В нашей серии статей известные эксперты отвечают на вопросы, которые обычно неловко задавать: кажется, что все об этом и так знают, а спрашивающий будет выглядеть глупо. В этот раз мы поговорили с биологом Александром Тышковским о старении и о том, можно ли повернуть этот процесс вспять.
1. Что такое старение с точки зрения науки?
Это комплексный процесс, поэтому определений у него много. С точки зрения демографии старение — это увеличение вероятности умереть с возрастом. Каждые восемь лет она удваивается. То есть если вам сейчас 20 лет, то вероятность, что вы доживёте до 21 года, составляет примерно 99,9%. Но если вам 100, то вероятность дотянуть до 101 — уже всего 50%.
Механизмы, лежащие в основе такой статистики, имеют биологическую основу. И с точки зрения биологии старение — процесс накопления различных повреждений в организме. На протяжении всей жизни в наших клетках происходят поломки, и их число растёт. А из-за них увеличивается и вероятность смерти.
Причём 8 лет — временной период, который характеризует скорость старения именно у людей. У мышей, к примеру, он равен всего 4 месяцам.
Есть несколько уровней «поломок». На базовом уровне они могут возникать в отдельных молекулах. Например, если сбои происходят в нашей ДНК, хранящей генетическую информацию, то клетка может переродиться в раковую.
Следующий уровень — повреждения в самих клетках. Например, с возрастом у нас становится всё меньше стволовых клеток, которые отвечают за процесс регенерации. Они необходимы для восполнения погибших клеток в наших тканях. И если вы, допустим, схватились за горячую сковородку, тепловой шок приведет к гибели части клеток эпителия. Но на их место придут новые, которые появятся в результате деления стволовых, — благодаря им ткань восстановится. Однако с возрастом процессы регенерации идут всё хуже.
Наконец, самый верхний уровень — это повреждения органов и целых систем. Самый яркий пример — хроническое воспаление. Оно очень часто появляется у пожилых людей и сопровождает большинство возрастных заболеваний.
Вообще, по своей сути, воспаление — полезный процесс. Это первичный ответ организма на инфекционное заражение.
Воспаление помогает подавлять бактерии и вирусы, пока иммунная система вырабатывает нужные антитела. Но у пожилых людей это состояние возникает, даже если инфекции нет, причём активируется на чрезмерно высоком уровне. В результате оно само становится источником повреждений и приводит к гибели здоровых клеток. Именно поэтому люди в пожилом возрасте, к сожалению, чаще погибают от инфекционных заболеваний, в том числе и от ковида.
В молодости мы старения не замечаем. Однако внутри у нас уже накапливаются повреждения, просто до некоторого времени они особо не проявляются. К 50–60 годам поломок становится уже столько, что они образуют критическую массу. Поэтому могут возникнуть отдельные возрастные заболевания.
Чем мы старше, тем выше вероятность, что накопившиеся повреждения приведут к сбою в тех или иных системах организма. Поэтому в конечном итоге старение проявляется у каждого.
2. Зачем природа придумала старение? Почему не бывает бессмертных видов?
По-видимому, иногда старение выгодно эволюции. Нам известны отдельные примеры животных и растений, у которых смерть запрограммирована заранее.
Возьмём, например, бамбук. Это растение, которое может жить десятки лет, но стоит ему зацвести, как вся роща разом высыхает и погибает. Зачем? Ответ простой: чтобы не конкурировать со своим потомством — молодыми побегами. Ведь крупные растения снижают им доступ к солнцу, а также к воде и минералам из почвы.
Тот же принцип действует и для некоторых представителей фауны. Пример — тихоокеанский лосось, известный нам как горбуша. Когда мы покупаем эту рыбу, она горбатая, с искривлённой челюстью. Но до нереста она совсем другая — красивая и здоровая. А вот после размножения у неё резко начинаются процессы старения.
