Виталий Донцов – Карманный справочник врача. Основы геронтологии (страница 10)

В области синапса частота и амплитуда миниатюрных потенциалов не изменяется, однако изменяется реактивность к блокаторам и агонистам, влияющим на синаптическое проведение импульса. Снижается синтез ацетилхолина, снижается синтез и обратный захват норадреналина, компенсаторно повышается чувствительность постсинаптической мембраны к этим медиаторам; снижается количество синапсов.

Что касается врожденной запрограммированной способности к ограниченному числу делений («феномен Хейфлика»), то представления об этом оставлены уже самим автором. Видимо, этот феномен сводится к частным случаям дифференцировки некоторых типов клеток в искусственных условиях и не имеет существенного значения для старения в целостном организме.

Роль митохондрий в старении клетки

Один из важных и постоянных признаков клетки при старении – изменение митохондрий: просветление матрикса, расширение межкристных промежутков, резкое набухание митохондрий, разрушение их внутренней мембраны с миелинизацией, повреждение наружной мембраны. Объем митохондрий в клетке повышается при снижении площади мембран в каждой отдельной митохондрии. Предполагают возможную роль митохондриальной дисфункции в процессе старения.

Митохондрии находятся под двойным генетическим контролем: со стороны ядерной и митохондриальной ДНК (яДНК и мтДНК). Особенностями митохондриальной генетики являются материнская (неменделевская) наследственность, полиплоидия (до 10 молекул мтДНК на органеллу, тысячи – на клетку), высокая скорость мутирования (на порядок выше, чем яДНК: мтДНК 2 индивидуумов часто различаются на 10–70 пар нуклеотидов), а также не ассоциированная с клеточным циклом репликация и репликативная сегрегация при клеточном делении.

К особенностям митохондриального генома относятся ковалентно замкнутая кольцевая форма молекулы мтДНК, ее небольшие размеры (~16 тысяч пар нуклеотидов), 37 кодируемых ею генов (13 полипептидов – субъединиц комплексов окислительного фосфорилирования, 2 рРНК и 22 тРНК), собственный генетический код, отличный от универсального, зависимость экспрессии от экспрессии ядерного генома. Большинство эволюционно зафиксированных мутаций мтДНК, в первую очередь однонуклеотидные замены (SNP), создают нейтральные полиморфизмы, сегрегирующие и накапливающиеся в популяциях по материнской линии. Эти полиморфизмы распределяются на гаплогруппы и связанные с ними гаплотипы. Вариабельность последовательностей мтДНК явилась инструментом реконструкции эволюции человека.

Установлена корреляция принадлежности индивидуумов к определенной гаплогруппе с риском развития ассоциированных с возрастом дегенеративных заболеваний. В онтогенезе происходит накопление соматических мутаций (замена оснований, делеции) и других повреждений (модификация оснований, сшивки) мтДНК. Некоторые мутантные молекулы могут амплифицироваться с большей скоростью, чем «дикие» молекулы мтДНК, постепенно замещая последние (гомоплазмия мутантных мтДНК). В быстро делящихся клетках этот механизм может лежать в основе развития опухолей.

Накопление с возрастом поврежденных молекул мтДНК вызывает энергетическую недостаточность прежде всего самих митохондрий. Вследствие этого молекулы мтДНК могут покидать органеллу через открывшуюся пору переменной проницаемости, промотируя мутагенез ДНК ядра. При достижении некоторого порога энергетической недостаточности клетки (для разных типов клеток его величина различна) происходит митохондриальная индукция гибели клеток (апоптотическая или некротическая) и, как следствие, функциональная недостаточность органов и тканей, лежащая в основе дистрофических болезней, ассоциированных со старением.

По мнению многих ученых, накопление мутаций мтДНК как результат нормального функционирования митохондрий может лежать в основе старения и связанных с ним заболеваний.

Исследования генерации активных форм кислорода (свободных радикалов) митохондриями проводятся еще со времени работ Чанса, однако до настоящего времени неясно, имеет ли место повышение с возрастом продукции свободных радикалов митохондриями и какое это имеет значение для старения. Ясно, однако, что в условиях гипоксии старые митохондрии оказываются способными генерировать свободные радикалы значимо выше, чем молодые, что, учитывая механизм возрастной гипоксии как типичный для процессов старения тканей, позволяет говорить о значимости этого явления для старения в целом.

Оксидативный клеточный стресс представляется типичным возрастным синдромом, а влияния на него – перспективным направлением профилактических влияний.

В процессе старения митохондрий наблюдаются снижение их респираторной функции и мутации митохондриальной ДНК, что связывают с развитием возрастного оксидативного клеточного стресса и нарушениями генной экспрессии, хотя отмечено, что мутации митохондриальной ДНК могут и не приводить к увеличению продукции активных форм кислорода в клетке.

