Почему мы стареем и как победить старение

Данная статья адаптирована и написана по материалам статей, автором которых является Александр Фединцев. Работал в НИИ Антимикробной химиотерапии. Сейчас инженер систем машинного обучения. Ученый-биогеронтолог, специализирующийся на биостатистике и анализе данных. Сохранен стиль автора и обороты речи от первого лица.

Потеря эластичности кожи — вопрос сложный, но, похоже, решаемый

Рисунок 1. Пожилая женщина с морщинами на лице [https://en.wikipedia.org/wiki/Wrinkle#/media/File:Nepali_woman,_Ghyaru_(crop).jpg]

Когда звучит слово “старение”, многие представляют себе что-то наподобие картинки (рис. 1). А что мы, собственно, на ней видим? А видим мы старческую кожу, основной отличительной чертой которой является потеря эластичности (способности кожи растягиваться и скручиваться, а затем принимать прежнее положение). Одной из ведущих причин потери эластичности тканей при старении являются сшивки белков внеклеточного матрикса (пространства, которое окружает клетки организма) – таких как, например, коллаген. Сшивки явным образом ограничивают подвижность волокон коллагена друг относительно друга, приводя к потере эластичности. Глюкосепан – одна из таких сшивок, являющаяся результатом сшивания аминокислот лизина и аргинина производной от молекулы D-глюкозы.

Рисунок 2. Коллагеновые волокна и глюкосепан. На рисунке (1а) показана схема коллагеновой фибриллы и образования глюкосепана, который ковалентно связывает боковые цепи лизина и аргинина. Две аминокислоты (лизин и аргинин) могут прикрепляться к отдельным молекулам (вверху) и образовывать межмолекулярную сшивку, или к одной и той же молекуле (внизу), образуя аддукт . Рисунок (1в) показывает химическую структуру глюкосепана, который связывает лизин (синий) с аргинином (красный). На рисунке (1с) показана молекулярная модель глюкосепана [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24060753].

На рисунке 2 показан пример сшивки между двумя фибриллами коллагена. Фибриллы коллагена – это структурные единицы коллагенового волокна, состоящие из белка коллагена. При этом, потеря эластичности ведет не только к косметическим дефектам кожи, но и к увеличению жесткости сосудов (с последующим ростом риска смерти от сердечно-сосудистых заболеваний) и даже истощению запаса стволовых клеток (в том числе мышечных). Стволовые клетки – это незрелые клетки организма, способные превращаться в клетки различных органов и тканей.

Но прежде всего, нас интересует вопрос: по какой причине накапливаются эти самые сшивки? Во-первых, сшивки не требуют для образования ничего кроме, собственно, коллагена и глюкозы, которая находится повсеместно в нашем организме. Надо понимать, что сшивка образуется спонтанно и является необратимой, то есть у нас в организме нет ферментов, способных расщепить, например, глюкосепан (считается самым распространенным видом сшивок [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26049074] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15677467] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15677467] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16037276]). “Но, — возражают мне, — у нас в организме есть макрофаги (разновидность клеток иммунной системы организма), которые выделяют особые ферменты — коллагеназы — и эти коллагеназы способны расщепить что угодно, даже кость!” Некоторые скептики настаивают на том, что у нас просто включается такая “программа”, которая этим макрофагам не дает ремоделировать матрикс (то есть удалять сшитый, испорченный коллаген и заменять его новым), а принципиально наш организм способен чинить любые повреждения. Но так ли это?

Рисунок 3. Сшитый из-за воздействия рибозой коллаген не поддается деградации ферментом коллагеназы даже через 25 часов [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24316373].

