Иммунологическая теория старения

Иммунологическая теория старения

Теломерная теория Оловникова развитие теории Хейфлика

В 1971 г. научный сотрудник Института биохимической физики РАН А.М. Оловников, используя данные о принципах синтеза ДНК в клетках, предложил гипотезу, по которой «предел Хейфлика» объясняется тем, что при каждом клеточном делении хромосомы немного укорачиваются. У хромосом имеются особые концевые участки - теломеры, которые после каждого удвоения хромосом становятся немного короче, и в какой-то момент укорачиваются настолько, что клетка уже не может делиться. Тогда она постепенно теряет жизнеспособность - именно в этом, согласно теломерной теории, и состоит старение клеток. Открытие в 1985 г. фермента теломеразы, достраивающего укороченные теломеры в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие, стало блестящим подтверждением теории Оловникова. Правда, предел в 50-60 делений справедлив далеко не для всех клеток: раковые и стволовые клетки теоретически могут делиться бесконечно долго, в живом организме стволовые клетки могут делиться не десятки, а тысячи раз, но связь старения клеток с укорочением теломер является общепризнанной.

Интервью на Радио Свобода

Теория апоптоза (самоубийства клеток)

Академик В.П. Скулачев называет свою теорию теорией клеточного апоптоза. Апоптоз (греч. «листопад») - процесс запрограммированной гибели клетки. Как деревья избавляются от частей, чтобы сохранить целое, так и каждая отдельная клетка, пройдя свой жизненный цикл, должна отмереть и ее место должна занять новая. Если клетка заразится вирусом, или в ней произойдет мутация, ведущая к озлокачествлению, или просто истечет срок ее существования, то, чтобы не подвергать опасности весь организм, она должна умереть. В отличие от некроза - насильственной гибели клеток из-за травмы, ожога, отравления, недостатка кислорода в результате закупоривания кровеносных сосудов и т.д., при апоптозе клетка аккуратно саморазбирается на части, и соседние клетки используют ее фрагменты в качестве строительного материала.

Самоликвидации подвергаются и митохондрии - изучив этот процесс, Скулачев назвал его митоптозом. Митоптоз происходит, если в митохондриях образуется слишком много свободных радикалов. Когда количество погибших митохондрий слишком велико, продукты их распада отравляют клетку и приводят к ее апоптозу. Старение, с точки зрения Скулачева, - результат того, что в организме гибнет больше клеток, чем рождается, а отмирающие функциональные клетки заменяются соединительной тканью. Суть его работы - поиск методов противодействия разрушению клеточных структур свободными радикалами. По мнению ученого, старость - это болезнь, которую можно и нужно лечить, программу старения организма можно вывести из строя и тем самым выключить механизм, сокращающий нашу жизнь.

По мнению Скулачева, главная из активных форм кислорода, приводящих к гибели митохондрий и клеток - перекись водорода. В настоящее время под его руководством проходит испытания препарат SKQ, предназначенный для предотвращения признаков старения.

Интервью "Новой Газете".

Адаптационно-регуляторная теория

Модель старения, разработанная выдающимся украинским физиологом и геронтологом В.В. Фролькисом в 1960-70-х гг., основана на широко распространенном представлении о том, что старость и смерть генетически запрограммированы. «Изюминка» теории Фролькиса состоит в том, что возрастное развитие и продолжительность жизни определяются балансом двух процессов: наряду с разрушительным процессом старения развертывается процесс «антистарения», для которого Фролькис предложил термин «витаукт» (лат. vita - жизнь, auctum - увеличивать). Этот процесс направлен на поддержание жизнеспособности организма, его адаптацию, увеличение продолжительности жизни. Представления об антистарении (витаукте) получили широкое распространение. Так, в 1995 г. в США состоялся первый международный конгресс по этой проблеме.

Существенным компонентом теории Фролькиса является разработанная им генорегуляторная гипотеза, по которой первичными механизмами старения являются нарушения в работе регуляторных генов, управляющих активностью структурных генов и, в результате, интенсивностью синтеза закодированных в них белков. Возрастные нарушения генной регуляции могут привести не только к изменению соотношения синтезируемых белков, но и к экспрессии ранее не работавших генов, появлению ранее не синтезировавшихся белков и, как результат, к старению и гибели клеток.

