Доклады МОИП. Секция Геронтологии. Том 67

План охватывал свыше 50 тем, среди них такие, как «Эволюционные предпосылки возникновения генетической программы старения человека», «Роль наследственных факторов в собственно старческих и компенсаторно-старческих изменениях организма», «Биологические и социальные факторы долгожительства», «Изучение роли репартивных механизмов клетки» [71].

В 1975 году в Институте химической физики АН СССР была организована лаборатория «Количественной геронтологии» (первая геронтологическая лаборатория в АН СССР), которая развернула научную работу в сотрудничестве с Центральной клинической больницей УД АН СССР (заведующий Т. Л. Наджарян, совмещающий заведование отделением реанимации ЦКБ УД СССР, и его заместитель В. Б. Мамаев).

С самого начала в основу наших исследований был положен количественный подход в отличии от Киевского института геронтологии МЗ СССР. Мы основной акцент в нашей работе делали на математическое описание реальных процессов, которые можно объективно установить без теоретических предположений и допущений. Кроме того под руководством академика Н. М. Эмануэля и его заместителем Т. Л. Наджаряна начал свою работу московский научный семинар «Фундаментальные проблемы биологии старения», материалы которого были опубликованы в трех сборниках «Итоги науки и техники ВИНИТИ» [51, 7, 8].

«Кому нужны старые мыши?»

С этим вопросом или утверждением Н.М. открывал совместную работу лаборатории количественной геронтологии с Центральной клинической больницей УД АН СССР.

Первый подход к замедлению старение человека исследовать репликативное старение клеток человека в культуре.

И следующим этапом развития было изучение влияния антиоксидантов-геропротекторов на клетки человека, что возможно только в условиях in vitro. К этому времени были три группы работ, которые указывали на возможность такого влияния.

Во-первых, было показано [76, 89] влияние парциального давления кислорода на рост, метаболизм и клеточный цикл диплоидных клеток человека в культуре. В клеточном цикле существуют периоды, чувствительные к повышению концентрации кислорода и супероксидных радикалов. При повышении концентрации кислорода деление нормальных клеток подавлялось [88, 96].

Во-вторых, при нормальном парциальном давлении кислорода введение в культуральную среду антиоксидантов, наоборот, стимулировало деление клеток [2].

В-третьих, при сопоставлении продолжительности жизни клеток в кровяном русле c активностью СОД [57, 58], уровнем генерации супер-оксидных радикалов в гранулоцитах [75], тромбоцитах [94], эритроцитах [95] и лимфоцитах [90] видно, что гранулоциты обладают наименьшей активностью СОД, экзогенно генерируют супер-оксидный радикал и живут только 12—14 часов. А лимфоциты при высокой активности СОД экзогенно не генерируют супер-оксидные радикалы и живут 400 и более дней. Т.е. продолжительности жизни клеток крови во многом определяется степенью окислительного «стресса».

Влияние антиоксидантов-геропротекторов на репликативное старение диплоидных клеток человека [56].

Монослойное культивирование сопровождается закономерным изменением числа делящихся клеток в течение каждого пересева: в логарифмической фазе роста культуры, с 1-го по 3-ий день роста, – максимальное число делящихся клеток.

Монослой клеток образуется к 3-4-му дню культивирования. К 9-му дню культуры переходят в стационарную фазу, когда число делящихся клеток незначительно и плотный пласт фибробласто-подобных параллельно-ориентированных клеток.

В некоторых культурах в эти сроки клетки располагаются в несколько слоев – один слой перпендикулярно к другому. Вероятно, различные фазы роста после пересева моделируют состояние клеток в различных популяциях организма: возобновляющихся, растущих или стабильных популяциях.

Добавляя антиоксиданты на различных фазах роста культуры, мы воздействовали на клетки в состоянии деления и покоя. Культура в логарифмической фазе роста подобна быстро обновляющимся клеточным популяциям, а культура в стационарной фазе – медленно обновляющимся популяциям клеток взрослого организма.

