Текст книги "Бессмертные. Почему гидры и медузы живут вечно, и как людям перенять их секрет"

Вероятно, нет ничего удивительного в том, что, осажденный признаками старения, которые мы встречали до сих пор, человек с возрастом начинает терять клетки. А те, что выживают, становятся изношенными и менее способными выполнять свою работу должным образом. Общее название для этих процессов – клеточное истощение, и оно влияет на многие популяции клеток в тканях и органах по всему телу.

Стволовые клетки – это тип клеток, истощение которых обсуждается чаще всего, потому что их работа заключается в том, чтобы пополнять запасы организма, когда другие клетки изнашиваются. Поэтому, если они сами истощаются, это плохая новость. Стволовые клетки имеют особое значение в тех местах, где высок клеточный оборот. Например, гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) находятся в костном мозге и неустанно работают над обновлением различных клеток, составляющих кровь. Вместе они отвечают за производство 200 миллиардов красных кровяных телец (эритроцитов), несущих кислород, и еще миллиарда иммунных клеток и тромбоцитов которые используются для свертывания крови, каждый день.

С возрастом ГСК становятся менее эффективными в пополнении рядов клеток крови. Это связано с несколькими факторами, которые мы уже обсуждали, включая повреждение ДНК и мутации, эпигенетические изменения, проблемы с аутофагией и изменения в сигналах от клеток. Ирония заключается в том, что все эти изменения фактически увеличивают количество ГСК в целом, отчасти потому, что эти факторы слегка смещают их в сторону деления, в результате чего появляются две стволовые клетки, таким образом увеличивая собственную популяцию, вместо стволовой клетки и предшественника клеток крови.

Помимо того, что стволовые клетки производят слишком много себе подобных и недостаточно клеток того типа, который должны пополнять, с возрастом они также могут начать производить разные типы клеток в неправильном соотношении. Один из примеров – мезенхимальные стволовые клетки (МСК). Это группа стволовых клеток, потомство которых включает в себя формирующие кость клетки (остеобласты), соединяющие между собой ткани клетки хрящей, мышечные клетки и разновидность жировых клеток, обнаруженных в костном мозге. С возрастом МСК теряют вкус к формированию остеобластов, в то же время желая превращаться в жировые клетки. Это означает, что в костном мозге становится меньше силовой матрицы из белков и минералов, которые накапливают в себе остеобласты, и больше жира. Более толстые кости становятся слабее, и этот процесс способствует остеопорозу – возрастному ослаблению костей, которое особенно остро проявляется у женщин после менопаузы. Это ослабляет скелет, что часто является проблемой без явных признаков, пока вы не окажетесь в больнице с серьезным переломом. Ослабление костей также может привести ко многим крошечным переломам, которые остаются незамеченными. Повторяющиеся компрессионные переломы, раздавливающие кости позвоночника, являются одной из причин, по которой с возрастом мы становимся ниже. Именно поэтому серьезные проблемы – от миллионов сломанных бедер до бесчисленных потерянных сантиметров роста – могут быть частично объяснены изменением предпочтений определенного вида стволовых клеток.

Снижение эффективности стволовых клеток оказывает сильное воздействие на весь организм. Еще одна проблема, которую мы можем списать на это, – ухудшение обоняния и потеря чувства вкуса по мере того, как мы становимся старше. Запахи улавливаются специальной группой клеток мозга, называемых обонятельными нейронами, которые частично выступают в носовую полости.

С возрастомлюди начинают терять обоняние и чувство вкуса – это неизбежные признаки старения.

Крошечные волоскоподобные структуры, покрытые рецепторами, пробуют молекулы, дрейфующие в носу, и посылают сигналы в мозг с новостями о том, что они обнаружили. Поскольку для того, чтобы функционировать, нужно находиться в контакте с внешним миром, они живут в необычно травмирующей для нейрона среде, осаждаемые токсинами и микробами извне, а не надежно защищенные внутри черепа. Следовательно, эти клетки умирают относительно часто и полагаются на стволовые клетки, которые должны заменить их. Стволовые клетки обонятельных нейронов начинают ослабевать по мере того, как мы становимся старше. Все большее их количество бездействует, и в отличие от ГСК они, похоже, развивают преимущество для деления на дочерние клетки, не являющиеся стволовыми, а это означает, что пул замен сокращается. Таким образом, по мере того как запахи исчезают, а вкус пищи становится уже не таким, как раньше, происходит истощение стволовых клеток.