Причина похожа: в горных реках, где происходит нерест, мало еды и суровые природные условия. Лосось приносит себя в жертву, чтобы его дети могли питаться — в том числе планктоном, выращенным на его останках. Поэтому после нереста он быстро превращается в горбушу и умирает. А вот если у рыбы удалить половые железы, то ускоренного старения не происходит, и лосось может жить дольше.
Такая программа смерти может быть особенно полезна, если животное размножается всего один раз за жизнь. Тогда необходимости в его долгом существовании с точки зрения эволюции нет. А вот смерть может быть полезна для потомков, особенно в условиях серьёзной конкуренции за ресурсы.
К счастью, у большинства млекопитающих такой программы не обнаружено. Почему же старение не обходит их стороной?
Чтобы разобраться, проведём простой мысленный эксперимент. Представьте, что мы взяли обычную мышь, которая живёт примерно 4–5 лет, и в лаборатории сделали её бессмертной, а потом — отпустили на волю. Что случится с мышкой дальше? К сожалению, какие бы технологии долголетия мы ни применили, в дикой природе с вероятностью в 90% её в первый же год съест какой-нибудь хищник.
Получается, из 100 таких бессмертных мышей, выпущенных в природу, только 10 переживут первый год жизни. С той же вероятностью 90% они будут съедены в следующем году, то есть к его концу останется только одна. За три же года каждая мышь из этой сотни практически гарантированно встретится с хищником. Поэтому тот потенциал бессмертия, что мы вложили в них в лаборатории, в дикой природе останется нереализованным.
Представим теперь, что у нашей мышки возникнет мутация, вызывающая смертельное заболевание на шестом году жизни. Она нисколько не повлияет на судьбу животного, потому что к этому моменту его уже гарантированно съест хищник. Но такая мутация может случайно передаться потомкам.
За одной такой поломкой может последовать вторая, вызывающая в том же возрасте другую болезнь, за ней — третья, и так далее. В результате, если через некоторое количество поколений мы перенесём мышей обратно в лабораторию, то обнаружим, что в определённом возрасте они станут умирать от самых разных хронических заболеваний.
Это и есть старение. И получается, что оно может возникать не как специальная программа смерти, а как поломка программы долголетия.
Ведь с точки зрения эволюции бессмертие — довольно бесполезное свойство, особенно если вас легко съесть. А зачем вкладывать ресурсы организма в поддержание вечной молодости, если в нём нет практической пользы?
Отсюда следует логичный вывод: чем лучше животное защищено от хищников, тем медленнее оно будет стареть. Ведь в этом случае дополнительные годы жизни дадут вам реальный шанс оставить больше потомства, а значит, эволюция будет поощрять ваше долголетие. И у животных есть несколько стратегий, позволяющих им избегать хищников.
Первая — это размеры тела. Большие животные и правда проводят больше времени на Земле. Например, гренландский кит может прожить более 200 лет. Это неудивительно — попробуй его съешь!
Вторая стратегия — улететь от опасности. Если у животного есть крылья, обычные хищники ему не страшны. К примеру, летучие мыши, похожие по размерам на наземных, могут дожить до 40 лет. А обычные даже в идеальных условиях лаборатории не протянут больше 4–5 лет. Также можно спрятаться от хищников под землёй. Такую стратегию выбрал знаменитый голый землекоп. У него масса тела тоже как у наземной мыши, но живёт он более 40 лет.
Так что защищённость от хищников действительно способствует долголетию.
3. Почему человек живёт дольше, чем многие другие виды?
Люди изобрели ещё один способ защититься от хищников — орудия труда. С их помощью человек создал надёжные преграды для всех, кто хочет его съесть. Посмотрите вокруг — мы и правда отлично защищены от диких зверей и многих других неприятностей.
Есть и ещё один метод склонить эволюцию на свою сторону — заботиться о своих потомках. Даже если вы перестали размножаться, вы можете передать следующим поколениям знания и навыки, которые успели накопить. Эта информация поможет им прожить дольше, а значит долголетие родителей становится выгодным с точки зрения эволюции. Именно поэтому, к слову, у большинства млекопитающих самки живут дольше самцов: они обычно вносят основной вклад во вскармливание и обучение детёнышей.