Обратимся к совершенно замечательному исследованию [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24316373]: в нем ученые сначала погрузили волокна коллагена в рибозу (это такой сахар, подобный глюкозе) на разное время (3 и 7 дней), в этих волокнах образовалось разное количество сшивок, а затем погрузили сшитый и не сшитый коллаген в раствор той самой коллагеназы. И вот что из этого получилось (рис. 3).
А видим мы, что предварительно сшитый коллаген в результате воздействия рибозы в течение 7 дней, даже спустя 25 (!) часов постоянного нахождения в растворе коллагеназы не претерпел никаких изменений – не был деградирован! Учитывая то, что в нашем теле ниже концентрация коллагеназ, и время их воздействия их на коллаген тоже ниже, становится понятно, что наш организм самостоятельно не может справиться со сшитым коллагеном, как бы нам не хотелось верить в обратное! Более того, исследования показывают, что сшивки также подавляют активность и других ферментов, способных деградировать коллаген, например, матриксные металлопротеиназы 2-го типа (MMP-2) [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11357473].

Означает ли это, что надежды нет? Вовсе нет! Во-первых, мы можем попробовать найти молекулу, которая разрезает сами сшивки, не трогая коллаген. Работы в этом направлении ведутся (правда, очень медленно), есть даже первые успехи — препарат алагебриум (ALT-711) способен расщеплять альфа-дикетоновые сшивки, которые, к сожалению, не являются очень распространенным видом сшивок у людей в отличии от сшивок глюкосепана. Но есть и другой путь: мы можем искусственно создать коллагеназы, которые будут расщеплять сшитый коллаген и модифицировать макрофаги, чтобы они секретировали эти суперколлагеназы. Тогда армия этих макрофагов поможет нам сбросить жесткие оковы старения в виде сшитых белков внеклеточного матрикса!

Но все это дело относительно далекого будущего. Возможно, не один десяток лет понадобится, чтобы внедрить это в рутинную практику. А что же сейчас? И снова та самая замечательная статья дает нам великолепный шанс попробовать ремоделировать старый матрикс уже в недалеком будущем: дело в том, что если сшитый коллаген сильно растянуть в продольном направлении, то он чудесным образом становится уязвимым к действию коллагеназ! Таким образом, нам лишь нужно обеспечить два условия:

• Создать необходимое натяжение на определенный период времени
• Создать необходимую концентрацию коллагеназ на этот период времени

Скорее всего, сочетание этих двух факторов в организме в естественных условиях возникает крайне редко и далеко не во всех тканях. Но мы с легкостью можем помочь нашему организму ремоделировать как минимум коллаген кожи и мышц! Причем размягчение внеклеточного матрикса мышц сулит возвращение их регенеративного потенциала, так как жесткий внеклеточный матрикс негативно влияет на мышечные стволовые клетки [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28371268] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26295702].

Наши клетки могут жить дольше чем целый организм, а старение начинается не в клетках.

Наши тела, к сожалению, неуклонно увядают, теряя свои возможности. Многие ученые считают, что это увядание является следствием того, что клетки, из которых состоят живые существа, с возрастом хуже выполняют свои функции и даже погибают. Возникает вопрос: а сколько, собственно, могут жить клетки?

Большинство клеток живут значительно меньше продолжительности жизни целого организма. Например, эритроциты живут всего несколько месяцев [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23801920]. А продолжительность жизни клеток эпителия кишечника и того меньше: 3–5 дней [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23870119].

Рисунок 4. Типичная структура нейрона [https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/59/Neuron-rus.svg/1280px-Neuron-rus.svg.png?uselang=ru]

Но такие клетки как, например, нейроны (рис. 4) (клетки нервной ткани, в том числе – головного мозга) и клетки печени могут жить примерно столько же, сколько и весь организм [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31178361]. То же самое справедливо для стволовых клеток, которые дают начало специализированным быстро гибнущим клеткам (вроде эпителиальных).

Бытует мнение, что продолжительность жизни всего организма определяется продолжительностью жизни самых долгоживущих клеток. Они, вроде как, запрограммированы на определенный срок жизни и с прекращением их функционирования прекращается жизнедеятельность всего организма. Однако есть ли в действительности предел жизни клеток и если есть, то совпадает ли он с продолжительностью жизни организма? Об этом мы поговорим в этой главе.

Известно, что при старении мы теряем особые нейроны в мозжечке (отдел головного мозга, отвечающий за координацию движений), называемые клетками Пуркинье [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14556293] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20080589]. Мозжечок отвечает за координацию движений, поэтому потеря нейронов там может приводить к крайне неприятным последствиям. Но чем обусловлена такая потеря? Неужели и правда срок жизни нейронов запрограммирован?