При воздействии антиоксидантов на культуры лаг-фазы и фазы логарифмического роста, т.е. при добавлении эмоксипина в момент пересева число меченых 3Н-тимидином клеток достоверно увеличивается. Для изучения влияния эмоксипина на пролиферацию клеток только в экспоненциальной фазе роста культуры препарат вводили в среду через 24 часа после пересева и фиксировали еще через 24 часа, т.е. через 48 часов после пересева. В этом случае препарат даже в высокой концентрации не влиял на пролиферацию. Число меченых клеток составило в контрольных культурах Si±σ = 92,7±1,4% (11 пассаж).

В отличие от этого, введение эмоксипина в культуры, находящиеся в стационарной фазе, существенно стимулировало пролиферацию клеток. Культура стационарной фазы характеризовалась почти полным прекращением пролиферации клеток [77].

Добавление эмоксипина приводило к существенному увеличению числа меченых клеток (таблица 4).

Таблица 4. Изменение индекса меченых 3Н-тимидином клеток в стационарной культуре диплоидных клеток легкого эмбриона человека через 24 часа после добавления эмоксипина и 3Н-тимидина.

Относительно контрольных культур, которые характеризуются малой величиной числа меченых клеток (в соответствии с глубиной выраженности стационарной фазы – 11,4±3,4% и 1,8±1,4%), это увеличение выглядит более значительным (до 20,5±3,2 и 12,4±7,6% соответственно), чем в пролиферирующих культурах. Таким образом, относительная величина стимуляции возрастает с уменьшением числа ДНК-синтезирующих клеток в контрольной культуре. Под влиянием антиоксиданта число меченых клеток в стационарной фазе увеличивается примерно на 10%.

Известно, что в процессе пассирования культур диплоидных клеток человека происходит характерное для старения нормальных клеток снижение числа меченых 3Н-тимидином клеток [82, 86]. Так, в наших исследованиях на 13-м и 45-м пассажах через 48 часов культивирования число меченых клеток было 80,8±5,5% и 29,0±2,2%.

Мы изучали также влияние эмоксипина на пролиферацию ДКЧ при постоянном присутствии препарата (10—5 М эмоксипина, на протяжениии 25 суток)

на протяжении семи пассажей (с 36-го до 42-й пассаж). В этих условиях эмоксипин замедлял снижение числа клеток, синтезирующих ДНК, по мере культивирования, то есть тормозил характерное для пролиферативного старения диплоидных клеток человека снижение пролиферации. Так, в контрольных культурах с 36-го по 42-ой пассаж доля клеток, синтезирующих ДНК, снизилась с 88,7±3,7% до 66,0±8,0%. Тогда как в присутствии 10—5 М эмоксипина доля клеток, синтезирующих ДНК, на 42-ом пассаже составила только 83,6±1,7%.

Следует подчеркнуть, что в данном эксперименте при постоянном присутствии антиоксиданта в течение 7 пассажей не наблюдали изменений кариотипа и морфологии клеток. Что позволило сделать важный вывод об отсутствии токсического действия эмоксипина в дозах 10—5М на нормальные клетки человека.

Эти данные хорошо согласуются с фактами стимуляции антиоксидантами митотической активности клеток паренхимы печени и клеток эпителия тонкой кишки мышей in vivo [37, 59, 60]. Добавление в пищу мышам эмоксипина стимулировало кроветворение после кровопотери у мышей старших возрастных групп [69, 70]. Показано, что при введении антиоксидантов в дозах, увеличивающих антиокислительную активность (АОА), происходит ускорение деления клеток и уменьшения среднего времени генерации.

Напротив, антиоксиданты в дозах, уменьшающих антиокислительную активность, тормозят размножение клеток, тормозя их вступление в митоз [3, 4]

Для объяснения этих экспериментальных данных было выдвинуто несколько гипотез [5, 83, 97, 98]. Гипотезу Е. Б. Бурлаковой [5, 6, 79] можно проиллюстрировать схемой, составленной по её работам и представленной на рисунке 5.