А вот роль самцов в этом процессе обычно куда скромнее, поэтому и долгая жизнь им не так необходима.
У людей есть уникальный феномен — менопауза. У животных она наблюдается крайне редко: на сегодня менопауза описана только у нас, у некоторых видов обезьян и косаток. У подавляющего же большинства животных репродуктивная функция самок снижается с возрастом, но не опускается до нуля. А у нас женщина полностью теряет способность к размножению, но при этом всё равно продолжает жить.
С точки зрения эволюции это довольно странно: зачем жить, если нет возможности оставлять потомство? Учёные объясняют этот феномен… ролью бабушек. Дело в том, что и у нас, и у косаток они очень заботятся о своих внуках. Получается, даже не имея возможности размножаться, женщины в пожилом возрасте помогают выживать своим прямым потомкам. А значит, сохранять свои гены. И эволюции выгодно, ведь так повышается жизнеспособность всего вида.
Вообще пример человека показывает, насколько продолжительность жизни — гибкий показатель. Шимпанзе, наши ближайшие родственники среди животных, живут не более 60–70 лет. А у нас рекорд составляет 122 года — практически в 2 раза больше. Эволюция легко и быстро адаптирует скорость старения под каждый конкретный вид, обитающий в определённых условиях. Это даёт надежду, что и мы сможем повлиять на неё, замедлив старение у человека еще сильнее.
4. В каком возрасте начинается старение? Есть ли периоды, когда этот процесс ускоряется?
Возможно, вы удивитесь, но старение начинается ещё до того, как мы появляемся на свет. Повреждения в ДНК и другие его молекулярные механизмы начинают возникать ещё на стадии эмбриона — примерно с первого месяца развития плода. И это поразительно — выходит, мы рождаемся на свет уже немного постаревшими.
В целом старение — довольно плавный процесс. Однако в нём можно выделить и периоды, когда в организме происходит больше возрастных изменений, чем обычно. Согласно последним данным, наиболее заметные изменения происходят у человека в 44 года и после 60 лет. Впрочем, пока мы не знаем, насколько они влияют на наше здоровье. Многое в организме перестраивается — это факт. Но является ли это однозначно вредным — пока не очень понятно.
У женщин к этому добавляются изменения, связанные с менопаузой. Например, резкое снижение уровня половых гормонов повышает риск остеопороза — хрупкости костей.
5. Существует ли анализ, который точно покажет биологический возраст человека?
Таких анализов много, если мы говорим о классических механизмах старения.
Самые точные биомаркеры старения на сегодняшний день — это эпигенетические часы. На наших молекулах ДНК есть специальные метки, которые определяют, будет ли включён определённый ген в данный момент или выключен. Эта система помогает клетке быстро реагировать, например, на стресс, на изменения окружающей среды. И установлено, что у самых разных людей с возрастом метки появляются на одних и тех же фрагментах ДНК, а на других они исчезают. Таким образом, по их положению можно довольно точно определить биологический возраст.
Есть и другие часы. Например, те, что основаны на активности генов или биохимическом анализе крови. Полученные с их помощью результаты не только предскажут ваш общий биологический возраст, но и укажут, на какие органы стоит обратить внимание, в каких системах возраст повысился сильнее. Это очень важное дополнение к классическим часам старения.
Определять общий биологический возраст интересно, но не очень информативно.
Допустим, вам 45 лет и вы получили результат, что биологически вам 30. Здорово, но непонятно, что делать, чтобы поддерживать это состояние. Или вы узнали, что ваш биологический возраст — 65 лет. Но как исправить эту ситуацию? В обоих случаях советы будут одни и те же: не курить, не злоупотреблять алкоголем, заниматься спортом и так далее. То есть никаких конкретных рекомендаций вы не получите.