В попытке ответить на этот вопрос доктор Лоренцо Маграсси — нейрохирург из университета Павии — с помощью флюоресцентного белка модифицировал клетки-предшественники нервных клеток у мышиных эмбрионов (чтобы их можно было увидеть, подсветив светом определенной длины волны). Флуоресцентные белки – это белки, характеризующиеся способностью к интенсивному свечению (люминесценции). Затем он пересадил эти модифицированные клетки в эмбрионы крыс, которые живут почти в полтора раза дольше, чем мыши. У крыс из мышиных клеток-предшественниц развились функциональные нейроны внешне ничем не отличающиеся от мышиных. Вот только жили эти нейроны столько же, сколько нейроны крыс! То есть на 38% дольше максимальной продолжительности жизни мышей [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23440189]!

Отсюда следует, что время жизни нервных клеток не предопределено генетически и в очень большой степени зависит от окружения. У нейронов нет собственных биологических часов, которые говорят им, что пора умирать, — такими часами им служит весь организм. Но вот какой именно фактор служит эдаким синхронизатором-часами? Растворимые химические факторы белковой или пептидной природы (особые соединения, в молекулах которых имеются остатки аминокислот)? МикроРНК (небольшие молекулы, влияющие на работу наших генов)? Возможно, но маловероятно — клетки ведь были мышиные, а не крысиные. С чего бы им подчиняться сигналам чужого организма? Ведь, например, одна единственная делеция (потеря участка, в котором записан генетический код) в гене андрогенного рецептора делает клетки невосприимчивыми к сигналам гормонов, а у мышей и крыс могут быть и более радикальные отличия. А нет ли более универсального свойства, которое могло бы служить часами [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30165367]?

И такое свойство есть — это жесткость внеклеточного матрикса. Дело в том, что клетки не парят в воздухе, они находятся в особой среде из белков (коллаген, эластин) и других молекул (гиалуроновая кислота, протеогликаны и т. д.). Внеклеточный матрикс (ECM) не только обеспечивает механическую поддержку клеток, но и выполняет важнейшую регуляторную роль — например, он управляет процессом превращения не специализированных или менее специализированных клеток, в клетки конкретных органов и тканей организма [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29212889] (в том числе, через жесткость). Чем больше воды и меньше коллагена во внеклеточном матриксе, тем мягче ткань. И наоборот. Примером мягкой ткани может быть нервная ткань. А жесткой – костная.

Такие белки матрикса как коллаген и эластин являются долгоживущими и из-за своего чрезвычайно долгого срока жизни накапливают случайные повреждения — сшивки и аддукты. Аддукт – это конечный продукт гликирования, который в отличии от сшивки (сшивка сшивает две молекулы белка межу собой) одним концом прикреплен к белку, а второй конец свободно плавает (рис. 2) и может взаимодействовать, например, с рецептором КПГ, вызывая воспаление и даже гибель клеток. Важно понимать, что сшивки увеличивают жесткость внеклеточного матрикса, заставляют терять его эластичность. И как раз недавно было показано, что именно жесткость внеклеточного матрикса головного мозга является причиной старения стволовых клеток данного органа [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31413369]. Аддукты же способны через активацию рецептора конечных продуктов гликирования (КПГ) вызывать гибель нейронов [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23764854] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22662249] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30560011].

Не только нейроны способны жить значительно дольше чем организм! Тестикулы, или семенники – это мужские половые железы, в которых образуются мужские половые клетки — сперматозоиды, дающие начало новой жизни при оплодотворении. Число стволовых клеток в тестикулах мышей начинает стремительно уменьшаться после 12 месяцев. А вместе с ним и фертильность - способность половозрелого организма производить жизнеспособное потомство. Однако, если эти стволовые клетки от взрослого животного пересаживать юным мышам каждые 3 месяца, то срок жизни таких клеток составляет более трех лет, что значительно превышает продолжительность жизни самих мышей! При этом они не перестают производить сперматозоиды. Все это говорит о том, что именно старение микроокружения стволовых клеток, а не непосредственное старение самих клеток приводит к их дисфункции на протяжении жизни животного. А важнейшей составляющей микроокружения стволовых клеток (ниши стволовых клеток) является внеклеточный матрикс [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16456131].

