Текст книги "Старение и антиэйджинг: медико-биологические подходы к увеличению продолжительности жизни и активному долголетию"

Гемопоэтическая стволовая клетка, или кроветворная стволовая клетка (КСК), – это клетка – родоначальница всей многомиллиардной системы клеток кроветворения (гемопоэза), всех клеток иммунной системы (иммунопоэза) и главный регуляторный, управляющий и саногенетический инструмент среди всех 220 типов тканеспецифических соматических и стволовых клеток в организме человека. ГСК впервые были описаны русским эмигрантом в США проф. А. А. Максимовым в 1908 г. как клетки – родоначальницы кроветворения. А. А. Максимовым было показано, что именно ГСК – это клетки, формирующие гемопоэз, т.е. клетки, лежащие в основе всего процесса кроветворения человека и животных. Но как мощное терапевтическое средство они не получили своего заслуженного признания в нач. ХХ в. Более полувека они были забыты, и только в сер. 1960-х гг. ГСК были успешно применены для лечения острых и хронических лейкозов, лимфолейкозов и миелолейкозов у взрослых и детей путем проведения трансплантации костного мозга (Менткевич, Маякова, 2010). Невероятные успехи в лечении рака крови и даже полное излечение больных от этого онкологического недуга обусловили широкое, но преимущественно одностороннее, в основном онкогематологическое применение ГСК в лечении заболеваний человека. Позже, к концу ХХ в., ГСК в большинстве современных исследований широко применялись для восстановительного лечения нарушенного гемопоэза у онкологических пациентов после высокодозной химиотерапии и лучевой терапии опухолей. ГСК использовались как фундаментальная основа трансплантаций костного мозга в лечении неопластических образований, но прямого противоопухолевого эффекта ГСК на раковые клетки ранее доказано не было (Брюховецкий А. С., 2011). По крайней мере в доступной нам литературе ничего подобного мы не нашли.

ГСК с маркерами клеточной поверхности CD34⁺, CD45⁺HLA-DR^—, CD38^—Gp130^— в организме человека являются самыми универсальными регуляторами гомеостаза, т.к. имеют самый большой период жизненного клеточного цикла (ок. 360 дней; Пальцев и др., 2003). В свете современных концепций системного подхода к управлению очевидно, что в любом биохимическом процессе в организме млекопитающих управляющей системой является самая медленная фаза (Неймарк, 1985). В этой связи ГСК CD34⁺, CD45⁺HLA-DR^—, CD38^—Gp130^— обладают доминирующими управляющими свойствами среди всех клеточных систем организма и их регуляторные функции являются системообразующими (Брюховецкий А. С., 2010) для всех нормальных клеток. Также ГСК в зависимости от органных потребностей тканей способны под влиянием сигналов микроокружения трансформироваться как в НСК, так т в МССК, что с позиций теории клеточного замещения является крайне важным для реставрации поврежденных тканей.

Функцию обновления и восстановления тканей in vivo выполняют преимущественно тканеспецифичные СК, которые представляют собой пул запасных недифференцированных стволовых клеток и клеток – предшественников различных типов тканей (Тепляшин, 2005). Выделены различные типы тканеспецифичных СК взрослого организма: гемопоэтические CD34⁺CD45⁺ (предшественники всех клеток крови) СК (ГСК) (патент РФ № RU 228319), нейрональные (CD133⁺СD133^—) СК (предшественники клеток нервной ткани, НСК) (патент РФ № RU 3394593), мезенхимальные (CD10⁺, CD13⁺, CD44⁺, CD90⁺ (Thy-1), CD105⁺, CD34^—, CD45^— и CD117^—) стромальные СК (МССК – клетки, способные дифференцироваться в клетки тканей мезенхимального происхождения) (патент РФ № RU 2252252), а также СК других зародышевых листков.

