокойство, – внешние признаки старения связаны с плохим состоянием физического здоровья. Как правило, у людей, которые выглядят старше своих лет, мышцы оказываются слабее, умственные способности и память – хуже, уровень кортизола и глюкозы, содержащихся в крови натощак, – выше, а также наблюдаются ранние симптомы сердечно-сосудистых заболеваний {13}. К счастью, эта взаимосвязь очень слабая. Главное – то, что происходит внутри организма. Но если вы выглядите старше своих лет – изможденным, – на это стоит обратить внимание. Вероятно, ваши теломеры нуждаются в дополнительной защите.

Помните, что нужно делать, когда появляется такая иллюстрация?

Когда задумываешься над следующим вопросом – «Как вы оцениваете свое физическое здоровье?» – сразу становится очевидно, насколько серьезный удар короткие теломеры наносят нашим клеткам.

Давайте еще раз вспомним о вечере встречи выпускников. Когда после окончания школы пройдет 20, а потом 30 лет, вы непременно заметите, что многие ваши бывшие одноклассники страдают от возрастных заболеваний. А ведь им всего 40–50 лет! По паспорту они еще не достигли старости, так почему же их организм ведет себя так, будто они уже старики? Почему их больные годы начинаются раньше времени?

Воспаление и старость

Разве не любопытно было бы посмотреть в микроскоп на клетки каждого, кто пришел на встречу выпускников, и измерить их теломеры? Если бы такое действительно было возможно, то вы увидели бы, что короче всего теломеры у тех, кто выглядит слабым и больным, у кого на лице можно заметить признаки борьбы с такими хроническими недугами, как диабет, сердечно-сосудистые заболевания, ослабленный иммунитет и болезни легких. Кроме того, вы обнаружили бы, что люди с самыми короткими теломерами страдают еще и от хронического воспалительного процесса. Ученые давно подметили, что воспалительные процессы в организме усиливаются с возрастом и именно они служат причиной развития многих возрастных болезней. Речь идет о постоянном незначительном воспалении, которое накапливается со временем. Это может происходить по многим причинам, одна из которых – повреждение белковых цепочек. Другая распространенная причина хронического воспаления – повреждение теломер.

Когда гены клетки оказываются повреждены либо теломеры становятся слишком короткими, она понимает, что ее драгоценная ДНК находится в опасности. Клетка начинает перепрограммировать себя таким образом, чтобы вырабатывать молекулы, которые направляются к другим клеткам организма с просьбой о помощи. Эти молекулы, в совокупности именуемые старческим секреторным фенотипом, могут приносить пользу. Благодаря им поврежденная клетка посылает сигналы ближайшим иммунным и другим клеткам, способным бороться с повреждением. Так начинается процесс заживления.

Вот тут-то и возникают проблемы. При повреждении ДНК теломеры словно сходят с ума. Они настолько зацикливаются на самозащите, что не пускают внутрь клетки подмогу, которую она вызвала. Они напоминают людей, которые после пережитой трагедии отказываются от помощи окружающих, потому что боятся расслабиться. Укороченные теломеры могут месяцами находиться внутри стареющей клетки, без конца призывая на помощь, но не позволяя клетке устранить повреждение. Эти упорные, но безуспешные попытки вызвать подмогу иногда приводят к разрушительным последствиям: клетка становится тем самым гнилым яблоком в бочке. В этот процесс вовлекаются провоспалительные цитокины, которые, путешествуя по всему организму, со временем вызывают системное хроническое воспаление. Старческий секреторный фенотип был открыт Джудит Камписи из Института исследований старения имени Бака, которая показала, что такие клетки создают благодатную почву для развития рака.

За последние лет десять ученые осознали, что хроническое воспаление (обусловленное старческим секреторным фенотипом или другими причинами) играет решающую роль в возникновении многих заболеваний. Краткосрочное воспаление способствует заживлению поврежденных клеток, но если оно затягивается, то нарушается нормальное функционирование различных тканей нашего тела. Например, хроническое воспаление может повлиять на дееспособность клеток поджелудочной железы, из-за чего те перестают должным образом регулировать выработку инсулина. Тем самым создаются благоприятные условия для развития диабета. Хроническое воспаление может привести к разрыву бляшки на стенке артерии. Оно может заставить иммунную систему организма восстать против него же и обрушиться на его собственные ткани.

Рис. 5. Гнилое яблоко в бочке. Представьте себе бочку с яблоками. Состояние всех яблок в бочке зависит от состояния каждого из них. Одно-единственное гнилое яблоко выделяет газы, из-за которых начинают гнить все остальные яблоки. Одна старая клетка посылает сигналы окружающим ее клеткам, вызывая распространение воспалительной реакции и других вредных факторов, что можно назвать гниением клеток.