А вот еще одно исследование [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/37377]. Эритроциты – это красные клетки крови, которые синтезируются в костном мозге и переносят кислород из легких ко всем органам и тканям. Гемоглобин – это железосодержащий белок животных, обладающих кровообращением, способный связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани. Анемия – это состояние, для которого характерно уменьшение количества эритроцитов в крови и снижение содержания гемоглобина в единице объема крови. Удивительно, что мышиные стволовые клетки способны производить эритроциты в течение более чем 3000 дней, что превышает максимальную продолжительность жизни этих животных в несколько раз. Это было установлено путем последовательной пересадки одних и тех же стволовых клеток более молодым мышам-донорам. То есть молодой мышке с анемией пересадили стволовые клетки, убедились, что анемия прошла и потом, когда она состарилась, забрали те же самые стволовые клетки и снова пересадили их молодой мышке. И так несколько раз. И эти клетки жили бы еще дольше, но, по-видимому, сама процедура пересадки клеток (трансплантация) губительна для клеток, поскольку угасание их функций зависело от количества пересадок (даже если они все были проведены в короткий срок).

Как мне кажется, вышеприведенных аргументов достаточно, чтобы отвергнуть гипотезу о том, что срок жизни организма обусловлен продолжительностью жизни клеток, но почему же я так уверен, что клетки старит именно внеклеточный матрикс? Все очень просто: есть много исследований, которые это подтверждают. Например, исследования Юн Суна (Yun Sun) и его коллег [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21248241] и Трэвиса Джей Блока (Travis J Block) и его коллег из медицинского научного центра Техасского университета в Сан-Антонио, США [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29078802], а также исследование междисциплинарной группы биосистем и микромеханики из Сингапура [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24560460].

Более того, есть работы, которые показывают, что ключом к старению клеток является именно жесткость внеклеточного матрикса. Одну я приводил ранее, когда рассказывал про работу Лоренцо Маграсси со стволовыми клетками в головном мозге [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23440189]. А вот, например, про мышечные прогениторы (клетки-предшественники, из которых образуются клетки мышечной ткани) [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26295702]. В этой работе ученым удалось изолировать влияние жесткости внеклеточного матрикса путем выращивания (культивации) клеток на гидрогелях (искусственный влагопоглощающий материал, который способствует накоплению и сохранению влаги) с различной эластичностью. В результате выяснилось, что жесткость среды окружающей клетки, имитируемая гидрогелями, а также наблюдаемая при старении, значительно снижает регенеративный потенциал мышечных прогениторов.

Рисунок 5. Фибробласты эмбриона мыши под микроскопом [https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5a/NIH_3T3.jpg].        

Кроме того, другое исследование www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28371268

показало, что жесткий внеклеточный матрикс заставляет фибробласты (клетки соединительной ткани организма, синтезирующие внеклеточный матрикс - рис. 5) секретировать факторы, которые направляют мышечные прогениторы по фиброгенному пути, т. е. вместо мышечной ткани, они дают начало соединительной ткани, которая обладает большей жесткостью. Иными словами, жесткий внеклеточный матрикс создает предпосылки для фиброза.

Фиброз – это разрастание соединительной ткани с появлением рубцовых изменений в различных органах. Фиброзное замещение тканей приводит к постепенной утрате их специфических функций и дисфункции поражённого органа (например, лёгочная недостаточность при фиброзе лёгких).

