<< Пред. стр. 29 (из 41) След. >>
Список литературы по разделу
точки зрения сторонников этой гипотезы, ограничение калорийности
приводит к просто отсрочке полового созревания и включения
программы саморазрушения организма. Однако впоследствии выяснилось, что значительного увеличения продолжительности жизни
можно добиться и в том случае, если ограничение калорийности
проводится уже после полового созревания [Holehan, Merry, 1986;
Masoro, 1988].
Другое традиционное объяснение состояло в том, что ограничение калорийности приводит к продлению жизни благодаря
снижению интенсивности метаболизма, т.е. благодаря общему
снижению скорости обменных процессов (подобно тому как это
предполагалось для механизма продления жизни при гипотермии).
Действительно, при ограничении калорийности питания интенсивность метаболизма может сначала несколько понизиться. Однако
дальнейшие более тщательные и длительные исследования показали.
что пониженная интенсивность метаболизма наблюдается лишь на
начальном этапе адаптации организма к новой низкокалорийной
диете. После того как общий вес тела и вес клеточной массы
организма снижаются до нового стационарного уровня, интенсивность потребления кислорода на единицу дышащей клеточной
массы оказывается такой же, как и у контрольной группы организмов.
Если же рассчитывать интенсивность метаболизма не на единицу
клеточной массы, а на единицу общего веса тела. то интенсивность
метаболизма у ограниченных по калоражу животных оказывается
даже существенно выше [McCarter et al., 1985].
Другая распространенная точка зрения состоит в том, что
продление жизни при ограничении калорийности диеты обусловлено
возвратом организма к естественному режиму питания, когда
181
животное редко наедалось вдоволь (ad libitum) и поэтому не страдало
от переедания, характерного теперь для лабораторных животных и
человека. Иначе говоря, правильнее говорить не о продлении жизни
при ограничении калорийности диеты, а о сокращении ее при
переедании у контрольной группы животных[Сииег, 1981]. Эта оригинальная точка зрения безусловно заслуживает внимания, однако
она не снимает вопроса о механизмах, обеспечивающих сильную
обратную связь продолжительности жизни с калорийностью диеты.
Известны попытки оспорить данную точку зрения на том основании,
что у контрольных лабораторных животных степень их ожирения не
проявляет отрицательной связи с их продолжительностью жизни, а у
опытных животных с низкой калорийностью диеты эта связь оказывается даже положительной [Masoro, 1988]. Следует также отметить, что так называемый естественный режим питания отнюдь не
идеален с точки зрения сбалансированности по витаминам.
микроэлементам и другим незаменимым компонентам диеты, которые
строго контролируются при искусственном ограничении калорийности питания. С другой стороны, вред переедания подтверждается
многочисленными эпидемиологическими исследованиями, выявившими положительную связь между калорийностью питания людей и
смертностью от целого ряда болезней, включая рак молочной железы
[Кпох, 1977; Долл. Пито, 1984].
Нам представляется, что ограничение калорийности питания
приводит к увеличению длительности жизни в принципе по тому же
механизму, что и гипотермия — в обоих случаях растет отношение
"сигнал/шум", т.е. отношение скоростей управляемых ферментативных реакций к скоростям побочных неферментативных повреждающих процессов. Разница состоит лишь в том, что при гипотермии
это отношение увеличивается за счет различий в энергиях активации
ферментативных и неферментативных процессов (см. выше), а при
ограничении калорийности диеты этот же результат достигается
благодаря снижению концентраций метаболитов и их побочных
продуктов. Снижение концентрации метаболитов неизбежно должно
приводить к снижению скорости побочных реакций, в которые они
вступают (так как скорость этих реакций пропорциональна концентрации метаболитов). В то же время интенсивность метаболизма
может оставаться неизменной за счет компенсаторного повышения
концентрации ключевых ферментов и рецепторов.