Хотя стволовые клетки – это группа, истощение которой рассматривается чаще всего, старение также очевидно в тканях, которые медленно заменяют свои клетки. Такие ткани, как кровь, кожа и кишечник, известны как обновляемые ткани (renewal tissues), потому что они постоянно заменяются. Если стволовые клетки кишечника делятся раз в неделю, то стволовые клетки печени – раз в год. Некоторые ткани, такие как сердечная мышца и многие части мозга, могут вообще не обновляться. Вот почему, когда клетки сердца умирают после сердечного приступа или клетки мозга теряются после инсульта, повреждение часто бывает необратимым.

Именно с помощью этого тонко настроенного механизма потеря клеток в старости повреждает еще одно чувство – слух. Мы слышим, когда звук направляется по слуховому проходу к внутреннему уху, где крошечные волосковые клетки улавливают вибрации и посылают сигналы в мозг о том, что это за звук. К сожалению, громкие звуки, токсины и просто старение могут повредить эти волосковые клетки, и мы не можем их заменить. Пожилые люди особенно сильно теряют способность слышать высокие ноты, а общая потеря чувствительности на всех частотах снижает способность четко различать звуки и понимать речь.

Это пагубно сказывается на жизни пожилых людей. Неспособность слышать вызывает широкий спектр проблем: от социальной изоляции (представьте, что вы не можете слышать, что говорят все за обеденным столом) до крайней опасности (вообразите, что вы переходите дорогу, не слыша движения). За это ответственна потеря клеток без замены. Она также оказывает косвенное воздействие, поскольку потеря сенсорной стимуляции подвергает людей с потерей слуха большему риску развития деменции. Современные методы лечения также являются хрестоматийными примерами попыток замазать проблему, а не лечить первопричину. Слуховые аппараты просто делают звуки громче, позволяя атрофированным ушам их различать. К сожалению, неизбирательное усиление громкости не обладает тонкостью нашей тщательно развитой слуховой системы. А это означает, что при их использовании часто бывает трудно сосредоточиться на отдельном голосе в шумной среде.

Таким образом, потеря определенного количества или эффективности стволовых и других типов клеток во всем теле ответственна за некоторые медленные процессы старения и специфические заболевания. Она, вероятно, будет вызвана многими признаками, которые мы уже обсуждали, но это достаточно серьезная проблема, чтобы выделять ее как отдельную отличительную черту.

Как мы только что видели, конечным результатом всего, начиная от мутаций и заканчивая проблемами в системе сигналов, является то, что клетки начинают умирать или работать со сбоями.

Последняя стадия дегенерации – это проблемы с органами и системами, возникающие из-за этих неисправных составных частей. От мозга до крови, костей и кишечника каждый аспект физиологии с возрастом меняется к худшему. Многие из них образуют порочные круги, как мы уже видели на примере с хроническим воспалением. Изменяющиеся условия в организме заставляют органы работать по-другому, часто пытаясь компенсировать это, что отдаляет наши тела от относительной стабильности, которой они наслаждались в молодости. Дисфункция и пагубные попытки адаптации имеют особенно плачевные последствия для иммунной системы.

Наиболее очевидным следствием снижения эффективности иммунной системы в пожилом возрасте становится то, что она хуже защищает от инфекционных заболеваний. Эта потеря оборонного потенциала очевидна из статистики: учитывая миллиард с небольшим людей, живущих в странах с высоким уровнем дохода, где широко доступны вакцины и антибиотики, инфекционные заболевания по-прежнему являются причиной значительных 6 процентов смертей. Огромный успех в области гигиены и современной медицины не полностью избавил нас от бремени инфекционных заболеваний, но облегчил его.