С другой стороны, в 2011 году Хэ-Ри Чои (Hae Ri Choi) со своими коллегами опубликовали исследование, в котором показали, что взаимодействия стареющих фибробластов с молодым внеклеточным матриксом достаточно, чтобы восстановить стареющие клетки до более молодого состояния, которое неотличимо от нормальных молодых клеток. Так было частично или полностью восстановлено состояние таких биомаркеров старения, как ассоциированная со старением бета-галактозидаза (АС-β-гал), внутриклеточный уровень активных форм кислорода (химически активные молекулы, способные повреждать ДНК), мембранный потенциал митохондрий, длина теломеров (концевых участков хромосом), наличие очагов повреждения ДНК и способность фибробластов к делению. Также была восстановлена работа таких генов, связанных со старением и регулирующих существование клетки от момента её образования до гибели, как p53, p16, p21 и caveolin‐1 [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21108727]. Группа ученых из Техасского Университета во главе в Сяо Дон Чэнь в журнале New Scientist описала похожий эксперимент, в результате которого удалось омолодить взрослые мезенхимальные стволовые клетки, взятые у 18-ти месячных мышей. Клетки взрослых мышей выращивали на внеклеточном матриксе молодых мышей 3-х месячного возраста. И наоборот, удалось состарить молодые стволовые клетки, взятые у 3-х месячных мышей, которые выращивали на внеклеточном матриксе взрослых мышей 18-х месячного возраста [www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0262407911622008].

Стюарт Кэмпбелл, адъюнкт-профессор биомедицинской инженерии, клеточной и молекулярной физиологии, возглавлял команду исследователей, изучавших влияние больного внеклеточного матрикса, который организует клетки в ткань, на поведение здоровых клеток сердца. Команда Кэмпбелла впервые получила больной внеклеточный матрикс сердечной мышцы от модели свиньи с гипертрофической кардиомиопатией сердца (опасное для жизни заболевание сердца, характеризующееся утолщением стенок желудочков сердца) и стволовые клетки человека. Клетки сердца свиньи были химически удалены из ткани (остался лишь внеклеточный матрикс) и заменены здоровыми клетками человека. К удивлению, многих, здоровые клетки человека, которые росли на здоровом внеклеточном матриксе свиньи, сделали здоровую сердечную ткань. Однако здоровые клетки человека, которые росли на больном внеклеточном матриксе свиньи, произвели сердечную мышечную ткань с признаками гипертрофической кардиомиопатии [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31468004]. Вероятно, поэтому эффективность терапии сердца стволовыми клетками после инфаркта сердца для снижения риска смертности [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21979282] и риска основных неблагоприятных событий таких как, смерть, либо повторный инфаркт сердца, инсульт [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25700037] до сих пор не имеет доказательств. Ведь внеклеточный матрикс сердечной мышцы остается старый.

Факт того, что окружающая клетки среда, старит сами клетки известен очень давно [https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ar.1090230708] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2676068]. Но никто не мог объяснить, чем именно — все упирались в проблему курицы и яйца. Например, если брать химические факторы типа гормонов, то кто старит клетки, которые выделяют эти старческие факторы? Да и что это за факторы такие, что их никто уже десятки лет не может выделить? Я же предлагаю разрубить этот Гордиев узел — обвинить во всем внеклеточный матрикс (ЕСМ), поскольку он, «зараза», содержит долгоживущие белки, которые сами по себе (без участия ферментов) копят повреждения. Затем сшитый и полный токсичных аддуктов внеклеточный матрикс негативно влияет на окружающие клетки, которые реагируют на непривычное окружение. Клетки хуже выполняют свои функции и, более того, сами начинают выделять различные старящие факторы, например, воспалительные цитокины.

Это, так называемая, сильная ЕСМ-гипотеза, которую я развиваю. В отличие от слабой ЕСМ-гипотезы (которая, по большому счету является фактом, ведь негативную роль конечных продуктов гликирования признают практически все) она претендует на роль пускового механизма старения, а не просто на роль еще одного фактора старения. Кстати, и тут несправедливость: гликирование не входит даже в список Hallmarks of Aging [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23746838], хотя удовлетворяет всем критериям.

Сильная ЕСМ-гипотеза позволяет объяснить бессмертие стареющих видов очень просто: бессмертие вида происходит потому, что новая особь строит новенький внеклеточный матрикс заново, а продолжительность жизни клеток не ограничена.

В победе над старением нужно понять первопричину, и, похоже, что мы ее нашли.