Рис. 5. Схема влияния экзогенных, эндогенных антиоксидантов и антиокислительной активности липидов на фазы клеточного цикла

(G0, G1, S, G2). экзо АОА – экзогенные антиоксиданты, эндо АОА – эндогенные антиоксиданты, R• – свободные радикалы.

Действие свободных радикалов (R•) в наиболее чувствительные фазы клеточного цикла может подавить или полностью блокировать деление клеток (a, b, c). Эндогенные антиоксиданты, характеризующиеся высокой антиокислительной активностью, ингибируют свободно-радикальные процессы и снимают этот блок (a’, b’, c’). Той же способностью обладают и экзогенные антиоксиданты (a», b», c»). Кроме того введение экзогенных антиоксидантов способствует увеличению окисляемости эндогенных липидов и уменьшению эндогенной антиокислительной активности (d»). Таким образом, биологическая система поддерживает оптимальный уровень антиокислительной активности. Материальным субстратом, в котором осуществляется этот процесс, являются липидные образования (мембраны и липопротеиды).

Таким образом, на основании полученных результатов и литературных данных можно предположить, что одним из механизмов замедления старения животных антиоксидантами является стимуляция к делению части клеточной популяции, особенно тех, которые находились в состоянии покоя (G0-фазе). Возможно антиоксиданты-геропротекторы в оптимальной концентрации восстанавливают состояние наружной мембраны, необходимое для реализации действия факторов роста, запускающих деление клетки.

В 2009 году наступил новый период развития геронтологии после вручения Нобелевской премии за открытие механизмов защиты хромосом с помощью теломер и теломеразы, существование которых еще в 70-ые годы теоретически предсказал А. М. Оловников. Казалось, что открыт новый и единственный механизм старения в противовес свободно-радикальной теории старения. По мере исследований выяснилось, что эти механизмы существуют одновременно и как бы дополняют друг друга.

Что же дальше?

Несмотря на очевидные достижения биологии исчерпывающего ответа на вопрос: «Чем отличаются зародышевые клетки от соматических клеток?» пока нет. Ответ на этот исходный вопрос, давно поставленный Вейсманом, во многом определит дальнейшее развитие геронтологии.

Большие надежды возложены на развитие методической базы регенеративной медицины.

Список приведенной литературы и важных публикаций по теме.

1. Бурлакова Е. Б., Гаинцева В. Д., Слепухина Л. В., Храпова Н. Г., Эмануэль Н. М. Антирадикальная активность и радиозащитные свойства ингибиторов радикальных реакций. // Доклады АН СССР, 1964. Т. 155, №6. С. 1398—1400

2. Бурлакова Е. Б., Дубинская Н. И., Коперина Е. В., Пальмина Н. П. // Биофизика, 1966. Т.11, №6, С.1008—1012.

3. Бурлакова Е. Б., Пальмина Н. П. // Биофизика, 1966. Т.11. №2. С.258—262.

4. Бурлакова Е. Б., Пальмина Н. П. // Биофизика, 1967. Т.12. №6. С.1032—1036.

5. Бурлакова Е. Б. // Биофизика, 1967. Т.12. №1. С.82—88.

6. Бурлакова Е. Б. // В сб.: «Биоантиоксиданты в лучевом поражении злокачественном росте». М: Наука, 1975. С.172—199.

7. Бурлакова Е. Б. и Наджарян Т. Л. (ред.) Итоги науки и техники. Серия «Общие проблемы биологии». Том 5. Биологические проблемы старения. Замедление старения антиоксидантами. М.: ВИНИТИ, 1986.

8. Бурлакова Е. Б. и Гаврилов Л. А. (ред.) Итоги науки и техники. Серия «Общие проблемы биологии». Том 6. Популяционная геронтология. М.: ВИНИТИ, 1987.

9. Эмануэль Н. М., Семенов Н. Н. Кинетический метод исследования промежуточных продуктов автокаталитических реакций. // Доклады АН СССР, 1940. Т.28. №3. С. 220—223.

10. Эмануэль Н. М., Павлов Д. С., Семенов Н. Н. SO – промежуточный продукт реакции окисления сероводорода. // Доклады АН СССР, 1940. Т.28. №7. С. 619—621.

