Модели для изучения старения
И кого мы тут только не увидим. Наиболее часто используются различные грызуны: мыши, крысы, золотистые хомячки. Используют клеточные культуры червей, плодовых мушек, ночниц Бранда, рыбок данио рерио.
Интересное и модное сегодня как модель животное – голый землекоп. Эти животные (Heterocephalus glaber) образуют эусоциальные колонии, состоящие из одной размножающейся самки, нескольких размножающихся самцов и сексуально незрелых взрослых особей с определенным механизмом контроля процесса размножения в колонии. Сегодня на эту модель многие геронтологи делают ставки, справедливо указывая, что при похожих размерах с мышью он живет в 10 раз дольше. Это животное интересно тем, что оно эусоциально, как и человек, и таких видов в природе очень мало, но само понятие эусоциальности имеет множество критериев и находится в процессе дискуссии.
Но подобных больших разбросов по ПЖ вроде бы очень похожих животных даже внутри одного семейства также очень много. Например, у рукокрылых (Chiroptera), а это большой отряд плацентарных млекопитающих, единственный, представители которого способны к активному полету, такой разброс составляет 10 раз. Этот второй по величине после грызунов отряд включает в себя 1200 видов, что составляет 1/5 от общего числа ныне живущих видов млекопитающих. Например, вампир обыкновенный (десмод) при малом весе, около 29 грамм, имеет максимальную (зарегистрированную) ПЖ 29,2 года. Первые опыты П. И. Бахметьева по анабиозу рукокрылых вызвали огромный интерес аж в 1901 году в связи с проблемой долголетия людей.
Моделей становится больше и больше, вот последнее поступление – рыбка Nothobranchius furzeri (Нотобранх Фурцера), вид лучеперых рыб. Рыбка названа в честь натуралиста-исследователя Ричарда Фурцера из Родезии, обнаружившего вид в национальном парке Гонарежу в Зимбабве. Она живет в полузасушливых районах в сезонных водоемах, пересыхающих в сухой сезон. Когда водоем пересыхает, все рыбки погибают и остается только икра в латентном состоянии в сухой грязи. У рыбки короткая ПЖ (3–4 месяца), секвенирован ее геном, и есть очевидные признаки старения. Этот комплекс из трех факторов говорит, что у данной рыбки большие перспективы в модельных исследованиях старения будущего. Но насколько это будет отражать старение человека или любого другого долгоживущего вида, непонятно.
Основанием для использования животных в геронтологии является предположение, что, когда процессы старения в живых организмах станут более ясны, прояснится и со старением у человека. Но это предположение построено только на рациональном мышлении. И вот пример, авторами было высказано предположение, что различие в чувствительности к кислороду между клетками мыши и человека объясняет их разные темпы старения. Для подтверждения этой гипотезы они культивировали клетки 16 видов грызунов с различными сроками жизни в 3 % и 21 % кислорода и сравнивали их темпы роста. Неожиданно фибробласты, полученные от лабораторных штаммов мыши, были единственными клетками, демонстрирующими исключительную чувствительность к кислороду. Фибробласты хомячка, ондатры, капибары, паки, белки, бобра, голого землекопа и диких пойманных мышей были слабо чувствительны к кислороду, тогда как клетки крысы, песчанки, оленя, мыши, бурундука, морской свинки и шиншиллы не показали разницы в скорости роста при разном уровне кислорода. Авторы пришли к выводу, что чувствительность фибробластов к кислороду напрямую не связана с видовой ПЖ.
Одна из частых моделей для изучения старения – это плодовая мушка. Недавно один из известных биологов вырастил короткоживущую мушку буквально у себя на кухне, что подтверждает, на мой взгляд, только то, что этот показатель у мушки довольно легко варьирует.