В.В.Фролькис полагал, что генорегуляторные механизмы старения являются основой развития распространенных видов возрастной патологии - атеросклероза, рака, диабета, болезней Паркинсона и Альцгеймера. В зависимости от активации или подавления функций тех или иных генов и будет развиваться тот или иной синдром старения, та или иная патология. На основе этих представлений была выдвинута идея генорегуляторной терапии, призванной предупреждать сдвиги, лежащие в основе развития возрастной патологии.

Иммунные регуляторные процессы в старческом возрасте

С возрастом наблюдается прогрессивное угнетение всех звеньев иммунной системы, Так, если максимальный иммунный ответ регистрируется в периоде полового созревания, то у старых людей он составляет всего лишь 1--2% от молодых. Не все иммунные реакции изменяются в равной степени, некоторые длительный срок сохраняются постоянными. Более всего страдает Т-звено иммунитета. По словам американского иммунолога Т. Мейкинодана «с годами в организме повреждается полицейская функция иммунной системы», что в первую очередь связано с возрастной инволюцией вилочковой железы, начинающейся с 15--20 лет и сопровождающейся уменьшением его массы, ослаблением функции и синтеза регуляторных факторов, что приводит к закономерному прогрессивному подавлению тимусзависимого звена иммунитета. Указанные процессы связаны с уменьшением количества стволовых клеток и некоторой дефективностью их функционирования (снижение способности к миграции из костного мозга в центральные органы иммунной системы, большая чувствительность к ионизирующей радиации и т. д.). Одновременно снижается содержание Т-лимфоцитов. Также несколько затор-маживается вступление старых клеток в митотический цикл. Изменяется соотношение регуляторных субпопуляций лимфоцитов. Уменьшается количество Т-супрессоров (по другим данным оно несколько повышается) и нормализуется или увеличивается -- Т-хел-перов. Все эти нарушения происходят на фоне общей лимфопении. Общее содержание лимфоцитов в периферической крови резко падает с 5 млрд/л в раннем возрасте, до 2 млрд/л к 20 годам. Затем эти количественные параметры сохраняются в течение последующих 30 лет жизни. С конца четвертого десятилетия число лимфоидных клеток снижается, составляя до 1,5 млрд/л у стариков старше 80 лет. Экспериментальные исследования показали, что взаимодействие Т-хел-перов и В-лимфоцитов у пожилых лиц происходит значительно хуже, чем у молодых. Эти данные свидетельствуют о том, что и В-звено иммунитета подвергается негативным изменениям: у стариков наблюдается падение нормальных AT, включая изогемагглютинины. Изве-стно, что самое низкое их количество наблюдается сразу после рождения, к 5--10 годам оно увеличивается в 15--20 раз, затем медленно снижается и приближается к величинам первого года жизни. Это необходимо учитывать при определении группы крови у пожилых лиц.

Особенно страдает первичный иммунный ответ. На вакцинацию вырабатываются низкоавидные AT класса IgM и лишь вторичная иммунная реакция в старости оказывается более сохранной. Поэтому для формирования полноценного напряженного иммунитета необходимо осуществлять несколько повторных иммунизаций. Если организм был вакцинирован Аг в молодости, то при вакцинации в старческом возрасте нарушение антителообразования может быть небольшим. Парадокс в том, что снижение выраженности иммунного ответа наблюдается на фоне увеличения общего количества иммунных глобулинов. Факторы неспецифической антиинфекционной резистентности ингибируются меньше. Падает функциональная активность макрофагов, сегментоядерных нейтрофилов и бактерицидность нейтро-фильных гранулоцитов, хотя их общее количество не меняется. Уменьшается активность лизоцима, общая бактерицидность сыворотки крови, образование интерферона, менее выражена воспалительная реакция. Содержание комплемента увеличивается у мужчин на шестом десятке жизни, у женщин -- на 10 лет позже, далее происходит его снижение.