11. Эмануэль Н. М. Макроскопические стадии, особая роль начального периода и механизм действия ингибиторов и положительных катализаторов в цепных реакциях. // Доклады АН СССР, 1954. Т.95. №3. С. 603—606.

12. Эмануэль Н. М. Стимулирование цепных разветвленных реакций воздействием проникающих излучений в начальный период развития процесса // Докл. АН СССР, 1956. Т. 111. №6. С. 1286—1289.

13. Эмануэль Н. М. Цепная теория действия ингибиторов в процессах окисления пищевых жиров. // В кн.: Тезисы докладов на Всесоюзном научно-техническом совещании по вопросам окислительных процессов в пищевых жирах и методов защиты жиров от окисления и прогоркания. М., 1957, с. 3.

14. Эмануэль Н. М., Бурлакова Е. Б., Дзантиев Б. Г., Сергеев Г. Б. К вопросу о значении цепного окисления жиров под действием излучения для развития лучевого поражения. // В кн.: Биохимические и физико-химические основы биологического действия радиации (25—28 февраля 1957 г.): Тезисы докладов. М., 1957, с. 10—12.

15. Эмануэль Н. М., Липчина Л. П. Лейкоз у мышей и особенности его развития при воздействии ингибиторов цепных окислительных процессов. // Доклады АН СССР. 1958. Т. 121. Вып. 1. С. 141—144.

16. Эмануэль Н. М. Роль свободных радикалов в радиобиологических процессах и некоторые новые возможности разработки средств против лучевого поражения. // В кн.: Первичные механизмы биологического действия ионизирующих излучений. (Труды МОИП. Т. 7.) М.: 1963. С 73—83.

17. Бурлакова Е. Б., Гаинцева В. Д., Слепухина Л. В., Храпова Н. Г., Эмануэль Н. М. Антирадикальная активность и радиозащитные свойства ингибиторов радикальных реакций. // Доклады АН СССР, 1964. Т. 155, №6. С. 1398—1400

18. Эмануэль Н. М. Можно ли жить дольше? // Лит газета. 1968. 28 августа. С. 13.

19. Эмануэль Н. М. Физико-химические аспекты процесса старения и проблема увеличения продолжительности жизни. // Труды IX международного конгресса геронтологов. Киев, 2—7 июля 1972. Рефераты докладов и выступлений. Киев: 1972. Т. 1. С.295.

20. Emanuel N.M. Die Inhibitoren des Alterns. // Ideen des exakten Wissen, 1973. N 7. S. 456—462. (Эмануэль Н. М. Ингибиторы старения. // Идеи точного Знания, 1973. N 7. С. 456—462).

21. Эмануэль Н. М. В поисках преград старению. // Ленинское знамя, 1973, 8 июля. // Заря Востока, 1973, 8 июля.

22. Эмануэль Н. М. Можно решать любую задачу. // Литературная газета, 1973. 29 августа. С 11.

23. Эмануэль Н. М. Некоторые молекулярные механизмы и перспективы профилактики старения // Известия АН СССР. Серия биологическая, 1975. №4. С.785—794.

24. Эмануэль Н. М. Свободные радикалы и старение. // Геронтология и гериатрия 1975: Ежегодник «Биологические возможности увеличения продолжительности жизни». Киев: 1976. С. 103—110.

25. Emanuel N.M. Free radicals and the action of inhibitors of radical processes under pathological states and ageing in living organisms and in man. // Quarterly Reviews of Biophysics. Amsterdam: 1976. V. 9. N 2. P. 283—308.

26. Эмануэль Н. М., Обухова Л. К., Бунто Т. В., Дьякова В. В. Кинетические закономерности выживаемости и экспериментальное определение скорости старения. // Известия АН СССР. Серия биологическая, 1976. №6. С.789—794.

27.Эмануэль Н. М., Обухова Л. К., Смирнов Л. Д., Бунто Т. В. Эффект увеличения продолжительности жизни в эксперименте при воздействии хлоргидрата 2-этил-6-метил-3-оксипиридина. // Доклады АН СССР, 1976. Т. 226. №4. С. 961—963.