Наиболее широко в экспериментальной геронтологии используют в качестве воздействия на модель ограничение калорийности питания. В качестве моделей, на которых изучают ограничение питания, иногда используют даже приматов, например, макак резусов. И тут встает интересный казус: чтобы изучить, как повышается смертность только в зависимости от возраста, животных надо поместить в идеальные условия вольера, но это не будут естественные условия обитания. Тогда встает вопрос, что же мы изучаем? Отвечаю, мы изучаем не ПЖ примата, а ПЖ приматов в искусственных условиях, в которых мы исключаем фактор среды естественного обитания. Т. е. мы создаем условия для продления жизненного цикла обезьяны и достижения ею того возраста, который, как правило, не встречается в дикой природе.
За более чем 80 лет таких модельных работ много раз было показано, что ограничение питания увеличивает ПЖ моделей. Даже уже существует общепринятое высказывание: ешьте меньше, живете дольше. Но так ли это и для всех ли это действует? Детям в Африке явно не подходит, ВОЗ на сегодня тратит в два раза больше средств на борьбу с голодом и с его последствиями, чем на борьбу с ожирением.
Если взять базу pubmed, то там есть исследования на любой вкус и с любыми результатами, но в доброй половине статей есть различные искажения и ошибки. А если их глубоко проанализировать, то дизайн исследования крайне спорен. Например, ученые сравнивают ограниченных по калорийности животных с теми, кто имеет неограниченный доступ к кормушке, или берут короткоживущие линии, которые хорошо реагируют на большинство воздействий, тогда как долгоживущие линии практически не реагируют на воздействие.
У всех долгоживущих моделей уже нашли какие-то особенности, на изучение которых делают ставки: например, голый землекоп имеет длинную цепочку гиалуроновой кислоты, и он живет в условиях гипоксии (вероятно, и в гиперкапнии), с которой связывают его долгую жизнь. У десмода другая особенность – активированы мобильные генетические элементы транспозоны и т. д.
У мыши, выведенной в Университете Алабамы, активирована мутация, приводящая к митохондриальной дисфункции, в результате появляются морщинистая кожа и обширная алопеция (потеря волос) в течение нескольких недель. Когда функция митохондрий восстанавливается путем выключения гена, ответственного за дисфункцию митохондрий, мышь возвращается к гладкой коже и густой шерсти, неотличимой от здоровой мыши того же возраста. У людей также с возрастом наблюдается снижение функции митохондрий во время старения. Истощение ДНК в митохондриях также связано с человеческими митохондриальными заболеваниями, сердечно-сосудистыми заболеваниями, диабетом, возрастными неврологическими расстройствами и онкопатологией. Эта модель мыши тоже интересна, но связь мышей и человека тут самое слабое звено в рассуждениях.
Подумайте сами над следующим примером: учеными показан рост ПЖ специально созданных больных мышей (с 290 до 335 суток) с помощью антиоксиданта SkQ1. Вещество мыши получали в течение 100 дней. Авторы показали замедленное появление признаков старения, таких как алопеция, потеря массы тела и других. Но внимание: в другой работе указано, что медианная ПЖ этих же мышей составляет 336 суток. Вот это я называют феноменом геронтолога, ученые сами попадают в ловушки отсутствия у себя критического мышления. Да, мое мнение: геронтологи в целом имеют низкий уровень критического отношения к своим работам.
Сравнивая видовые особенности наиболее частой модели в геронтологии – мыши, ее клетки по сравнению с клетками человека имеют: более длинные (от 30 до 200 триплетов) и гипервариабельные теломеры, а у человека только 7—15 триплетов, ее теломераза активна во многих тканях мыши, тогда как соматические клетки человека лишены теломеразной активности, мышь более чувствительна к оксидативному стрессу, у нее менее эффективны системы репарации ДНК. Мышь также более чувствительна к действию большинства известных канцерогенных агентов. Интересно, что и крысы, и мыши не обладают такой совершенной системой терморегуляции, как у человека, и у них можно понизить температуру тела рядом факторов (снижением кислорода, повышением углекислого газа, ограничением питания) до температуры 16 градусов на несколько суток без повреждения функции их ЦНС. Тогда как человеку можно понизить температуру тела только до 30–33 градусов при сложных операциях, поэтому, мое мнение, опыты на мышах никогда нельзя будет перенести на человека.