Необходимо отличать как взрослые ГСК CD34⁺CD45⁺HLA-DR^—CD38^—Gp130^— от гемопоэтических клеток-предшественников, имеющих несколько другие маркеры клеточной поверхности: CD34⁺, CD45^—HLA-DR⁺, CD38⁺Gp130⁺, так и взрослые МССК с маркерами клеточной поверхности CD10⁺, CD13⁺, CD44⁺, CD90⁺ (Thy-1), CD105⁺, CD34^—, CD45^— и CD117^— от мезенхимальных стромальных прогениторных клеток (МСПК) CD10⁺, CD13⁺, CD44^—, CD90⁺ (Thy-1), CD105⁺, CD34⁺, CD45⁺ и CD117⁺. Помимо отличия в маркерах клеточной поверхности, ГСК и МССК отличаются от ГКП и МСПК своими фундаментальными свойствами и функциями. Только взрослые СК способны при делении давать 2 СК или СК и прогениторные клетки-предшественники (ПКП), а ПКП способна поделиться только на 2 ПК, которые неспособны в обычных условиях производить СК. Функциональная плюрипотентность свойственна только СК, а у ПК она значительно ниже, чем у СК. Для ПК характерны мультипотентность и склонность к дифференцировке.

Самым первым и самым эффективным опытом терапии с использованием СК, позволившим полностью излечить пациентов от рака крови еще в 60-х гг. прошлого века, был опыт применения при ТКМ в случаях гемобластозов препарата ГСК и ГКП, т.е. клеток, являющихся предшественниками кроветворения. Путем трансплантации ГСК, полученных из костного мозга донора, удалось заместить все клетки кроветворения (гемопоэза) реципиента и полностью вылечить больного, страдающего острым миелолейкозом. Поэтому противоопухолевые свойства ГСК в онкогематологии являются золотым стандартом терапии ГСК и постоянным предметом изучения ученых уже более 70 лет. Более того, сегодня стало очевидно, что ГСК кроме формирования кроветворения имеют в организме важнейшую регуляторную и системообразующую функцию. В связи с этим считается, что применение биомедицинских клеточных продуктов (БМКП), изготовленных на основе ГСК, является наиболее перспективным направлением в современной медицине (Тупицын и др., 2014; Отчет DARPA за 2011). Уже более 100 тыс. пациентов по всему миру получили лицензированный американский клеточный продукт «Гемакорд», содержащий ГСК пуповинной крови.

Взрослые ГСК CD34⁺CD45⁺HLA-DR^—CD38^—Gp130^— обладают уникальной способностью направленного трансфера в зону повреждения тканей органа, мигрируя на градиент концентрации воспаления (патотропизм, или хоуминг СК) (Брюховецкий А. С., 2013). ГСК, попадая в головной и спинной мозг, являются мощным индуктором синапсогенеза в них или участвуют в формировании новых межклеточных контактов в тканях солидных органов (Брюховецкий А. С., 2010, 2013).

Известно, что при пересадке ГСК в различные органы (почки, мозг, печень и т.д.) не наблюдолась их прямой трансдифференцировки в специализированные клетки (кардиомиоциты, миоциты или клетки кожи) этих органов, а трансплантация клеток – предшественников гемопоэза в сердце не приводила к формированию нейронов или секреторных клеток кишечника. Дифференцировка in situ, как правило, контролировалась сигналами микроокружения. Хорошо известна потенциальная возможность трансдифференцировки ГСК в НСК in vitro под воздействием определенных пертурбогенов (ретиноевая кислота; Kuroda et al., 2010). Многолетние клинические наблюдения также подтвердили отсутствие аномалий дифференцировки СК в трансплантате. В то же время ГСК обладают функцией целенаправленной миграции к зонам повреждения (Брюховецкий А. С., 2003; Чехонин и др., 2005; Баклаушев и др., 2014) в головном мозге, как и НСК и МССК. В 2003 г. J. Praice в Англии запатентовал технологию (патент №2216336 от 20.11.2003) трансплантации ГСК для интрацеребрального введения при лечении поврежденного мозга, которая также рекомендована авторами для использования в терапии болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и болезни Крейцфельда – Якоба. Аналогичные свойства целенаправленной миграции к повреждению, хоуминга, патотропизма ГСК характерны и для других тканеспецифических СК и их предшественников, таких как МССК и НСК (Snyder et al., 1997).