В последние годы появились и экспериментальные подтверждения
этой гипотезы. Так, выяснилось, что концентрация глюкозы в плазме
крови существенно понижена у крыс, находящихся на калорийно
ограниченной диете [Masoro et al., 1989]. Как и следовало ожидать, при
этом наблюдается существенное снижение содержания одного из
продуктов побочной реакции неферментативного гликозилирования — гликозилированного гемоглобина [Masoro et al., 1989]. Одновременно с этим наблюдается повышенный уровень ряда ключевых
ферментов антиоксидантной системы — каталазы и глютатион-
182
трансферазы [Yu et а1„ 1989]. Наблюдается также повышенная скорость
обмена белков, что. в свою очередь, препятствует накоплению
неактивных и малоактивных форм частично денатурированных
ферментов [Holehan, Merry, 1986]. Снижение калорийности диеты
приводит к уменьшению метаболической нагрузки на целый ряд
систем и органов, к снижению поступления в организм различных
токсинов и ксенобиотиков, содержащихся в пище. В результате
возможно снижение активности систем микросомального окисления
ксенобиотиков и, как следствие, уменьшение скорости образования
активных форм канцерогенов из метаболизируемых ксенобиотиков.
Так, оказалось, что активация полициклических углеводородов в
активные мутагенные и канцерогенные эпоксиды. связывающиеся с
ДНК, значительно понижена у мышей, ограниченных по калорийности
[Pashko, Schwartz, 1983]. Таким образом, увеличение продолжительности жизни при ограничении калорийности питания хорошо согласуется с гипотезой износа (накопления дефектов), хотя многие
конкретные механизмы разрушения организма с возрастом еще
предстоит выяснить.
Несомненно, что эксперименты по продлению жизни заслуживают
более детального и внимательного рассмотрения, чем это было
сделано в настоящем разделе. Для нас, однако, в данном случае
существенно то, что предполагаемый механизм действия наиболее
важных средств продления жизни хорошо согласуется с обобщенной
гипотезой износа как основной причины, ограничивающей длительность жизни. Читатели, желающие подробнее ознакомиться с
исследованиями по-продлению жизни, могут обратиться для этого к
специальной литературе [Cutler, 1981; Walford, 1983; 1986; Никитин,
1984; Обухова, Эмануэль, 1984; Гаврилов, 1985; Holehan, Merry, 1986;
Фролькис, Мурадян, 1988; Gavrilov, 1990].
5.6. ПРЕДЕЛ КЛЕТОЧНЫХ ДЕЛЕНИЙ КЛЮЧ К МЕХАНИЗМУ ДЕТЕРМИНАЦИИ
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ?
Один из излюбленных аргументов сторонников гипотезы генетически запрограммированного предела продолжительности жизни
состоит в следующем: продолжительность жизни ограничена потому,
что клетки организма могут совершить лишь ограниченное, строго
определенное число делений, после чего погибают [Fries, 1980].
Следует отметить, что подобное представление имеет глубокие
исторические корни, а многие противоречия в публикациях по
данному вопросу можно понять, лишь обратившись к его истории
Поэтому в целях ясности изложения данная проблема будет
изложена в виде краткого исторического экскурса. Кроме того, чтобы
обеспечить объективность и документальность такого экскурса, мы
будем вынуждены обильно цитировать первоисточники и надеемся,
183
что читатели одобрят подобный документальный стиль изложения
проблемы.
Более 100 лет назад знаменитый немецкий биолог А. Вейсманн
[Weismann, 1882; 1884] постулировал, что ограниченная продолжительность жизни организмов обусловлена ограниченной способностью соматических клеток к размножению. Вейсманн полагал
также, что различия в долговечности разных видов животных
обусловлены тем, что соматические клетки этих видов различаются
по числу воспроизводимых ими поколений клеток (клетки долгоживущих видов способны совершить больше делений). Так возникло
"предположение, что продолжительность жизни связана с числом
поколений соматических клеток, следующих друг за другом в
течение одной жизни, и что это число так же. как и продолжительность жизни отдельных клеточных поколений, дано уже в
зародышевой клетке" (Вейсманн. 1914. с. 481. Вейсманн объяснял
"различную продолжительность жизни животных, ставя ее в зависимость от различного числа клеточных поколений, являющегося
нормой для тела различных видов" [Там же, с. 471.
Следует отметить, что на рубеже XIX—XX вв. представление
Вейсманна о том. что ограниченная продолжительность жизни обусловлена истощением способности клеток к размножению было
необычайно популярным и разделялось многими известными
учеными того времени. Так, например, русский ученый И.Р. Тарханов
писал: "...в зародышевом оплодотворенном яйце определена заранее,
в силу закона наследственности, вся сумма клеточных поколений.