Благодаря снижению смертности в детском и молодом возрасте многие из нас теперь живут достаточно долго, чтобы испытать на себе снижение иммунитета в результате старения. И более 90 процентов смертей от инфекционных заболеваний приходится на людей старше 60 лет. Значительный дополнительный риск для пожилых людей со стороны инфекционных заболеваний был выявлен пандемией коронавируса. Число госпитализаций и смертей среди пожилых людей значительно выше. Хотя смерть от гриппа или COVID-19 сама по себе не является старением, массово повышающийся с возрастом риск означает, что старение несет окончательную ответственность за большинство этих смертей.

Хуже всего то, что ключевой инструмент современной медицины – вакцинация – менее эффективен для пожилых людей, потому что вакцины полагаются на силу иммунной системы, а она с возрастом слабеет. По сути, давая иммунным клеткам скрытое представление о потенциальной болезни, вакцины позволяют им узнать, на что обращать внимание. К сожалению, по мере старения иммунной системы реакция на вакцины также ослабевает.

Это не значит, что не стоит делать ежегодную прививку от гриппа, если вы становитесь старше – совсем наоборот. Поскольку риск серьезных осложнений или смерти от гриппа намного выше, чем в молодости, общий защитный эффект вакцины выше, несмотря на снижение иммунного ответа. Если вы молоды, то, вероятно, стоит сделать ее в любом случае, потому что грипп действительно довольно неприятная болезнь. А также это поможет защитить ваших старших друзей и родственников.

Некоторые из причин такого снижения иммунитета – это другие признаки старения, с которыми мы уже встречались. Одним из ключевых процессов является потеря клеток в небольшом органе под названием тимус, или вилочковая железа, которая находится сразу за грудиной и перед сердцем. Тимус – это тренировочная площадка для Т-клеток (собственно, их тимусное происхождение и дало им такое название), одного из двух ключевых типов иммунных клеток, которые формируют «адаптивную», или приобретенную, часть иммунной системы, способную приспосабливаться к новым угрозам[42]42
  Другим основным компонентом адаптивной иммунной системы являются В-лимфоциты, созревающие в костном мозге. Существует также врожденная иммунная система, включающая ряд универсальных клеток, которые могут бороться со многими различными типами захватчиков. Эта система включает макрофаги, о которых мы вскоре узнаем больше. Здесь нет места, чтобы отдать должное калейдоскопическому разнообразию иммунной системы, поэтому Т-клетки и макрофаги будут служить основными примерами в этой книге. – Примеч. авт.


[Закрыть]. Адаптивная иммунная система также может учиться: как только она отбивается от определенной угрозы, победоносные Т-клетки могут трансформироваться в Т-клетки памяти, готовые снова ринуться в бой, если те же самые микробы вернутся. Учитывая, насколько полезны Т-клетки, вы можете удивиться, узнав, что ваша академия Т-клеток уже почти исчезла, если только вы не читаете эту книгу в довольно раннем возрасте. Тимус достигает пика производительности в возрасте одного года, и с этого момента его активность идет на спад, сокращаясь вдвое каждые 15 лет. Она наполовину исчезает к подростковому возрасту, на 75 процентов – к 30 годам, и от нее почти ничего не остается после 60 лет. Этот акт исчезновения известен как «возрастная инволюция тимуса», при этом ранее функциональная ткань вилочковой железы превращается в жир.

Хотя это может показаться нелепым, на самом деле этот процесс кажется преднамеренным. Эволюционное обоснование разрушения собственной защиты состоит в том, что производство новых Т-клеток обходится дорого. И, как мы знаем, часто лучше направить энергию на размножение, чем обеспечивать собственное выживание в старости. Если бы вы были человеком, живущим в доисторические времена, возможно, в небольшой группе, не способной передвигаться дальше, чем могло бы пройти ваше племя, вполне вероятно, что к 20 годам вы столкнулись бы с большинством микробов, с которыми вам когда-либо придется бороться. Благодаря этому вы можете сэкономить много энергии, производя меньше новых рекрутов с течением времени и больше полагаясь на Т-клетки памяти, чтобы обеспечить свою безопасность. Это классический случай антагонистической плейотропии и теории одноразовой сомы, когда высвобождение ресурсов для размножения в раннем взрослом возрасте в итоге оборачивается проблемами в конце жизни – особенно сегодня, когда мы живем на десятилетия дольше в мире с большим количеством социальных связей и постоянным воздействием новых инфекций.