В настоящее время доказано, что трансплантированные клетки лейкоконцентрата мобилизованных мононуклеаров формировали костно-мозговые кластеры ГСК и гемопоэтических прогениторных клеток (ГПК) в ткани поврежденного органа (Ono et al., 1999). В нашей работе было показано, что мультиклеточный кластер мобилизованных МНК, ГСК и ГКП человека после введения в организм (кровь, ликвор, ткань органа) крысы вел себя как системообразующий по отношению к входящим в него клеткам, и те очень организованно и скученно мигрировали преимущественно (78%) в пострадавший орган, а затем и в зону максимального повреждения этого органа и равномерно распределялись в этой зоне (Брюховецкий А. С., 2013). E. Snyder описал подобный эффект миграции НСК за 36 дней при введении их в нервную ткань мозга из правого (интактного) полушария в левое полушарие, где была смоделирована глиальная опухоль мозга мыши. В нашем исследовании повторение данного эксперимента было проведено на крысах с глиомой С6. Введение лейкоконцентрата мобилизованных мононуклеаров, содержащих ГСК и МССК человека, в правое полушарие мозга крысы с моделированной глиобластомой в левом полушарии приводило к миграции ГСК в опухоль в течение не более чем 14 дней. Этот феномен может быть ключевым не только в решении вопроса регенерации органов и тканей после повреждения, но и в разработке и создании клеточных препаратов на основе ГСК в нейроонкологии и при старении. Именно клеточный кластер трансплантированных кроветворных стволовых клеток имеет важнейшее значение для трансфера этих клеток к месту повреждения, а также целенаправленного распределения их в зоне повреждения патологического органа и адгезии СК к пострадавшим клеткам, оказания оптимального саногенетического, регуляторного и реставрационного воздействия СК и их предшественников на поврежденные клетки органа и ткани.

По-видимому, роль клеток микроокружения ГСК в восстановлении нарушенного гемопоэза является определяющей для уровня функциональной активности ГСК как в нише костного мозга, так и для ГСК, трансплантируемых в кровь или ткань, а также переливаемых в ликвор в составе кластера костно-мозговых клеток. В этой связи мы полагаем, что для того, чтобы получить требуемый функциональный (регуляторный, противоопухолевый, нейрореставрационный и т.д.) эффект ГСК в организме человека, целесообразно использовать их именно в составе лейкоконцентрата, содержащего весь спектр клеток микроокружения костно-мозговой ниши. Именно поэтому в клинике нервных болезней мы широко использовали именно этот подход введения ГСК с мононуклеарами их микроокружения в организм неврологического и нейроонкологического пациента при их интравентрикулярной или интратекальной трансфузии в ликвор. ГСК мы вводили обязательно в составе мононуклеарной фракции лейкоконцентрата мобилизованной периферической крови, т.к. эффекта от введения чистой культуры ГСК мы не отметили ни в эксперименте, ни в клинике (Брюховецкий А. С., 2010, 2011, 2013; Брюховецкий А. С. и др., 2014, 2016). Интересно, что изолированное введение клеток лейкоконцентрата мононуклеаров, освобожденных от ГСК (СD34⁺CD45⁺CD45^—), не обеспечивает требуемых нейрореставрационных эффектов в эксперименте у крыс (Брюховецкий А. С. и др., 2015), как и изолированное введение очищенных ГСК не дает нужных эффектов нейрорегенерации (Брюховецкий, Хотимченко, 2018). Поэтому старая английская пословица «Короля делает свита» как нельзя правильно характеризует взаимоотношения ГСК и клеток их нишевого микроокружения.

В результате протеомного картирования и профилирования белков ГСК человека в норме и при разных болезнях цивилизации нами были обнаружены глобальные протеомные нарушения белковой структуры ГСК при различных типах патологии и проявляющиеся в протеомных изменениях структуры ГСК и ее протеомного профиля маркеры белковой поверхности ГСК (Брюховецкий А. С., 2014; Bryukhovetskiy A.S., 2019). Причина этих изменений была выявлена экспериментально при изучении межклеточных взаимодействий ГСК с клетками различных опухолей и нейродегенеративными заболеваниями. Был установлен универсальный механизм процессов регуляции ГСК на уровне как клеточного цикла, так и аффекторных функций в патологических клетках. Оказалось, что ГСК посредством микровезикулярного транспорта осуществляет горизонтальный и вертикальный обмен белками с поврежденными клетками. ГСК выделяет экзосомы с регуляторными белками и микроРНК, которые, попадая в патологическую клетку, или реставрируют ее, или запускают в ней апоптоз (программную клеточную гибель). Однако в процессе межклеточной регуляции ГСК получают и патологические белки из поврежденных клеток (Брюховецкий А. С., 2014). Например, они накапливают опухолеспецифические белки (ОСБ) при взаимодействии с опухолевыми клетками (ОК) или тау-белки при взаимодействии с нервными клетками у больных с болезнью Паркинсона или болезнью Альцгеймера. Именно механизм межклеточного горизонтального и вертикального обмена белками и РНК между ГСК и ОК или нейродегенеративными клетками и есть ключ к запуску патологического системного процесса. В общем виде этот процесс выглядит следующим образом. В результате молекулярного механизма межклеточного протеомного обмена между патологическими клетками и ГСК накапливается критический объем патологических белков, который приводит к накоплению ДСМ. Если это ОСБ, то судьба ГСК может стать следующей: При количестве белков от 30 до 60% протеомной структуры ГСК формируются раковые СК (РСК), и в зависимости от специфики протеомной структуры ОСБ в ГСК пациента разовьется определенный вид гемобластоза (лимфолейкоз, миелоидный лейкоз, лимфома и т.д.). Скорость и количество накопленных в ГСК ОСБ задаюют время формирования процесса и определяют его как острый или хронический.