28. Эмануэль Н. М., Обухова Л. К., Смирнов Л. Д., Бунто Т. В. Замедление процесса старения у лабораторных мышей при воздействии хлоргидрата 2-этил-6-метил-З-оксипиридина. // Известия АН СССР. Серия биол., 1977. №1. С. 32—37.

29. Эмануэль Н. М., Обухова Л. К., Найдич В. И., Мурза Л. И., Бунто Т. В. Замедление старения посредством активации систем микросомальных оксидаз фенобарбиталом. // Доклады АН СССР, 1977. Т. 235. №4. С. 957—960.

30. Эмануэль Н. М. Границы жизни: пути увеличения продолжительности жизни человека. // Литературная газета. 1977, 20 апреля. С. 13.

31. Эмануэль Н. М. Границы жизни. // Эврика-78. М.: 1978. С. 60—64.

32. Эмануэль Н. М., Обухова Л. К. Характерные типы замедления скорости старения в эксперименте. // I симпозиум «Искусственное увеличение видовой продолжительности жизни». Москва, декабрь 1978 г. Тезисы докладов. М.: 1978. С. 3—4.

33. Emanuel N.M., Obukhova L.K. Types of experimental delay in aging patterns// Exp. gerontology, 1978. V. 13. №1/2. P. 25—29.

34. Emanuel N.M., Obukhova L.K. Smirnov L.D., Bunto T.V. Retardation of aging in experiment under the effect of 2-ethyl-6-methyl-3-hydroxypyridine hydrochloride. // Rejuvenation, 1978. V. 6. N. 2.

35. Эмануэль Н. М. Ингибиторы радикальных процессов (антиоксиданты) и возможности продления жизни // Геронтология и гериатрия. 1979: Ежегодник. «Продление жизни: прогнозы, механизмы, контроль». Киев: 1979. С. 118—127.

36. Эмануэль Н. М. Рецензия: «Биология старения». Lamb M.Y. – Biology of aging. Glasgow, 1978. 183 p.. Новые книги за рубежом. Сер. В., 1979, №1. С. 11—13.

37. Эмануэль Н. М. Проблемы увеличения видовой продолжительности жизни с точки зрения физической химии. // В кн.: «Старение и адаптация». Тезисы и рефераты докладов. Минск, 29—31 октября 1980 г. Киев: 1980. С. 168—170.

38. Эмануэль Н. М. Рецензия: «Биология старения». 3-е изд. Comfort A. The biology of senesctnce. 3-ed. New York. 1979. 414 p. Новые книги за рубежом. Сер. В. 1980, №3. С. 6—8.

39. Эмануэль Н. М. (ред.) Лэмб М. «Биология старения». Пер. с англ. М.: Мир. 1980. 206 с. Предисловие редактора перевода. – Там же, с. 5—7.

40. Эмануэль Н. М., Акифьев А. П., Потапенко А. И., Худолий Г. А., Обухова Л. К.. Механизмы старения высших организмов: роль ДНК и свободных радикалов. // Всесоюзный симпозиум. «Молекулярные и клеточные механизмы старения». Киев 21—24 апреля 1981 г. Тезисы докладов. Киев: Институт геронтологии. 1981. С. 192—193.

41. Эмануэль Н. М. Глава 35. Антиоксиданты в пролонгировании жизни. // АН СССР: Отделение физиологии. «Руководство по физиологии: Биология старения». Л.: Наука: Ленинградское отделение, 1982. 616 с. С. 569—586.

42. Эмануэль Н. М. Биофизические аспекты действия физических и химических факторов внешней среды на живые организмы. Защитные свойства антиоксидантов. // Ι Всесоюзный биофизический съезд. Москва, 3—8 августа 1982 г. Тезисы пленарных лекций и симпоз. докладов. М., 1982. С. 4.

43. Эмануэль Н. М. Рецензия: Феномены старения. Взаимосвязь различных уровней организации. «Aging phenomena: Relationships among different levels of organization». New York. 1980. 317 p.. // Новые книги за рубежом. Сер. В. 1982. №2. С. 8—11.