Исследование реакции ГЗТ у пожилых людей свидетельствует о сниженной реактивности на Аг, с которыми они контактировали в молодости. К этому надо добавить угнетение аллергических реакций третьего типа (иммунокомплексных) и ингибицию синтеза IgE (аллергия первого типа). Вместе с тем, снижение барьерной функции кожи и слизистых оболочек способствует более легкому повышению чувствительности организма к химическим веществам, возбудителям, их токсинам и т. п. . Все это увеличивает риск развития в старости бронхиальной астмы. Совершенно закономерно в пожилом возрасте увеличивается частота индукции аутоиммунных реакций. В ее основе лежит усиление соматических мутаций, ослабление супрессорных механизмов, в результате чего иммунокомпентентные клетки становятся аутоагрессив-ными. Иногда эти состояния имеют связь с предыдущими патологическими процессами, но чаще индуцируются у совершенно здоровых людей. У стариков выявляются AT против ДНК, тиреоглобулина, внутреннего фактора слизистой оболочки желудка, клеточных ядер, митохондрий, теофибрилл, клеточных мембран, лимфоцитов, эритроцитов, ткани поджелудочной железы, надпочечников, печени, сердца, мозга. У женщин уровень аутоантител выше, чем у мужчин, но пик их активности приходится на 10 лет позже.

Развитие иммунных расстройств часто происходит на фоне возрастного гормонального дисбаланса -- гипотиреоза, диабета, нарушений функции гипофиза, надпочечников или яичек. На основании этого была сформулирована иммунологическая теория старения: старение начинается с инволюции тимуса, что вызывает увядание иммунитета, вслед за которым наступает старение других органов, которое, возможно, имеет аутоиммунную основу. Этот процесс происходит отчасти в результате подавления супрессорных механизмов и изменения пространственных структур Аг гистосовме-стимости. Эти Аг с течением времени начинают приобретать элементы чужеродности, запуская губительную для индивида реакцию отторжения. Таким образом, иммунокомпетентные клетки вилочковой железы оказываются контрольно-часовым механизмом, регулирующим продолжительность жизни. Поэтому долгожители являются иммунологической элитой, у которых инволюция тимуса замедлена.

К этому надо добавить то, что у стариков снижается содержание низкомолекулярных нуклеиновых кислот и повышается активность нуклеаз. Дефицит нуклеиновых кислот может оказаться дополнительным фактором усугубления иммунных расстройств. К сожалению, пока еще методы коррекции возрастных изменений системы иммунитета не разработаны. В экспериментальных исследованиях удалось замедлить процессы старения животных при содержании их на рационе с ограниченной энергетической ценностью либо на пище с достаточным количеством калорий, но со сниженным содержанием белка. Другой метод заключается в снижении температуры тела, создании условий для формирования гипоксии определённой степени, как это бывает при проживании в условиях высокогорья. Третий путь представляет собой применение стариками тимусных препаратов, в какой-то степени компенсирующих угасающую функцию вилочковой железы, обогащение рациона низкомолекулярными нуклеиновыми кислотами и другие подходы.

Подход к коррекции возрастых иммунопатологий

П е р е ч е н ь  м е т о д о в  и  с р е д с т в  в о з д е й с т в и я  на  и м м ун н ую  с и с т е м у.    В настоящее время в клинической иммунологии имеется ряд методов и средств воздействия на иммунную систему. И м м у н н а я  и н ж е н е р и я: 1) трансплантация костного мозга; тимуса;  костного мозга, тимуса и грудины; эмбриональнoй печени; 2) иммуноглобулинотерапия; 3) экстракорпоральные методы: иммуносорбция, гемосорбция. Г о р м о н ы  и  м е д и а т о р ы  и м м у н н о й  с и с т е м ы: 1) гормоны тимуса; 2) миелопептиды (миелопид); 3) интерфероны; 4) интерлейкины (ИЛ-2 и др.); 5) другие биологически активные молекулы. Ф а р м а к о л о г и ч е с к и е  с р е д с т в а: 1) синтетические (левамизол, диуцифон, изопринозин); 2) иммуностимуляторы естественного происхождения (вакцины, эндотоксины); 3) препараты неспецифического воздействия.   Из указанных методов и средств воздействия на иммунную систему мы остановимся лишь на медикаментозных препаратах. Следует отметить, что в большинстве случаев лекарственные средства оказывают комплексное воздействие на различные звенья иммунной системы . Поэтому разделение препаратов на группы по преимущественному влиянию на отдельные звенья иммунной системы достаточно условно. Часть из них используется именно как препараты комбинированного действия.