Рис. 6. Путь от коротких теломер к болезни. Сокращение теломер – один из коротких путей к развитию хронических заболеваний. Из-за коротких теломер клетки стареют и либо продолжают оставаться в организме, либо – если нам повезет – выводятся из него. Хотя клетки могут стареть по многим причинам, повреждение теломер – одна из основных. Если старые клетки накапливаются десятилетиями, то, достигая критической массы, они становятся основой пораженной ткани. Воспаление – причина как сокращения теломер, так и старения клеток, а старые клетки, в свою очередь, лишь усиливают воспалительный процесс.

Мы привели всего пару примеров, демонстрирующих разрушительную силу воспалительного процесса, но этот список можно продолжать еще долго. Хроническое воспаление играет печальную роль в развитии заболеваний сердца, головного мозга, десен, болезни Крона, целиакии, ревматоидного артрита, астмы, гепатита, рака и т. д. Вот почему ученые связывают процессы воспаления и старения. Первое действительно вызывает второе.

Если вы хотите замедлить старение и как можно дольше оставаться здоровыми, то следует сделать все возможное, чтобы предотвратить хроническое воспаление. Прежде всего надо позаботиться о своих теломерах. Поскольку клетки со слишком короткими теломерами непрерывно посылают сигналы, стимулирующие воспаление, нужно во что бы то ни стало поддерживать оптимальную длину теломер.

Короткие теломеры и болезни сердца

Каждая из наших артерий – от самой крупной до самых маленьких – выстлана изнутри слоем клеток под названием «эндотелий». Чтобы сердечно-сосудистая система оставалась здоровой, клетки эндотелия должны непрерывно обновляться, сохраняя его целостность и не позволяя иммунным клеткам проникать через стенки артерий.

У людей, в чьих лейкоцитах слишком короткие теломеры, возрастает риск сердечно-сосудистых заболеваний (как правило, наличие коротких теломер в клетках крови означает, что они слишком короткие и в других тканях, в том числе в эндотелии). Люди с распространенными генетическими вариациями, которые приводят к сокращению теломер, также в большей степени подвержены проблемам с сердцем и сосудами {14}. Если вы относитесь к той трети человечества, у представителей которой теломеры короче, чем у остальных, то вероятность развития у вас сердечно-сосудистых заболеваний увеличивается на целых 40 % {15}. Почему так происходит? Все механизмы нам доподлинно неизвестны, но одним из них является клеточное старение. Когда из-за коротких теломер клетки стареют раньше времени, эндотелий перестает обновляться и уже не может надежно защищать кровеносные сосуды. Они становятся более слабыми и уязвимыми для болезней. Исследуя ткань кровеносных сосудов с холестериновыми бляшками, можно обнаружить, что теломеры ее клеток действительно короткие.

Кроме того, короткие теломеры клеток крови могут вызывать воспаление, которое также создает благоприятные условия для развития сердечно-сосудистых заболеваний. Воспаленные клетки в стенках артерий начинают притягивать к себе молекулы холестерина, из-за чего образуются бляшки, а существующие бляшки становятся менее стабильными. При разрыве бляшки вокруг нее может образоваться тромб, который закупоривает артерию. Если подобное случается с коронарной артерией, то перекрывается доступ крови к сердцу – и развивается сердечный приступ.

Короткие теломеры и болезни легких

У людей с бронхиальной астмой, хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) и фиброзом легких (очень серьезное необратимое заболевание, при котором из-за разросшейся в легких соединительной ткани возникают проблемы с дыханием) теломеры иммунных клеток и клеток легких короче, чем у здоровых людей. Связь между фиброзом легких и сокращением теломер наиболее очевидна. Так, этим заболеванием страдают люди с редкой наследственной мутацией гена, отвечающего за состояние теломер. Есть и другие не менее убедительные доказательства этой зависимости; все вместе они явно указывают на то, что повреждение теломер вносит существенный вклад в развитие ХОБЛ, астмы, легочных инфекций и дисфункции легких. И это касается всех людей без исключения, а не только тех, у кого имеется упомянутая выше мутация. Если не поддерживать теломеры в нормальном состоянии, то кровеносные сосуды легких начинают стареть – утрачивают способность обеспечивать их всем необходимым. Старение иммунных клеток способствует развитию воспалительного процесса, в результате легкие истощаются еще сильнее и выполняют свои прямые обязанности все хуже и хуже.