Поэтому сейчас мы и другие научные группы активно разрабатываем биомаркеры старения, которые позволяют оценивать отдельные компоненты биологического возраста. Например, определить, каков он у вашей печени, сердца, мозга. Насколько молодым является ваш иммунный ответ, ваш метаболизм и так далее. Это поможет обратить внимание на конкретные проблемы каждого человека и подобрать индивидуальные рекомендации.
6. У организма есть биологические механизмы, которые препятствуют старению?
Конечно. У всех живых организмов есть системы, которые могут замедлить различные механизмы старения.
Это специальные белки, основная функция которых — исправление повреждений, возникающих в процессе жизнедеятельности: починка ДНК, переваривание сломанных клеток, и так далее. Есть даже отдельный механизм, запускающий самоубийство клетки, если в ней накопилось слишком большое количество повреждений, которые уже нельзя исправить.
Проблема в том, что все эти белки работают у нас не на максимуме своих возможностей, а ровно на том уровне, который бы позволил прожить жизнь, отведённую нам эволюцией. То есть системы починки повреждений у людей и, например, мышей в целом одинаковые. Но у нас они работают на порядок лучше. В результате мы можем прожить 100 лет, а мыши — не более четырёх.
Поэтому один из подходов, которые используют учёные для продления жизни, — это улучшение и активация наших систем починки повреждений.
Делать это можно различными способами: с помощью лекарств, диет, генов, перенесённых от долгоживущих животных короткоживущим. Например, с помощью одного гена голого землекопа, пересаженного лабораторным мышам, удалось снизить у них риск развития рака и даже немного продлить им жизнь.
По этой логике мы могли бы поискать эффективные гены починки повреждений у гренландских китов. Возможно, они могли бы позволить нам дотянуть до 200 лет, ведь именно столько эти киты и живут.
7. Возможно ли хотя бы в теории запустить процесс омоложения? Или это фантастика?
Конечно, в природе омоложение происходит крайне редко, но оно всё же возможно. Ведь ребёнок рождается не в том же возрасте, что его родитель, а гораздо младше. Это значит, что оплодотворённая яйцеклетка должна в какой-то момент устранять все накопленные повреждения, обнулять их.
Более того — оказалось, что омоложения можно добиться и в лаборатории. Технология, которая позволяет это сделать, называется «клеточное репрограммирование». Создатели этого метода, Джон Гёрдон и Синья Яманака, получили в 2012 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Вот как работает этот подход. Мы берём взрослую клетку — например, кожи или жира. Активируем в ней всего четыре гена — и благодаря этому трансформируем её в состояние эмбриональной. При этом клетка избавляется и от возрастных повреждений. То есть время для неё буквально оборачивается вспять. Она возвращается в своё первоначальное состояние, как Бенджамин Баттон в знаменитом фильме. Такую клетку называют «индуцированной плюрипотентной стволовой клеткой».
И теперь из неё, как из обычной эмбриональной, можно получить любую специализированную клетку организма.
То есть, взяв у пожилого человека клетки кожи, учёные могут вырастить ему молодые клетки мозга, сердца, печени. И это открывает огромные перспективы. Уже сейчас эту технологию используют, чтобы помочь людям с болезнью Паркинсона — из клеток кожи выращивают для пациентов новые нервные клетки. И развитие болезни замедляется.
Сегодня на базе такого подхода из выращенных молодых клеток учёные начинают печатать на 3D-принтере целые органы. Развитие этой технологии позволит решить множество проблем, связанных с трансплантацией. Пациентам не придётся долго ждать орган от подходящего донора, а после пересадки не будет иммунного отторжения. Ведь выращенный таким образом орган будет собран из клеток самого пациента. Причём из молодых, полученных из тех самых индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Учёные возлагают высокие надежды на технологию клеточного репрограммирования, хотя на сегодняшний день всё ещё есть нерешённые проблемы, связанные с её применением.
8. Насколько для долгой жизни важны психологические факторы?