Набухание митохондрий в клетках обычно ведет к выходу в цитоплазму цитохрома С, что запускает процессы апоптоза и связывает процессы старения и активной гибели клеток; часто старые клетки оказываются устойчивыми к апоптозу, что наряду с ухудшением их функций может вести к неблагоприятным результатам для целостного организма, так как выбраковывание таких клеток задерживается в старости. Тем не менее некоторые авторы рассматривают запрограммированную клеточную смерть – апоптоз – как мишень для борьбы со старением.

Многие клетки старых тканей находятся в состоянии различной степени дегенерации: вакуолизации, нейрофагии, гиалиновой дегенерации, гидропического набухания, вакуолизации и сморщивания, частичного растворения клеток с возрастом.

Наружная клеточная мембрана клеток также значимо изменяется: отмечаются очаговые уплотнения и утолщения, снижается интенсивность микропиноцитоза, количество микроворсинок, микровыростов. Изменяется количество и функция щелевидных контактов клеток и соединяющего клетки межклеточного вещества.

Качественно меняется реакция клетки на внешние возбудители прежде всего за счет значительного изменения числа рецепторов на ее поверхности.

В нервной ткани развивается простая и пигментная атрофия ганглиозных клеток, липофусциновая блокада пирамидальных клеток, хроматолиз двигательных нейронов и клеток Пуркинье, а также пирамидных клеток коры мозга.

Роль лизосом в старении клеток

Лизосомы – совершенно необходимый компонент клетки, участвующий в ее питании и обновлении. Один из признаков лизосом – наличие в них ряда ферментов (кислых гидролаз, всего их около 40), способных расщеплять белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. К числу ферментов лизосом относятся катепсины (тканевые протеазы), кислая рибонуклеаза, фосфолипаза и др. Кроме того, в лизосомах присутствуют ферменты, которые способны отщеплять от органических молекул сульфатные (cульфатазы) или фосфатные (кислая фосфатаза) группы.

Для лизосом характерна кислая реакция внутренней среды. Обычно рН в лизосомах составляет около 4,5–5 (концентрация протонов на два порядка выше, чем в цитоплазме). Это обеспечивается активным транспортом протонов, который осуществляет встроенный в мембраны лизосом белок-насос – протонная АТФаза; в старости рН повышается до 6,0.

Высокая активность кислой фосфатазы ранее использовалась как один из маркеров лизосом. В настоящее время более надежным маркером считается присутствие специфических мембранных гликопротеидов – LAMP1 и LAMP2. Они присутствуют на мембране лизосом и поздних эндосом, но отсутствуют на мембранах других компартментов клетки.

Достаточно постоянным признаком старения клетки является повышение количества первичных лизосом, в них увеличивается количество недопереваренных субстанций, липофусцина, снижается стабильность лизосомальных мембран. Липофусцин формируется в лизосомах из продуктов пероксидации липидов, ионов железа и перекрестно сшитых белковых агрегатов. Типичным считают повышение проницаемости мембран лизосом и аутолиз клеток.

Старые клетки часто характеризуют по экспрессии β-галактозидазы, активной при рН = 6, лизосомальная гидролаза в норме активна при рН = 4. В качестве теста биологического возраста, видимо, может служить кислая фосфатаза печени, положительно коррелирующая с возрастом у мышей, а также отношение МДГ/ЛДГ в печени и почках мышей и крыс.

Апоптоз клеток

Накопление в тканях с возрастом старых клеток, возможно, является результатом появления резистентных к апоптозу стареющих клеток, которые аккумулируют множественные повреждения, приводящие в конечном счете к неоплазии, нейродегенеративным процессам и инфаркту миокарда. Как считают, это связано с развитием в старости репрессии генов G₁-фазы, увеличением экспрессии гена анти-апоптоза bcl2 и отсутствием протеолиза, что является «тройным замком», предотвращающим апоптотическую гибель стареющих фибробластов, как считает ряд авторов.

Апоптоз представляет собой запрограммированную гибель клетки и носит активный специфический характер, отличающийся от пассивного процесса некроза тканей: зависит от синтеза ДНК и РНК, ионов кальция и активных форм кислорода (АФК), сопровождается пикнозом ядра и фрагментацией ДНК специфическими ферментами, для него характерна ранняя потеря потенциала мембран митохондрий и появление фосфатидилсерина на мембране клеток, что индуцирует их активный фагоцитоз, а также отсутствие рубца на месте апоптоза. Этот набор признаков может различаться в зависимости от конкретного механизма апоптоза.