могущих развиваться за счет созидающих сил зародышевого яйца"
(Тарханов. 1891. с. 551—5521. По его мнению, "число клеточных
поколений, могущих развиться в течение всей жизни из зародышевого
яйца ... и определяет собою долголетие, ту максимальную продолжительность жизни, до которой могут достигать разнообразные
организмы" (Там же, с. 5421.
Концепция Вейсманна доминировала в течение 30 лет. Поэтому
сенсационными стали опровергающие эту концепцию эксперименты
А. Карреля [Carrel, 1912] и А. Эбелинга [Ebeling, 1913] по культивированию фибробластов сердца цыпленка вне организма (in vitro). Эти
авторы сообщили, что при соответствующих условиях клетки
многоклеточного организма могут размножаться как микроорганизмы практически неограниченно (эксперимент по успешному
размножению клеток продолжался целых 34 года и был прекращен
лишь в 1946 г. после смерти самого А. Карреля). В результате этих
экспериментов, получивших всеобщее признание и широкую
известность, концепция Вейсманна была оставлена и забыта, а вместо
нее утвердилось прямо противоположное представление о потенциальном "бессмертии" соматических клеток, образующих смертный
организм. Поэтому причины, ограничивающие продолжительность
жизни, стали искать на надклеточном физиологическом уровне, в
частности на уровне гормональной регуляции.
184
Концепция Карреля господствовала более 40 лет, и казалось, что
она победила окончательно и бесповоротно. И хотя многие
исследователи неоднократно наблюдали истощение способности клеток к размножению в культуре, эти случаи было принято объяснять
неудачами, которые нередко сопутствовали культивированию клеток
(например, контаминация вирусами или токсичность очередной
партии сыворотки крови, входящей в состав культуральной среды).
Популярность концепции Карреля была настолько велика, что на
многочисленные исключения из установленного "правила" (неограниченный рост культур клеток животных) просто не обращали
внимания, считая их методическими артефактами [Witkowski, 1987].
Э. Свим был, по-видимому, первым исследователем, который
решился на радикальный пересмотр концепции Карреля. Проанализировав результаты 336 публикаций, включая и результаты своих
собственных экспериментов по длительному культивированию
23 штаммов фибробластов, взятых из нормальных тканей эмбрионов
кролика и цыпленка [Haff, Swim, 1956], а также 51 штамма фибробластов человека, полученных из крайней плоти, плаценты, яичек,
матки и эмбриональных тканей [Swim, Parker, 1957], Свим сделал
следующие выводы принципиальной важности: "...в большинстве
случаев, где наблюдается рост клеток, последние в конце концов,
претерпевают неспецифическую дегенерацию" [Swim, 1959, р. 145].
"Опыт многочисленных исследователей свидетельствует, что раннее
культивирование клеток обычно следует определенному сценарию.
который для удобства можно разделить на три фазы. В фазе I клетки
быстро пролиферируют после начальной задержки (лага) и обычно
могут без труда выдержать серию пересевов. Фаза II характеризуется
снижением роста до тех пор. пока этот рост обычно не прекращается
вовсе и клетки в конце концов не исчезают в результате неспецифической дегенерации" [Ibid, p. 159]. "Это вначале сопровождается
увеличением числа гранул в цитоплазме клеток; позднее наблюдаются дегенерирующие клетки, и их численность прогрессивно
увеличивается до тех пор, пока дно флаконов не покрывается
плотным слоем клеточного дебриса..." [Haff, Swim, 1956, р. 201]. Был
также сделан важный вывод, что прекращение размножения клеток —
это не методический артефакт, обусловленный такими факторами, как
размер инокулята, токсичная среда или неспособность клеток
пролиферировать на стекле [Swim, Parker, 1957]. Наконец. Свим
отмечает, что "иногда распознается третья стадия — появлением
активно пролиферируюших клеток в культурах, находящихся в фазе
II" [Swim, 1959, р. 159]. "Следует подчеркнуть, что фазы I и II
представляют собой обычную картину, в то время как фаза III —
сравнительно редкое явление" [Ibid, p. 160]. Свим отметил также, что
клетки в фазе III часто отличаются от исходных клеток и по
морфологии, и по ростовым характеристикам.