Свозрастом иммунитет к новым заболеваниям падает. Этот процесс обусловлен тем, что в далеком прошлом уже к 20 годам человек встречался со всеми возможными видами вирусов.

Т-клетки памяти могут сохраняться десятилетиями, и, если их старый враг вернется, они будут самыми высокопролиферирующими[43]43
  Активно размножающимися. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть] клетками в организме. Горстка клеток памяти может делиться, чтобы сформировать многомиллионную армию клонов. Это ставит сами клетки в невероятно напряженное положение. Повреждение ДНК и укороченные теломеры из-за многократного деления могут привести к повреждению клеток и старению иммунных клеток, что ослабляет защиту организма.

Иммунная система также страдает от собственных специфических форм старения. Самое странное, что она может стареть от тех самых инфекций, с которыми борется. Постоянные ошибки могут привести к иммунной одержимости, которая подрывает ее способность противостоять новым угрозам. Главный из них – цитомегаловирус (ЦМВ), родственник генитального герпеса и ветряной оспы. Большинство людей заражаются ЦМВ в какой-то момент жизни, и те, кто инфицирован, никогда полностью не избавляются от вируса. С возрастом Т-клетки, специализирующиеся на борьбе с ЦМВ, могут занимать до трети иммунной памяти, оставляя меньше места в хранилище, которое можно использовать, чтобы научиться справляться с новыми инфекциями.

И хотя иммунная система больше всего известна тем, что распознает внешние угрозы, она также играет решающую роль в том, чтобы держать под контролем угрозы внутренние. Мы уже видели, как иммунная система ищет и уничтожает стареющие клетки и что ее дисфункция в пожилом возрасте может быть как причиной их роста, так и усугубляться их вкладом в хроническое воспаление. Иммунные клетки также ищут рак – пытаются поймать клетки, которые собирают набор генетических изменений, необходимых для формирования опухоли, но тем не менее избежали старения или апоптоза. Более высокая распространенность рака в пожилом возрасте частично объясняется ослаблением иммунной системы. Поскольку ее функция с возрастом снижается, зарождающиеся опухоли получают больше времени для бесконтрольного роста.

Другая возрастная проблема, происхождение которой можно проследить до иммунной системы, – это сердечно-сосудистое заболевание, которое вы, возможно, не ожидаете тут увидеть. Мы так много слышим о холестерине и сердечных заболеваниях, что вы можете представить себе, что артерии заблокированы жирными отложениями самого холестерина, но на самом деле все гораздо сложнее. «Бляшки», ответственные за сердечные приступы и многое другое, – это не просто полоски сала, а кладбища иммунных клеток, которые умерли после насыщения холестерином. Этот процесс известен как атеросклероз.

Холестерин, как правило, пользуется дурной славой, потому что его избыток в крови может создать угрозу развития сердечно-сосудистых заболеваний. Несмотря на это, на самом деле это важная молекула в организме, используемая, среди прочего, для построения клеточных мембран – мешков, которые удерживает содержимое клетки. Проблема в том, что холестерин часто застревает в артериальной стенке и запускает цепочку событий, способных вас убить.

Начало бляшке обычно дает небольшая безобидная травма. Поднимается тревога[44]44
  В виде воспаления. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть], и иммунные клетки с кровью спешат на помощь, поглощая все, что вызывает проблему, чтобы освободить место для ремонта. Часто поглощается именно холестерин. Во-первых, макрофаги (буквально «большие пожиратели», тип непривередливых иммунных клеток, поедающих «плохую пищу[45]45
  Чужеродные для организма вещества. – Примеч. науч. ред.


[Закрыть]») довольно эффективны в очистке от холестерина. К сожалению, однако, вскоре они перегружаются холестерином и перестают с ним справляться. Хуже того, холестерин может вступать в реакцию с кислородом и сахарами, точно так же, как окисленные и гликированные белки, которые мы рассматривали, и макрофаги не могут справиться с этими модифицированными версиями. Это означает, что они начинают накапливать, а не перерабатывать холестерин, и собирают его в жировые шарики, называемые липидными каплями.