И м м у н о ц и т о к и н ы  к а к  н о в о е  н а п р а в л е н и е  в  и м м у н о к о р р е к ц и и.    Разработка доступных методов оценки многих цитокинов позволила сформулировать понятие об иммуноцитокиновом статусе и определить круг иммунопатологии, при которых сущуственно нарушена их продукция и рецепция. Наиболее важные в клинической практике иммуноцитокины:   

*Лекарственные препараты на основе цитокинов нашли применение в лечении больных злокачественными новообразованиями, аплазии кроветворения, ряда иммунопатологий. Следует отметить, что  во всех случаях рекомбинантные препараты цитокинов используются преимущественно парентерально. В последние годы разработан новый лечебный принцип (Ковальчук Л.В., Ганковская Л.В. и др. Авт. св.N1498498, 8.04.89г.), основынный на локальном применении аутологичных и аллогенных (или гетерологичных) цитокинов. *Цитокины, как короткоживущие продукты короткодистантного действия оказывают желаемый эффект в условиях их высокой локальной концентрации. Особенностью разработанного метода локальной иммунокоррекции является использование собственных (аутолимфокинотерапия) или аллогенных (или гетерологичных) цитокинов, полученных в результате стимуляции лимфоцитов периферической кровью в культуре in vitro. 

*  Метод аутолимфокинотерапии проводится в два этапа. На первом этапе получают аутологичные цитокины путем выделения мононуклеарных клеток из периферической крови, стимуляции их митогеном (например ФГА), отделение аутологичного супернатанта, стерилизации и оценки его биологической активности. На втором этапе смесь эндогенных иммуноцитокинов, стандартизированных по белку и биологической активности наносят на поврежденную поверхность в течение 5-7 суток. 

*  Авторами разработан также  метод получения гетерологичных свиных цитокинов, которые по многим параметрам сходны по механизму действия с цитокинами человека.  

* Введенные экзогенно цитокины выполняют двойственную функцию. С одной стороны, они инициируют выход клеток крови в рану. С другой стороны запускают цитокиновый каскад клетками раневой поверхности. Показано прямое действие цитокинов на синтез коллагена, пролиферацию фибробластов, эндотелия и др. Это способствует созреванию грануляционной ткани и восстановлению дефекта без образования грубых рубцов. 

*  Опыт клинического применения аутолимфокинотерапии показал высокую эффективность метода при ряде заболеваний, включая обширные длительно незаживающие кожные дефекты у женщин после кесарева сечения, раны на слизистой после операций по поводу гнойного парадонтита, проникающих ранений роговицы.

* Несмотря на различную локализацию тканевого дефекта получены обшие закономерности течения воспаления и регенерации, которые сводятся в основном к следующему: 1. Быстрое исчезновение признаков воспаления. 2. Ранняя эпителизация. 3. Аналгезирующий эффект. 4. Ограничение применения антибиотиков и гормональных     препаратов. 5. Продление сроков ремиссии пр    и хронических процессах.  

* Всвязи с этим мы считаем, что локальная иммунокоррекция цитокинами наиболее показана при таких патологических состояниях, как:    1. Экзогенные поражения тканей - ранения, термические ожоги, трофические язвы, некрозы, различные повреждения роговицы.    2. Нарушение заживления раны в группах повышенного риска  (люди пожилого возраста, больные диабетом, при нарушениях иммунитета, радиационных повреждениях и т.д.).    3. Воспалительные заболевания слизистых полости рта, желудочно-кишечного тракта, верхних дыхательных путей и пазух, мочеполовых органов, кожи, костной ткани (остеомиелит).