При количестве ОСБ менее 30% происходит иммунизация ГСК, и их потомки в виде всех иммунокомпетентных клеток (ИКК) врожденного (НК-клеток, НКТ-клеток, гамма-дельта Т-клеток) и приобретенного (дендритных клеток, цитотоксических лимфоцитов, макрофагов и т.д.) противоопухолевого иммунитета иммунной системы человека становятся толерантны к ОК, содержащим подобные ОСБ, что приводит к постоянному уклонению ОК от иммунного надзора и контроля ИКК крови и к беспрепятственному развитию опухоли.

В случае если ГСК накапливает до 30% патоспецифических белков от других патологичных высокодифференцированных клеток (бета-клеток поджелудочной железы, нейронов различной локализации или клеток соединительной ткани), формируются стойкие аутоиммунные внутритканевые процессы, в которых задействованы эти клетки. В случае накопления в ГСК большего количества патоспецифических белков эти клетки инициируют дегенеративный и атрофический процесс в этих специализированных клетках и манифестируют нейродегенеративными, эндокринными или системными заболеваниями соединительной ткани и т. д.

Если количество патологических белков менее 10—15% от общего количества картированных белков, то это свидетельствует в пользу обычного старения ГСК и наличия в них не только протеомных, но транскриптомных и эпигеномных нарушений.

В результате наших собственных исследований был установлен уникальный научный факт, что геномное и постгеномное повреждение ГСК – это и есть то информационное первичное «системообразующее начало», «ключ к запуску» и «основной двигатель» развития патологии при всех аутоиммунных, онкологических, эндокринологических и нейродегенеративных процессах в организме человека, а также фундаментальная причина включения, непрерывного динамического поддержания и летального завершения программы старости у человека и млекопитающих. Именно возникновение в соматических клетках и тканеспецифических стволовых клетках организма человека и млекопитающих под воздействием различных этиологических факторов (травма, ишемия, гипоксия, кровоизлияние, электромагнитное облучение, интоксикация и т.д.) различных патологических и патофизиологических процессов (оксидативного стресса, митохондриальной дисфункции, ослабленного поглощения глутамата, освобождения воспалительных медиаторов, возникновения в протеоме патологических белков и белковых агрегатов, возникновения мутаций, эксайтотоксичности глутамата и т.д.) и является причиной накопления в специализированных клетках-мишенях патоспецифических белков (теория накопления), которые блокируют их клеточный цикл (КЦ) на определенной стадии или осуществляют арест КЦ соматической клетки или СК.

Сила и активность этиологических и патогенетических факторов определяют разновекторность и разновеликость постгеномных нарушений в эпигенетике и метилировании ДНК в ядрах высокодифференцированных специализированных клеток, тканеспецифических стволовых клеток типа НСК, МССК и ГСК.

Таким образом, с позиций классической теории систем основным «системообразующим началом» и инструментом постоянного прогрессирования процессов старения и формирования большинства фатальных болезней цивилизации являются геномные и постгеномные (эпигенетические, транскриптомные, протеомные) молекулярно-биологические изменения в гемопоэтических стволовых клетках, приводящие к разновекторым ДСМ в ДНК. Геномные нарушения, приводящие к определенной болезни в ГСК, вторичны; первичны всегда эпигенетические и протеомные нарушения в предшественниках гемопоэза. Но системный подход не позволяет понять, почему происходит этот резкий биологический поворот в жизни живого существа от процессов созидания, строительства организма и его совершенствования к его разрушению и гибели.