Это первая стадия атеросклероза. Набухшие, дисфункциональные макрофаги под микроскопом похожи на пену, что дает им название «пенные клетки». В конце концов пенная партия может подавить нормальные макрофаги, что приводит к тому, что они совершают клеточное самоубийство. Угадайте, кто приходит, чтобы разобраться с ситуацией? Скапливается еще больше макрофагов.

Конечно, поскольку обломки и мертвые клетки содержат тот же поврежденный холестерин, который прикончил предыдущих макрофагов, у нового отряда по очистке просто нет шансов. В результате он тоже погибает, создавая порочный круг. По мере того как все больше макрофагов появляются и умирают, оставляя все больший пул поврежденного холестерина и мертвых клеток, то, что было микроскопическим повреждением внутри артерии, становится видимым как «жировые прожилки».

Первые жировые прожилки появляются в артериях в детстве или подростковом возрасте, но обычно проходят десятилетия, прежде чем они становятся серьезной угрозой. Много лет спустя полноценная атеросклеротическая бляшка представляет собой невероятно сложную структуру. В ее основе лежит огромная масса мертвых макрофагов и холестерина, удерживаемых на месте другими типами клеток, которые буквально пытаются захватить контроль над всем.

Эта огромная масса создает выпуклость в артериальной стенке, которая может сузить внутреннюю часть сосуда, затрудняя кровоток. Это плохо само по себе, но обычно не вызывает проблем, пока почти весь кровеносный сосуд не закупорится. Если подобное произойдет, и это особенно важный сосуд, то могут возникнуть серьезные проблемы. Закупорка одной из артерий, снабжающих сердце, например, может значительно уменьшить поступление кислорода и привести к болям в груди и одышке. Атеросклеротические бляшки, сужающие артерии, которые снабжают пенис кровью, могут вызвать эректильную дисфункцию, нарушая прилив крови, необходимый для достижения и поддержания эрекции.

Наихудший сценарий – разрыв бляшки: это приводит к тому, что ее полутвердое содержимое попадает в кровоток, где может быстро перемещаться по организму, полностью закупоривая мелкие сосуды. Если это произойдет в артерии, питающей сердце, это вызовет сердечный приступ, или инфаркт – полное прекращение питания кислородом части сердечной мышцы. Инфаркт часто сопровождается болью в груди, одышкой и (оправданным) чувством непреодолимого страха. Как, вероятно, очевидно, пострадавшего следует немедленно доставить в больницу. Если закупорка будет устранена достаточно быстро, часть пораженного участка сердечной мышцы может быть спасена. Повреждение почти наверняка ослабит сердце, и, учитывая чрезвычайно медленный оборот клеток в сердечной мышце, о котором мы упоминали, оно вряд ли когда-нибудь полностью пройдет.

Еще одно особенно неудачное место для бляшки – мозг. Закупоренный сосуд здесь вызывает ишемический инсульт – инсульт, возникающий в результате прекращения питания кислородом части мозговой ткани. Если заблокированный сосуд большой, это может вызвать немедленные последствия, такие как слабость мышц лица или рук, потеря способности говорить, нарушение зрения или головокружение. Любой человек с этими симптомами должен как можно быстрее попасть в больницу. Если это меньший по диаметру сосуд, то последствия могут быть недостаточно значительными, чтобы их заметить. Но в течение нескольких лет или десятилетия могут накапливаться десятки мини-инсультов, снижающих мозговую активность и ухудшающих память в целом. Это состояние известно как сосудистая деменция. Инсульт – это серийный убийца, ответственный примерно за 10 % смертей в мире. Даже не убив, инсульт может сделать человека инвалидом, с трудом двигающимся, говорящим и понимающим или частично слепым. Сосудистая деменция также является серьезным и широко распространенным заболеванием. Менее печально известная двоюродная сестра болезни Альцгеймера является второй по распространенности формой деменции, составляющей примерно 20 % случаев подобных заболеваний.

Неспособность иммунной системы справиться с поврежденным холестерином, когда он очищает стенки кровеносных сосудов, вызывает множество проблем. В зависимости от того, где вы живете, сердечные приступы и инсульты, вызванные атеросклеротическими бляшками, стоят примерно за одной из пяти смертей. Невероятно, что эта единственная, смутно видимая драма в артериях конкурирует с раком за звание самого смертоносного процесса в человеческой биологии.