Первой теорией, которая непосредственно вовлекала митохондрии в процесс старения, была свободнорадикальная митохондриальная теория старения. Поскольку митохондрии вырабатывают энергию, они постоянно имеют дело с высокореактивными химическими веществами, особенно с кислородом. Если митохондрия слегка пошатнет невероятно сложную химическую реакцию, лежащую в основе безопасного производства энергии, то может создать свободный радикал. Это высокореактивное химическое вещество, способное вызвать хаос в клетке, повреждая белки, ДНК и любые другие критически важные молекулы, с которыми сталкивается. Три наиболее биологически важных свободных радикала – это OH, NO и ONOO-: с такими названиями они, несомненно, являются главными подозреваемыми в причинении клеточного ущерба.
Теперь мы знаем, что простая идея митохондриальных свободных радикалов как биохимических берсерков[38], ускоряющих старение, является чрезмерным упрощением. Если бы старение сводилось к неправильному управлению свободными радикалами, то эффективный эксперимент состоял бы в том, чтобы увеличить у животных встроенную защиту от них и наблюдать, как удлиняется продолжительность жизни. Мыши, генетически модифицированные таким образом, чтобы иметь дополнительные копии антисвободнорадикальных генов, живут не дольше обычных особей. Хуже того, противоположное тоже не имеет никакого значения: в эксперименте с червями ученые удалили все пять антисвободнорадикальных генов, называемых генами SOD. И черви пострадали от значительного усиления повреждения свободными радикалами, но их продолжительность жизни не изменилась.
Недавние исследования показали, что свободные радикалы являются частью обширного молекулярного словаря, который клетки используют для общения и регулирования поведения. Они говорят клеткам, когда расти и останавливаться в развитии, и управляют такими процессами, как апоптоз и старение клеток. Иммунные клетки используют их как оружие, подавляя вторгающиеся бактерии атакой свободных радикалов. Жизнь имеет дело со свободными радикалами буквально миллиарды лет. Если оглянуться назад, становится очевидно: предположение, что эволюция оставит наши клетки на их милость, – это упрощение.
Новое, более тонкое понимание свободных радикалов не позволяет им получить полное оправдание. Они все еще могут повредить основные биологические молекулы, и кажется маловероятным, что это буквально не имеет никакого эффекта. Митохондрии играют центральную роль в процессах от роста до гибели клеток, и, как мы видели, их поведение меняется с возрастом. Таким образом, митохондрии играют ключевую роль в процессе старения.
7. Неисправность системы клеточных сигналов
По всему телу клетки постоянно общаются, бесконечно обмениваясь молекулярными сообщениями с соседними клетками или теми, что находятся в другой части организма. Эта химическая телекоммуникационная сеть оказывает огромное влияние на физиологию: от половых гормонов до сна, роста и координации работы иммунной системы. Все эти эффекты вместе известны как система клеточных сигналов – и, конечно, с возрастом и тут начинают возникать неисправности.
Растущая дисфункция системы клеточных сигналов – одна одной из причин, по которой старение происходит сразу после десятилетий, проведенных в целом в хорошем состоянии здоровья. Поскольку эти сигналы распространяются по всему телу, рассеиваются в крови, то могут синхронизировать вредные эффекты в тканях. Хуже того, это порочный круг – по мере того как состояние клеток ухудшается, портится работа постаревшей системы клеточных сигналов, поэтому химические вещества, которые они выделяют, ухудшают ситуацию еще больше. Этот негативный кумулятивный эффект способствует экспоненциальному увеличению риска смерти в пожилом возрасте.
Одно из главных изменений сигналов в стареющем теле происходит из-за процесса, к которому мы будем неоднократно возвращаться в этой книге, известному как воспаление. Воспаление – это первая линия защиты организма от инфекции и травмы, которая часто приводит к тому, что в месте повреждения возникает отек. Воспалительный ответ – это молекулярный эквивалент вспышки болезни, призывающий клетки иммунной системы броситься в бой с захватчиками или начать заживление раны. В молодости нормальный процесс воспаления жизненно важен для избавления от инфекции и борьбы с травмами.
В пожилом возрасте воспалительная реакция может застопориться на слишком высоком уровне готовности, известном как «хроническое воспаление», что на самом деле подпитывает процесс старения.
Этот процесс постепенного усиления воспаления с возрастом настолько распространен, что его окрестили «воспалительным старением». Вы можете увидеть это в результатах анализа крови: концентрация С-реактивного белка, уровень которого врачи часто измеряют, чтобы проверить, есть ли у вас инфекция, и интерлейкина-6, еще одной молекулы, используемой для сигнальных путей иммунной системы, как известно, увеличивается с возрастом. Не только это, но и наличие высоких значений воспалительных маркеров в данном возрасте коррелирует с риском развития многих заболеваний, связанных со старением, с которыми мы уже очень хорошо знакомы: рака, болезней сердца, деменции и так далее. По-видимому, большинство возрастных изменений так или иначе усугубляются воспалением.
Причины такого постепенного нарастания воспаления многообразны. Мы уже обсуждали один источник этой спиральной деградации системы клеточных сигналов: стареющие клетки и токсичный SASP. Некоторые компоненты SASP – это именно те иммунореализующие молекулы, что способствуют общему состоянию повышенной готовности, а уровень тревоги возрастает с неуклонным накоплением стареющих клеток в процессе взросления. Есть также возрастные повреждения, такие как окисленные, гликированные или иным образом разрушенные белки, которые мы обсуждали. Как и в случае со стареющими клетками, работа иммунной системы состоит в том, чтобы избавиться от этих поврежденных молекул. В конце концов, по мере того как их становится все больше, по всему телу постоянно раздается низкий гул криков о помощи. Есть также персистирующие инфекции, которые организм может держать под контролем, но никогда полностью не искоренит (подробнее об этом в ближайшее время). Опять же, это приводит к постоянному низкоуровневому фону иммунной гиперактивности с пагубными результатами.
У пациентовс хроническими воспалительными заболеваниями часто развивается инсулинорезистентность.
Когда дело доходит до системы клеточных сигналов, существует также тесная связь между реакцией организма на пищу и вредными химическими сигналами, связанными со старостью. Это известно как нерегулируемое восприятие питательных веществ, потому что тела теряют способность воспринимать питательные вещества и адекватно реагировать на их присутствие. И ключевыми экспериментами, лежащими в основе этого, являются исследования пищевого ограничения, с которым мы познакомились в предыдущей главе. Отчасти это связано с инсулинорезистентностью – предвестником диабета: состоянием, когда тело не реагирует должным образом на гормон инсулин, который программирует клетки вытягивать сахар из крови и хранить его для последующего использования. Мы все сейчас живем в среде с легким доступом к еде или напиткам, включая множество очень сладких продуктов. Из-за этого многие из нас подвержены риску развития диабета, особенно с возрастом[39]. У людей с инсулинорезистентностью или диабетом инсулин становится гормоном, который кричит «Волк[40]!». И, даже если вырабатывается больше инсулина, его призыв к оружию остается без внимания. Мышечные, жировые и печеночные клетки, которые обычно связывают сахар, игнорируют сигнал инсулина и оставляют глюкозу в крови, где она может нанести вред.
