Полина Лосева - Против часовой стрелки. Что такое старение и как с ним бороться

Кроме того, с возрастом митохондрий в клетках становится меньше. Активные формы кислорода вносят мутации [431] Kirkwood T. B. L. & Kowald A. The free‐radical theory of ageing – older, wiser and still alive // BioEssays. 2012 May; 34 (8): 692–700. в митохондриальную ДНК, а дальше митохондрии-мутанты конкурируют друг с другом в клетке и постепенно погибают. Недавно японские ученые подсчитали [432] Kitazoe Y., Kishino H., Tanisawa K., Udaka K., Tanaka M. Renormalized basal metabolic rate describes the human aging process and longevity // Aging Cell. 2019 Jun; 18 (4): e12968. , что каждый год у человека в клетках гибнет на 0,36 % больше митохондрий, чем образуется. Эта цифра кажется небольшой, но если человек живет достаточно долго, то разница становится существенной: за 104 года жизни из 1000 митохондрий остается всего 685. Соответственно, они могут поставлять все меньше энергии и ее перестает хватать на внутриклеточный ремонт.

Так или иначе, чем больше радикалов, тем выше уровень стресса. Слабый окислительный стресс возникает каждый раз, когда кислород попадает в клетку. Сильный развивается реже – например, если кислорода слишком много или если клетка не способна противостоять слабому. В ответ на сильный стресс клетки стареют, то есть перестают делиться, начинают выделять SASP (набор провоспалительных белков) и приобретают прочие признаки сенесцентности. Этот феномен назвали стресс-индуцированным старением (SIPS, stress-induced premature senescence). То есть для того, чтобы состарить клетку, много времени не нужно: достаточно большой дозы окислительного стресса.

Таким образом, свободные радикалы становятся неизбежным побочным продуктом дыхания и расплатой клетки за возможность получать энергию. Мы могли бы жить одним гликолизом и сопутствующими процессами, как делают дрожжи, но тогда нам не хватило бы ресурсов на сокращение мышц и работу нейронов нервной системы. Сложное устройство нашего тела не позволяет ему обойтись без кислорода. И в этом смысле Раттан, безусловно, прав: каждый кусок пищи и каждый вдох увеличивает количество активных форм кислорода и, следовательно, усиливает в клетках окислительный стресс (накопление свободных радикалов и повреждение белков).

Свободнорадикальная теория старения, как и другие теории из группы "wear and tear", подразумевает, что старение неотвратимо. Поскольку жить без кислорода мы не умеем, то неизбежно будем дышать и сжигать глюкозу, а кислород будет поставлять нам свободные радикалы, разрушая клетки изнутри. И чем больше активных форм кислорода, тем короче жизнь [433] Golden T. R., Hinerfeld D. A., Melov S. Oxidative stress and aging: beyond correlation // Aging Cell. 2002 Nov; 1 (2): 117–123. .

Впрочем, не стоит думать, что клетки совершенно беззащитны перед лицом свободных радикалов. Одновременно с дыханием клетки производят антиоксиданты – вещества, которые нейтрализуют активные формы кислорода. Это, например, белки: супероксиддисмутаза, которая борется с супероксидом, или каталаза, которая разлагает перекись водорода на воду и кислород. В качестве антиоксидантов могут выступать и другие вещества, для которых эта функция не основная, – например, витамины С и Е.

Тем не менее антиоксиданты то и дело "пропускают" какое-то количество активных форм кислорода, поэтому некоторые молекулы от них все-таки страдают. На испорченные молекулы у клетки тоже есть управа – мы уже говорили о ней во второй части книги – это системы уборки мусора: белки репарации (которые чинят ДНК), протеасомы (которые расщепляют испорченные белки) и аутофагия (процесс переваривания белковых комков или целых органелл). Однако небольшой процент повреждений неизбежно ускользает и от них, и с возрастом количество окисленных макромолекул в клетке растет [434] Stadtman E. R. Protein oxidation and aging // Science. 1992 Aug; 257 (5074): 1220–1224. .

Логично предположить, что можно продлить жизнь, снизив уровень окислительного стресса. Вероятно, с этим в том числе связано долголетие голых землекопов: в подземных тоннелях, где они живут, нет солнечного света, а вместе с ним и ультрафиолетовых лучей – источника свободных радикалов в клетках. Кроме того, под землей концентрация кислорода в воздухе несколько ниже [435] Šumbera R. Thermal biology of a strictly subterranean mammalian family, the African mole-rats (Bathyergidae, Rodentia) – a review // Journal of Thermal Biology. 2019 Jan; 79: 166–189. , чем на поверхности: около 20 % вместо положенных 21 %. Вероятно, забравшись поглубже, голые землекопы скрылись не только от хищников, но и от источников окислительного стресса.

Есть среди животных и такие, которые умеют избавляться от стресса на все 100 %. Для этого они впадают в ангидробиоз, то есть практически полностью высыхают. Это умеют круглые черви, некоторые раки, тихоходки и другие беспозвоночные, но лучше всего эта форма существования изучена у африканского комара-звонца Polypedilum vanderplanki . Он обитает в Африке, к югу от Сахары. Четыре дождливых месяца в году, когда животные могут размножаться, сменяются восемью месяцами жестокой жары. Личинки комаров обычно выводятся в лужах на поверхности гранитных скал, поэтому жаркие две трети года им приходится пережидать в виде сушеной "мумии".