Возможно, что решить проблему остановки развития организма при достижении генетически детерминированного фенотипа определенного вида млекопитающих и человека и запуска процессов старения может не системный, а исключительно информационный подход. С информационных позиций повреждение каждого из составных компонентов молекулярно-биологической структуры органов и тканей разрушает часть системных базовых механизмов саногенеза и самореставрации организма человека или млекопитающего и включает повреждение базовых механизмов системной биологии старения. Установленные учеными научные факты и отдельные данные о молекулярно-биологических процессах старения есть фактическое доказательство этих системных поломок организма. Весь этот арсенал мировых научных открытий в области старения – это, с одной стороны, мозаичные элементы единого системообразующего молекулярно-биологического механизма саморазрушения организма, а с другой стороны, медико-биологические «пазлы» очень сложной и многогранной картины информационного процесса, сопровождающегося функционально-морфологическим развалом органических анатомо-морфологических конструкций тканей и органов и потерей основных жизнеобеспечивающих функционалов многоуровневого организма. Поэтому мы не исключаем ни одного из описанных в этих теориях экспериментального факта или механизма развития процесса старения, а, наоборот, пытаемся найти их место в этой сложной, многоуровневой и многоцелевой картине из многочисленных биологических компонентов, оформленных учеными в виде различных научных теорий и разрозненных опытно-экспериментальных данных. Именно их правильные взаимодействие и взаиморасположение в этой на первый взгляд хаотичной картине тотального развала и деградации органов и тканей организма при старении позволяют увидеть закономерности этого феномена и их реальное место в этом очень строгом и генетически запрограммированном процессе эволюции и инволюции организма. Это во многом сможет объяснить все многообразие и мультисистемность биологических процессов, происходящих в организме человека и млекопитающих в процессе старения. Также этот подход позволит понять причины, приводящие к смерти высокоорганизованного и совершенного биофизического и молекулярно-биологического механизма под названием организм человека, имеющего многоуровневые системы дублирования функций и биологической защиты.

Несмотря на их биологическую важность, роль стволовых клеток в старении человека еще предстоит выяснить. Santos G.A., Magdaleno G.D., de Magalhães J.P. (2023) в своей исследовательской работе применили методологию машинного обучения к данным транскриптома GTEx и присвоили оценки стволовости 17 382 здоровым образцам из 30 тканей людей в возрасте от 20 до 79 лет. Они обнаружили, что ~ 60% исследованных тканей демонстрируют значительную отрицательную корреляцию между возрастом субъекта и показателем стволовости. Единственным существенным исключением из этого паттерна была матка, у которой исследователи наблюдали увеличение СК с возрастом. Вместе с тем, Santos G.A., Magdaleno G.D., de Magalhães J.P. наблюдали глобальную тенденцию положительной корреляции между пролиферацией клеток и стволовостью. При индивидуальном анализе тканей было обнаружено, что ~ 50% тканей человека демонстрируют положительную корреляцию между стволовостью и пролиферацией, а 20% – отрицательную корреляцию. Более того, анализы показывают отрицательную корреляцию между стволовостью и клеточным старением со значительными результатами примерно в 80% проанализированных тканей. Наконец, была выявлена тенденция к тому, что гемопоэтические стволовые клетки, полученные от старых пациентов, могут иметь большую стволовость. Santos G.A., Magdaleno G.D., de Magalhães J.P. присвоили баллы стволовости образцам и показали доказательства потери стволовости всеми тканями во время старения человека, что придает вес идее о том, что разрушение стволовых клеток способствует старению.

Особую роль в тканевых информационных взаимодействиях и взаимоотношениях занимают тканеспецифические стволовые клетки и клетки-предшественники, которые мобилизуются в экстремальных ситуациях для организма человека и животных, могут покидать свои тканевые ниши и становиться свободными на определенный период для выполнения регуляторных и управляющих функций, а также становиться свободно циркулирующими клеточными системами. Еще раз подчеркнем уникальный феномен ГСК! Они способны передвигаться в любом направлении внутри ткани, мигрировать в зоны повышения градиента воспаления в них и выполнять базовые регуляторные функции саногенеза и реставрации. Это самые «медленные» в своей ткани клетки, т.е. клетки с самым медленным клеточным циклом в ткани или органе человека, и их клеточный цикл является управляющим инструментом и камертоном для настраивания функций для всех клеток своей ткани и других тканей организма. Все другие клетки организма находятся в управляемых ими подсистемах.