Именно то, что у различных долгоживущих животных, которых иногда называют нестареющими, находят присущие им какие-то особенности, причем у каждого вида свои, мне говорит, что, вероятно, у механизмов, обеспечивающих ПЖ конкретного вида, могут быть свои эволюционные пути формирования. А сама ПЖ – это побочный и не очень важный после размножения и выкармливания потомства продукт эволюции. Возможно, что изучение моделей мало что даст пониманию механизмов старения интересующего нас вида – человека.
Чем дальше человек стоит в эволюции от используемой модели, тем меньше практический результат, что косвенно подтверждается, что перенесение результатов с моделей на человека, пока, а это 83 года существования экспериментальной геронтологии на моделях, не дало никакого результата. Естественный отбор как движущая сила эволюции не понимает семантики человеческой речи, он работает на уровне биохимической адаптации, периодически пропуская виды через эволюционные огненные трубы, иногда и резко изменяющейся в условиях окружающей среды. И когда в качестве моделей в экспериментальной геронтологии человек берет другие виды, это приводит к изучению ПЖ именно других конкретных видов и к ПЖ человека не имеет прямого отношения.
Для практического применения изучения старения животных они должны иметь три критерия:
• наличие таких же возрастзависимых заболеваний, что и у нашего вида;
• болезни должны быть желательно в тех же клинических формах, что и у человека;
• структура причин смертности моделей должна приблизительно соответствовать человеческой.
При таком подходе список интересующих нас моделей будет крайне ограничен. В противном случае у нас будет такое же заблуждение, как и в случае с инфильтрационной теорией атеросклероза академика Н. Н. Аничкова, и мы вернемся к обсуждению теории Вирхова, как это происходит фактически сейчас, через 150 лет. Причина в том, что модель, которая была использована (кролики), не болеет атеросклерозом, а если им вливать чистый холестерин в глотку, то он не будет в такой форме, как у человека. Да и быстро пройдет, если прекратить вливать холестерин.
Вот эмоциональное письмо моего читателя: «Если чувствуете себя крысой, ищите рекомендации для продления своей жизни у крыс. Рекомендаций по продлению ПЖ в медиапространстве сегодня очень много, препараты все серьезнее и серьезнее, результаты на мышах все более многообещающие. Но люди не мыши, мы не можем прижаться друг к другу в углу клетки, чтобы переждать период неблагоприятных воздействий. Мы живем во время чрезмерных психоэмоциональных нагрузок, вредных для здоровья продуктов питания, горящих помоек. У человека же разумного вопрос о продлении жизни лежит все-таки в области его интеллекта. Пример – недавно ушедший Стивен Хокинг (1942–2018), который, с крысиных позиций, совсем был не жилец».
Под моделью для исследования старения подразумевают и заболевания, которые, как полагают, связаны с механизмами старения. Например, группа ламинопатий – это гетерогенная группа заболеваний, которые вызываются мутациями в генах, кодирующих белки ламины. К ламинопатиям, интересующим геронтологов, можно отнести семейную частичную липодистрофию, синдром Хатчинсона – Гилфорда и синдром Вернера. Сюда же можно отнести и такие заболевания, как атеросклероз, болезнь Альцгеймера, диабет 2-го типа, онкопатологию, остеопороз, синдромы старческой астении, старческую саркопению и саркопеническое ожирение.
В процессе написания этой главы о модельных животных я получил много замечаний от специалистов по данной вроде бы простой, но очень сложной теме. Например, голый землекоп в лабораторных условиях живет в условиях нормоксии для человека, что для него является гипероксией, однако живет так же долго. Но какое это отношение имеет к человеку, они также не указали.
Механизмы формирования видовой ПЖ и связанного с ним старения у различных видов сильно отличаются.
Все модельные картины, удаленные в эволюции от человека, не дают ответа на вопрос «Как продлить ПЖ человека?».
Чем ближе модель в эволюции к нашему виду, тем больше практического смысла в исследованиях.
Для ускорения процесса изучения старения следует исследовать патофизиологию возрастзависимых заболевавний нашего самого обычного современника преклонного возраста.