44. Эмануэль Н. М. Живые цветы долголетия. // Вечерняя Москва, 1982, 6 апреля.

45. Эмануэль Н. М. (ред). Предисловие редактора перевода. Там же с. 5—6.

46. Эмануэль Н. М., Коротков Е. В., Пронина Н. В., Лашкова Д. Л., Мутовин Г. Р., Акифьев А. П., Князев Ю. А., Круглякова К. Е. Исследование дефектов вторичной структуры ДНК человека при нарушениях систем репарации ДНК. // Доклады АН СССР, 1983. Т. 271. №5. С. 1250—1253.

47. Обухова Л. К., Эмануэль Н. М. Роль свободно-радикальных реакций окисления в молекулярных механизмах старения живых организмов. // Успехи химии, 1983. Т. 52. №3, С. 353—372.

48. Emanuel N.M., Obukhova L.K. Characteristical types of deceleration of the rate of aging in an experiment. // Rejuvenation, 1983. V. 11. N. 1. P. 3.

49. Эмануэль Н. М. Антиоксиданты и увеличение продолжительности жизни. // Физиол. журнал, 1984. Т. 30, №1. С. 1—8.

50. Эмануэль Н. М., Мамаев В. Б., Наджарян Т. Л., Еровиченкова Л. А. Принципы определения биологического возраста и жизнеспособности человека. // «Геронтология и гериатрия», 1984. Ежегодник «Биологический возраст, наследственность и старение». Киев: 1984. С.38—42.

51. Эмануэль Н. М. и Наджарян Т. Л. (ред.) Итоги науки и техники. Серия «Общие проблемы биологии». Том 4. Биологические проблемы старения. М.: ВИНИТИ, 1984.

52. Обухова Л. К., Эмануэль Н. М. Молекулярные механизмы замедления старения антиоксидантами. // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Серия «Общие проблемы биологии». Том 4 «Биологические проблемы старения». М.: ВИНИТИ, 1984. С. 44—80.

53. Эмануэль Н. М., Обухова Л. К., Дубур Г. Я., Тирзит Г. Д. Геропротекторная активность 2, 6-диметил-3, 5 диэтоксикарбонил-1, 4-дигидропиридина. // Доклады АН СССР, 1985. 284 (5): 1271—1274.

54. Emanuel N.M. Kinetics and free-radical mechanisms of ageing and carcinogenesis. // Age-Related Factors in Carcinogenesis. / Eds. Likhachev A.J., Anisimov V.N., Montesano R. (IARC scientific publications), 1985. IARC Lyon, 1985. P. 127—149.

55. Аксютина М. С., Мамаев В. Б., Обухова Л. К., Виленчик М. М., Калинина Л. И., Степанова Л. Г. – Изучение репаративного синтеза ДНК в диплоидных фибробластах при старении в культуре. // Труды IX международного конгресса геронтологов. 1972. Т.3. С.2.

56. Аксютина М. С., Липчина Л. П., Мамаев В. Б., Смирнов Л. Д., Сорокина А. В., Лебедева Т. В., Федотова И. И. – Влияние антиоксидантов на пролиферацию диплоидных клеток человека в различные фазы роста культуры. // Цитология, 1988. №12. С.1494—1498.

57. Гусев В. А. // Пробл. гематол., 1981, №12, С.34—38.

58. Гусев В. А., Ламчингийн Т., Герасимов А. М. // Бюл. экспер. биол. мед., 1977, Т.84. С.166—168.

59. Дубинская Н. И., Бурлакова Е. Б. Влияние антиоксиданта 4-метил-2,6-бутилфенола на митотическое деление клеток печени мышей. // Цитология, 1977. Т.19. №3. С.329—333.

60. Дубинская Н. И., Бурлакова Е. Б. Влияние антиоксиданта 4-метил-2,6-бутилфенола на митотическое деление эпителиальных клеток крипт тонкой кишки мышей в зависимости от стадии дифференцировки. // Цитология, 1977. Т.19. №7. С.763—767.