Таким образом, в информационном плане в «системообразующем начале» старения определяющее место занимают специализированные тканеспецифические СК крови, которые исполняют функции трансфера целевой информации. Как работают эти тканеспецифические СК крови? В научной литературе описаны многочисленные механизмы патотропизма и целенаправленной миграции тканеспецифических СК в зоны повреждения тканей и органов. Тканеспецифические СК (нейральные, печеночные, мезенхимальные стромальные, гемопоэтические и т.д.) мигрируют в зоны повреждения (ишемии, гипоксии, воспаления, кровоизлияния и т.д.) и самостоятельно идут на градиент концентрации воспаления в поврежденной ткани (патотропизм, или хоуминг СК), формируемый в поврежденной ткани различными этиопатогенетическими факторами окружающей среды или нарушениями гомеостаза. Затем СК прилипают к патологическим клеткам (механизм клеточной адгезии), оказывают регуляторное или управляющее воздействие на поврежденные клетки по механизму «рядом стоящего» (by stаnder effect) и запускают процессы программной клеточной гибели (апоптоза) или, наоборот, активируют процесс санации и восстановления поврежденной клетки (регенерации; Брюховецкий А. С., 2019). В исключительных случаях СК может сама занять место поврежденной клетки и дифференцироваться в нужную клетку. Пластичность СК столь высока, что при отсутствии определенного типа тканеспецифических клеток в организме человека мультипотентные тканеспецифические СК одного типа (напр., нейральные) могут трансдифференцироваться в нужный тип мультипотентных СК (напр., в ГСК). Это было показано в эксперименте несколькими группами ученых, когда НСК женской особи трансдифференцировались в костном мозге доноров мужского пола в ГСК. После трансплантации НСК женских особей крыс в кровь животных мужского пола, осуществленной после проведенных высокодозной миелоаблативной химиотерапии и тотального облучения костного мозга, в ряде случаев становились ГСК. Особенностью этих тканеспецифических СК является то, что после стабилизации и нормализации состояния они снова уходят в свои тканевые ниши и снова выполняют функции регуляции постоянства количественного состава клеток. Например, гемопоэтические СК занимаются контролем кроветворения и регуляцией количества клеток крови в организме или выполняют надзорные функции за клетками нервной ткани ГСК, так же как и нейральные СК способны следить за отсутствием опухолевых клеток и балансом количества нейронов и глиальных клеток в нервной ткани (Брюховецкий И. С., 2018). Итак, на наш взгляд, собственные ГСК – это самый первый информационный эшелон старения в организме человека и животных. ГСК покоятся в костном мозге, выходят из состояния покоя и генерируют клонально ограниченных предшественников, когда получают внешние сигналы, играя важную роль в восстановлении гемопоэза и в качестве клеток-мишеней для генной терапии при гематологических злокачественных новообразованиях (Khan et al., 2020). ГСК и клетки-предшественники поддерживают высокую продукцию новых клеток, но уязвимы к истощению, что в конечном итоге приводит к частой анемии и снижению системных иммунных реакций. В частности, накопление повреждений ДНК и выработка активных форм кислорода (АФК) приводит к снижению регенеративной способности и миелоидной дифференцировке в старых ГСК, что иногда сопровождается несбалансированным иммунным ответом (Kuribayashi et al., 2021). Примечательно, что полярность цитоскелета, эпигенетические сдвиги и клональная селекция ГСК также представляют новое понимание механизмов их старения (Akunuru, Geiger, 2016).

Аутофагия – процесс, который подавляет митохондриальный метаболизм для сохранения ГСК, – также снижается во время гемопоэтического старения. Механически активация аутофагии активирует нижестоящую экспрессию SIRT3 – ключевого митохондриального белка, способного омолаживать кровь, – и таким образом ось «аутофагия – SIRT3» замедляет процесс старения (Fang et al., 2020). Имеющиеся данные также показывают, что слабая аутофагия в ГСК вызывает накопление митохондрий и активацию метаболического состояния, приводящую к ускоренной миелоидной дифференцировке и нарушению активности самообновления и регенеративного потенциала ГСК (Ho et al., 2017).