Таким образом, неограниченная способность клеток животных к
делению оказалась не правилом, а исключением, причем во многих
185
случаях неограниченно делящиеся клетки уже мало напоминают по
морфологии и ростовым характеристикам исходные нормальные
клетки [Swim, 1959]. Казалось бы, этот вывод давал все основания для
пересмотра концепции Карреля и к возрождению интереса к
концепции Вейсманна. Однако, чтобы сделать это и разрушить в
общественном сознании устоявшиеся в течение десятилетий
общепринятые представления, необходимо было проявить такую
исключительную активность в пропаганде своих результатов и
выводов, а также такую предприимчивость, которой Свим, повидимому, не обладал. Зато нашлись другие исследователи, которые
блестяще справились с этой задачей.
В 60-х и 70-х годах Л. Хейфлик опубликовал большую серию
научных и научно-популярных статей (см.. например: [Hayflick,
Moorhead, 1961; Hayflick, 1965; 1968; 1974; Хейфлик, 19691). посвященных
результатам длительного культивирования фибробластов человека.
Фактически эти статьи подтверждали результаты и выводы Свима. а
также концепцию Вейсманна, однако большинство читателей, не
знакомых с работами этих незаслуженно забытых авторов, восприняли публикации Хейфлика как принципиально новое научное
открытие . Поскольку публикации Хейфлика вызвали огромный интерес и получили широкую известность, ограничимся лишь кратким
изложением основных положений этих статей.
В своей знаменитой публикации [Hayflick, Moorhead, 1961, р. 600]
авторы пишут: "Обычная история штамма диплоидных клеток может
поэтому быть разделена на три отдельные фазы... Фаза I, или фаза
раннего роста, включает период, когда клетки освободились от
интактной ткани и только что расположились на стекле (первичная
культура)" . "Фаза I заканчивается формированием первого сомкнутого слоя, в этот момент культура готова к своему первому
пересеву и вступает в фазу II. Фаза II характеризуется быстрым
размножением клеток... В течение этой фазы диплоидные штаммы
должны пересеваться, по крайней мере, дважды в неделю с разве-
***
дением в отношении 2 или 3:1" . "Фаза II длится от 2 до 10 месяцев,
после чего начинает происходить клеточная дегенерация. Эта
дегенерация и снижение митотической активности знаменует появление фазы III. или терминальной фазы. Она характеризуется появ-
* Подобное восприятие статей Хейфлика было отчасти обусловлено их стилем: концепция Вейсманна о существовании предела клеточных делений излагалась без
упоминания ее автора, а иэ основополагающих работ Свима лишь однажды [Hayflick,
Moorhead, 1961] была вскользь упомянута одна [Swim, Parker, 1957], так что создается
впечатление принципиальной новизны всех полученных результатов и их интерпретации.
** Нетрудно заметить, что фаза I по классификации Хейфлика и Мурхеда соответствует начальному лагу фазы I по классификации Свима [Swim, 1959].
^* 4* Ф
Очевидно, что фаза II по классификации Хейфлика и Мурхеда соответствует фазе I
после начального лага по классификации Свима.
186
лением дебриса... снижением митотической активности и, следовательно, более длинным периодом времени, необходимым для
образования сомкнутых монослоев" . Кроме того, авторы отмечают, что «может происходить изменение... порождающее "клеточную линию", чья потенциальная продолжительность жизни бесконечна» [Hayflick, Moorhead, 1961, р. 587]. Нетрудно заметить, что это
"изменение" соответствует переходу культуры в фазу III по классификации Свима. Таким образом, многие принципиальные положения этой знаменитой и широко цитируемой статьи Хейфлика и
Мурхеда фактически являются повторением незаслуженно забытых
выводов Свима.
На основании приведенных результатов и ряда дополнительных
экспериментов был сделан вывод, что клетки человека способны
совершить лишь ограниченное, строго определенное число делений,
а затем гибнут. В соответствии с этой клеточной версией модели
шагреневой кожи человек в течение жизни неизбежно исчерпывает
заложенный в клетках потенциал делений и "момент, когда наступает
эта потеря, может определять предел продолжительности жизни
человека" [Hayflick, 1980, р. 42]. Действительно, "оказалось, что фибробласты эмбрионов человека в культуре делятся 50±10 раз: фибробласты, взятые от момента рождения до 20 лет, делятся 30±10 раз. а
клетки, взятые у доноров старше 20 лет, делятся 20±10 раз" [Хейфлик,
1969, с. 219]. Таким образом, почти через 100 лет исследователи
фактически вновь вернулись к некогда отвергнутой концепции
Вейсманна [Weismann, 1882], забыв, однако, ее автора.