Я много пишу о старении и, в частности, о роли внеклеточного матрикса, и часто слышу один и тот же вопрос: «а что делать»? К сожалению, задача на данный момент и близко не имеет решения, что не мешает всяким шарлатанам предлагать средства «замедляющие старение» и даже «омолаживающую терапию». К счастью, это не означает, что сделать нельзя ничего в принципе. Предлагаю рассмотреть несколько идей, которые на мой взгляд, могут привести к появлению омолаживающей терапии. Дорога в тысячу ли начинается с первого шага, и о нем мы сегодня и поговорим.

На сегодняшний день мы имеем довольно печальную ситуацию: практически ни одна интервенция на мышах не увеличила продолжительность жизни существенно дольше чем простое ограничение калорийности питания, известное с начала прошлого века [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2520283] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1095975]. Более того, из известных генов, манипуляции с которыми продлевают жизнь мышам, лишь только два предположительно замедляют популяционное (демографическое) старение, да и то крайне незначительно.

Так уж получается, что единственный организм, старением которого мы научились управлять — это крохотный червячок-нематода Caenorhabditis elegans. Именно благодаря замедлению старения ученым удалось продлить максимальную продолжительность жизни нематод-мутантов [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17996009] на ~900%, в то время как рекордная продолжительность жизни мышей-мутантов больше лишь примерно на 25% (5 лет против 4), чем у мышей дикого типа [https://genomics.senescence.info/species/entry.php?species=Mus_musculus].

В своей лекции про математику старения, которую можно посмотреть по адресу www.youtube.com/watch?v=JnpMVUq6Pl0, я подробно объясняю почему воздействие на скорость старения — самая выгодная стратегия увеличения продолжительности жизни.
И даже эти скромные проценты могут еще сильнее уменьшиться, если попытаться реализовать способы, которые продлевали жизнь мышам, на людях. Мыши живут всего 2-3 года. Но чем дольше живет организм, тем все сложнее ему продлить жизнь. Что, если рассмотреть более долгоживущих животных? Так, например, на макаках-резусах эффекты ограничения калорийности противоречивы: одно исследование не показало эффекта на продолжительность жизни [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22932268], а в другом эффект хоть и был [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28094793], но макаки из контрольной группы питались нездоровой пищей. То есть ограничение макакам калорийности нездорового рациона питания увеличило их продолжительность жизни в сравнении с нездоровым рационом питания без ограничения калорийности.

Ученые упорно пытаются искать гены, управляющие процессом старения (и не находят их, потому что генов, значимо управляющих скоростью старения у млекопитающих не выявлено). Теперь взоры с замиранием сердца направлены в сторону эпигенетики (изменение не самих генов, а изменение того, как гены работают). На подходе еще более свежие гипотезы вроде нарушения сплайсинга мРНК. При этом ученые упорно игнорируют вероятную причину старения, которая известна с 40-ых годов прошлого века. И речь идет о поперечных сшивках и аддуктах долгоживущих белков внеклеточного матрикса. Нет, не то, чтобы они эту тему совсем игнорируют: какое-то вялое стыдливое обсуждение идет, но вот даже включить гликирование в список ключевых признаков старения [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23746838] геронтологи то ли побоялись, то ли постеснялись, то ли попросту забыли.

Зато мы с профессором Москалевым исправили это недоразумение, опубликовав в 2020 году статью в журнале Ageing Research Reviews [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32540391] спустя 7 лет после выхода в свет и набравшего за это время более шести тысяч цитирований обзора ключевых признаков старения Hallmarks of Aging [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23746838]. Но я твердо уверен в том, что порча долгоживущих белков матрикса не просто является одним из ключевых признаков старения, а тем пусковым механизмом, который дает начало практически всем другим Hallmarks of Aging. Об этом можно подробнее почитать в интервью для lifespan.io по ссылке www.lifespan.io/news/a-new-hallmark-of-aging-proposed.

Важно понимать, что даже если вдруг сшивки внеклеточного матрикса не являются той самой первопричиной старения, то они все равно ограничивают нашу продолжительность жизни, поскольку сшивки приводят к устойчивости внеклеточного матрикса к растворению ферментами-коллагеназами, о чем я писал выше. А этого достаточно [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23957394] для запуска старения. То есть даже устранив все возможные причины кроме сшивок мы не сможем существенно омолодить организм!