Предыдущие исследования определили продукцию АФК и низкую функцию митохондрий как механизмы, лежащие в основе старения ГСК (de Haan, Lazare, 2018). Метаболизм митохондрий жизненно важен для экспансии HSC плода, а потенциал митохондриальной мембраны (MMP) различается в HSC старых и молодых мышей. Сообщалось, что MMP можно фармакологически манипулировать in vivo для улучшения функции HSC (Mansell et al., 2021). Примечательно, что старые ГСК обычно демонстрируют усиленное митохондриальное окислительное фосфорилирование (OXPHOS) и повышенную продукцию АФК, что ухудшает функцию ГСК (Nakamura-Ishizu et al., 2020). В ГСК с дефицитом FIP200 (семейство киназ фокальной адгезии, взаимодействующих с молекулярной массой 200 кДа) скорость пролиферации, митохондриальная масса и продукция АФК повышены (Liu et al., 2010). Инактивация Drp1 (белок 1, родственный Dynamin), который опосредует деление митохондрий, вызывает потерю регенеративного потенциала HSC при сохранении покоя HSC (Hinge et al., 2020).

В соответствии с особенностью миелоидной дифференцировки возрастные профили в старых ГСК также показали, что гены, связанные с миелоидной дифференцировкой, активировались, в то время как гены лимфопоэза подавлялись (Rossi et al., 2005). Действительно, ГСК подвергаются возрастному эпигенетическому перепрограммированию, состоящему из перераспределения метилирования ДНК и снижения H3K27ac, H3K4me1 и H3K4me3 (Adelman et al., 2019). Сообщалось, что эпигеномные изменения метилирования ДНК тесно связаны с функциональным снижением ГСК во время старения (Beerman et al., 2013). Эти эпигенетические сдвиги затрагивают главным образом пути развития, формируя предрасполагающие условия для развития заболеваний, связанных со старением.

Кроме того, клональная селекция ГСК также лежит в основе механизмов старения (Akunuru, Geiger, 2016), в сочетании с заметными изменениями в нишах ГСК (Kuribayashi et al., 2021; Pinho, Frenette, 2019). Недавнее исследование показало, что гиперактивация HSC у мышей и людей с атеросклерозом потенциально способствует клональному гемопоэзу (Heyde et al., 2021). Дефицит инсулинового фактора роста-1 (IGF1) в микроокружении костного мозга инициирует клональную селекцию HSCs – фенотип, который был спасен прямой стимуляцией IGF1 (Young et al., 2021). Старые эндотелиальные клетки нарушают репопуляционную активность молодых ГСК в нише костного мозга (Poulos et al., 2017), подтверждая идею о том, что старение HSC вызывается как внутренними компонентами клетки, так и компонентами микроокружения. Зондирование микросреды выявило активацию экспрессии генов, индуцированную передачей сигналов IL-6 и TGF-β, в постаревшей строме костного мозга, прокладывающую путь к восстановлению функциональности старого костного мозга за счет ингибирования TGF-β рецептора и IL-6 (Valletta et al., 2020). Тем не менее состарившиеся ГСК были устойчивы к системным омолаживающим вмешательствам, передающимся через кровь, таким как трансплантация, парабиоз и перенос плазмы (Ho et al., 2021). В совокупности более глубокое выяснение механизмов старения ГСК может помочь нам определить новые мишени для задержки начала заболеваний, связанных со старением.

Молекулярно-биологическая трансформация ГСК приводит к геномным, эпигеномным, транскриптомным и протеомным изменениям значительной части этих клеток, и это ведет к формированию определенных патологических клонов ГСК, которые имеют тенденцию к увеличению и расширению. Формирование доминирующего клона (клонов) ГСК на молекулярном уровне определяется накоплением в их цитоплазме патоспецифических белков из поврежденных клеток. В результате клеточный цикл этих клеток еще более замедляется и эти ГСК становятся доминирующими в системном процессе регуляции и управления в гемопоэзе; они доминируют среди других 50—200 тыс. ГСК. Также патоспецифические клоны ГСК становятся победителями в «соревновании на выживание» с другими здоровыми ГСК организма и получают преимущества в размножении и репродукции. Итогом этого процесса становится формирование моно– или олигоклонального гемопоэза, который и является центральным пусковым стимулом системного вовлечения в процесс старения органов и систем организма и главным «двигателем» поддержания этого патогенетического процесса.