Получило подтверждение и положение Вейсманна о том, что
клетки долгоживущих видов способны совершить больше делений.
Оказалось, что эмбриональные фибробласты мыши способны удвоить
свою численность in vitro всего 14—28 раз, цыпленка — 15—35, человека — 40—60. а черепахи — 72—114 раз [Hayflick, 1974].
Многочисленные публикации Хейфлика 60-х и 70-х годов были
восприняты многими как научная сенсация, открывающая принципиально новый подход к выяснению механизмов детерминации
продолжительности жизни. Поскольку работы Свима практически не
цитировались, статьи Хейфлика получили признание как первое и
окончательное опровержение мифа Карреля о неограниченной
способности клеток к делению. Поскольку и концепция Вейсманна о
пределе клеточных делений как основе старения также была
основательно забыта, статьи Хейфлика были восприняты как принципиально новая концепция, а не как возвращение к старой, первоначально выдвинутой гипотезе. Поэтому ограниченная способность
клеток к делению получила название лимита Хейфлика (см., например:
[Bremermann, 1982; Walford, 1983; Juckett, 1987]), а история открытия этой
Фаза III по классификации Хейфлика и Мурхеда точно совпадает с фазой II по
классификации Свима.
187
закономерности нередко излагается начиная лишь с работы Хейфлика
и Мурхеда [Hayflick, Moorhead, 1961].
Новая (точнее, хорошо забытая старая) концепция ограниченной
способности клеток к делению в настоящее время получила такую
известность и столь полное признание, что о ней можно теперь
прочитать даже в "Британской энциклопедии" [The New Encyclopaedia
Bntanmca, 1989, vol. 1, p 148]. "Лабораторные эксперименты показали,
что клетки, взятые из сложных организмов, проходят лишь ограниченное число клеточных делений до своей гибели, подтверждая
идею, что клеточные события могут вызывать старение" Габоты же
Хейфлика, подтверждающие эту концепцию, стали рассма1риваться
как пример научной революции в биологии [Witkowski, 1987]. Здесь,
казалось бы, пришло самое время поставить точку в этой длинной
истории со счастливым концом, однако есть серьезные основания
считать, что она еще не закончилась
В 1978 г нами была проведена ревизия концепции Вейсманна—
Свима—Хейфлика. в результате которой были сделаны следующие
выводы [Гаврилов, Гаврилова, 1978, Гаврилов, Ягужинская, 19781
1 Массовая гибель клеток в фазе II по Свиму или в фазе III по
Хейфлику — это методический артефакт, обусловленный повреждением клеток в результате процедуры пересева (обработка клеток
трипсином и их последующее суспендирование) Если же оценить
вероятность гибели клеток вне периодов пересева, то оказывается,
что вероятность смерти клеток не увеличивается с возрастом культуры, т е нет оснований говорить о старении на клеточном уровне
2 Основное содержание феномена Свима—Хейфлика in vitro — это
накопление в культуре постмитотических клеток, полноценных в
метаболическом отношении Процесс образования этих метаболически полноценных постмитотических клеток больше напоминает
дифференцировку клеток, чем их повреждение и старение К этому же
выводу одновременно с нами пришли и другие исследователи [Bell ct
al, 1978].
3 Накопление в культуре постмитотических клеток не сопровождается уменьшением абсолютного числа делящихся клеток в
расчете на всю образующуюся клеточную популяцию Иначе говоря,
происходит не исчезновение делящихся клеток, а лишь разбавление
культуры постми готическими клетками Следовательно, нет никаких
оснований говорить об ограниченной способности к делению всех
клеток в культуре Напротив например, в культуре эмбриональных
фибробластов человека имеются клетки совершающие около 170 делений (вместо общепринятых 50) и обладающие свойствами стволовых
клеток с неограниченной способностью к делению
Теперь рассмотрим сделанные выводы несколько более подробно,
для чего обратимся к анализу методики культивирования клеток,
состоящей в следующем Образец ткани (например, кожи) помещают в
сосуд с культуральной средой и ждут, когда из этого первичного
эксплантата часть клеток мигрирует на поверхность флакона и
188
<< Пред. стр. 29 (из 41) След. >>
Список литературы по разделу