“И что, — скажет любопытный читатель, — неужели никто не разрабатывает средство против такого важного механизма старения!?”. Ну почему же никто, есть одна (!) коммерческая компания [www.revelpharmaceuticals.com] под названием Revel, которая разрабатывает фермент, способный расщепить глюкосепан (это тип сшивок, который считается наиболее распространенным в коже и сосудах пожилого человека [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15677467]. Всего лишь одна компания работает над решением чрезвычайно сложной проблемы. Как вы думаете, высоки ли шансы, что у одной-единственной компании получится создать препарат, который сможет расщеплять сшивки? Я думаю, что эти шансы ничтожны, и вот почему:

• во-первых, современная «фарма» хорошо научилась находить и создавать молекулы, которые блокируют какие-то молекулы (например, рецепторы) в организме. А расщепителей сшивок раз-два и обчелся: на сегодняшний момент есть только ALT-711 или “Алагебриум” [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31692712] (и еще пара не прошедших клин. испытания), который нацелен на альфа-дикетоновые сшивки. Фарминдустрия попросту не имеет опыта в разработке расщепителей молекулярных сшивок. Стоит отметить, что альфа-дикетоновые сшивки гораздо проще расщепить чем глюкосепан, потому что у первых есть две карбонильные группы, которые удобно атаковать.
• во-вторых, компания Revel занимается поиском фермента, который мог бы расщепить глюкосепановые сшивки. Это, на мой взгляд, тупиковый путь, потому что фермент (это крупная молекула белка) попросту не пролезет между фибриллами коллагена, которые еще и сшиты, а плотность упаковки коллагеновых фибрилл повышается с возрастом, нарушая доступ ферментов [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1643089] [https://doi.org/10.1134/S0006350907050065]. Вот, что пишет [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16706655] John Furber: «Сахар — это небольшая молекула, способная поместиться в узкие промежутки между коллагеновыми волокнами. Когда сахар сшивает их, волокна коллагена притягиваются еще более плотно друг к другу, затвердевая и придавая жесткость коллагену. Ферменты — это гораздо более крупные молекулы, чем сахара. Некоторые ферменты могут деградировать коллаген снаружи, но никакой фермент, разрушающий перекрестные сшивки, физически не может проникнуть внутрь структур из коллагена.
• в-третьих, причиной старения может быть не глюкосепан, а другие сшивки! “Но как же так?” — спросит пытливый читатель, — “ведь ты только что сказал, что это самый распространенный тип неферментативных сшивок!” На самом деле, точно никто не знает, поэтому я и сказал “считается” [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26049074] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15677467] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15677467] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16037276]. Например, к методологии одного из исследований, которое отдало победу глюкосепану есть большие вопросы. И услышал я их на конференции Ending Age-Related Diseases 2020 [www.lifespan.io/eard-2020-virtual] от Dr. Jonathan Clark. Вкратце суть такова: чтобы исследовать сшивки на хроматографе с масс-спектрометром, ученые очень долго растворяли образцы коллагена разными ферментами и потом растворенный коллаген уже помещали в хроматограф, а нерастворенный коллаген попросту выбросили. Но постойте-ка, нас-то как раз интересует нерастворенный коллаген (вспоминаем исследование на мышках, которых устойчивый коллаген состарил)! Никто ведь не сказал, что распределение сшивок в нерастворенном коллагене будет в точности такое же, как и в растворенном, а доля такого суперсшитого коллагена у очень пожилых людей может достигать 59%! То есть на сегодняшний момент нельзя с уверенностью говорить, что глюкосепан является основной и единственной мишенью.

Бессильно в поиске средства от сшивок и крайне популярное нынче машинное обучение и нейросети в частности. Бессильно оно потому, что для обучения моделей (например, нейросетей) необходимы позитивные примеры, то есть вещества, способные расщепить сшивки. На основании сходства с позитивными примерами современные генеративные нейросети способны “конструировать” новые молекулы с похожими свойствами. Однако поскольку расщепителей сшивок практически нет, то и базировать свои предсказания нейросетям не на чем. И что же можно сделать с учетом вышесказанного?

Я предлагаю простое хотя и топорное решение — скрининг. Причем скрининг может быть как виртуальным (in silico), так и в пробирке (in vitro). Рассмотрим первый вариант: существует проект Rosetta@home, который использует компьютерные мощности добровольцев со всего мира для предсказания структуры белка и белок-белковых взаимодействий. Если бы хемоинформатикам (специалисты, применяющие методы информатики для решения химических проблем) удалось точными или приближенными методами просчитать взаимодействие малой молекулы и сшивки (а именно, может ли молекула расщепить сшивку), то мы могли бы запустить такой расчет для тысяч химических соединений на миллионах компьютеров по всему земному шару, благо платформа уже имеется! Однако далеко не факт, что точно просчитать взаимодействие малой молекулы и сшивки возможно.

Второй вариант — это скрининг тысяч реальных химических соединений в пробирке. Но как его осуществить? Поскольку мы достоверно не знаем распределение сшивок, то необходимо использовать реальные образцы внеклеточного матрикса, полученные, например, из тканей трупов пожилых людей. А об эффективности расщепителя сшивок можно судить [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4345626] [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6813368] по времени растворения образца ферментом — коллагеназой. Если вещество разрушает сшивки, то это облегчает коллагеназам работу, и поэтому время расщепления коллагена уменьшается. И обратное, скорее всего, тоже верно. Весь процесс мне видится таким образом:

1. Берутся несколько образцов ткани одного человека, из них выделяется коллаген, который подвергается деградации коллагеназами. Засекается среднее время растворения половины коллагена. Это и есть показатель, который мы хотим минимизировать.
2. Так же берутся несколько образцов ткани одного человека, из которых также выделяется коллаген, который подвергается сначала инкубации в растворе вещества, которое хотим проверить, а затем уже деградации коллагеназами. Если удалось статистически значимо уменьшить время растворения коллагена, то это наш кандидат на «лекарство для омоложения».
3. Повторяем действия п. 2 для других веществ-кандидатов.

Тераностика_про старения оценивает диагностические параметры Вашего организма и информирует о существующих способах увеличения Вашей продолжительности жизни.

После диагностики параметров Вашего организма (https://nestarenie.ru/novaya-teranostika-stareniya-1-5.html) в медицинском центре, запишитесь на прием к врачу.

Выполняйте рекомендации врача, которые помогут увеличить продолжительность Вашей жизни. До встречи в 22 веке.

Предлагаем Вам оформить почтовую подписку на самые новые и актуальные новости, которые появляются в науке, а также новости нашей научно-просветительской группы, чтобы ничего не упустить.

Знаете ли вы, что сайт nestarenie.ru — объективно один из самых популярных в России ресурсов про старение и долголетие - в Яндексе, в Гугле, по количеству, качеству и лояльности аудитории. nestarenie.ru имеет потенциал, чтобы стать одним из самых популярных сайтов о борьбе со старением не только в России, но и в мире. Для этого нужны деньги. Я призываю всех сделать пожертвования, а также убедить своих друзей поступить аналогично.

1. 1. • Карта Viza (доллары): 4215 8901 1587 0138 для переводов за пределами РФ
      • Карта МИР в Сбере (рубли):  2202 2032 1501 6686 (МАЙЯВИ Ч.) - на территории РФ

Узнайте подробнее помочь развитию блога.

Рекомендуем ещё почитать следующие статьи:

1. 1. 1. Метформин - самое изученное и надёжное лекарство от старости.
      2. Подробная программа продления жизни научно доказанными способами.
      3. Витамин K2 (МК-7) сокращает смертность
      4. Витамин магний снижают смертность на 34%
      5. Глюкозамин Сульфат эффективно продлевает жизнь и защищает от многих видов рака
      6. Фолаты для предупреждения раннего старения
      7. Как победить метилглиоксаль — вещество, которое нас старит.
      8. Как остановить старение человека.