Хронический стресс действительно влияет на нашу продолжительность жизни. В первую очередь с ним связаны болезни сердца. Как и в случае с воспалением, стрессовая реакция во многих случаях может спасти организм от смерти, особенно в дикой природе. При опасности у нас вырабатываются адреналин и норадреналин, повышаются пульс и артериальное давление, ткани лучше снабжаются кровью, и мы получаем возможность быстрее убежать от хищника.
Но проблема в том, что стрессовая реакция неспецифична: наш организм одинаково реагирует и на тигра в кустах, и на начальника, напоминающего о дедлайне. Хотя и очевидно, что во втором случае прямой опасности для жизни нет, организм включает те же механизмы.
А так как с начальником и дедлайнами мы встречаемся часто, стресс становится хроническим.
Из-за этого регулярно повышается артериальное давление, кровяной поток с большей силой бьёт по стенкам сосудов и растёт вероятность их повреждений. Микротрещины зарастают холестериновыми атеросклеротическими бляшками. Это может привести к закупорке сосудов и, как следствие, к инфаркту или инсульту.
Кроме того, данные показывают, что хронический стресс повышает вероятность возникновения язвы желудка. Это интересный случай, ведь это болезнь инфекционной природы. Её возбудитель — бактерия Helicobacter pylori. По-видимому, хронический стресс влияет на способность нашей иммунной системы контролировать размножение этой бактерии. Ведь Helicobacter pylori живёт во многих из нас, но далеко не всегда это приводит к язве. При стрессе же бактерия размножается активнее и может вызвать болезнь.
Так что с хроническим стрессом действительно стоит бороться.
9. Появится ли когда-нибудь таблетка от старения?
Здесь есть повод для оптимизма. Учёные не сидят сложа руки и уже научились продлевать жизнь мышам примерно на 80%. Причём есть целый комплекс способов, позволяющих это сделать.
Если говорить только о фармакологии, то некоторые комбинации лекарств, которые уже применяются на людях, увеличивают среднюю и максимальную продолжительность жизни мышей более чем на 20%. Если подобного результата удастся достичь у человека, мы будем жить примерно на 20 лет дольше.
Конечно, гораздо проще продлить существование короткоживущему организму, чем долгоживущему. Поэтому напрямую переносить результаты с мыши на человека нельзя.
Но даже если эти лекарства не смогут продлить нам жизнь, то, скорее всего, они позволят нам дольше оставаться здоровыми. А это уже было бы замечательно.
Некоторые из этих лекарств уже тестируются в клинических испытаниях, в том числе и на здоровых людях. Есть препарат, который сегодня рассматривается как золотой стандарт в продлении жизни у модельных животных, — это рапамицин. У людей сегодня он используется при трансплантации органов в качестве иммуносупрессора — препарата, подавляющего иммунный ответ.
Но эксперименты на животных показывают, что помимо этого он активирует системы починки повреждений в различных клетках организма. Его тестировали на разных лабораторных моделях, и он успешно смог продлить жизнь самым разным животным, от червей до мышей, примерно на 15–20%.
Клинические испытания на здоровых людях старше 50 лет показали, что применение рапамицина в течение одного года не вызывает побочных эффектов по сравнению с группой плацебо. Кроме того, исследователи заметили ряд улучшений. Например, у женщин увеличилась мышечная масса.
Дальнейшие исследования покажут, улучшает ли более долгое применение рапамицина показатели здоровья у людей, влияет ли он на артериальное давление, уровень «плохого холестерина». Будем ждать результатов — возможно, через несколько лет мы станем свидетелями появления первого лекарства от старения с доказанной эффективностью.
10. Как с точки зрения науки можно замедлить старение прямо сейчас?
До появления проверенных на человеке технологий долголетия единственный способ прожить дольше — не ускорять своё старение. В первую очередь не курить: одно это правило может подарить вам в среднем 10 дополнительных лет жизни. Далее — следить за индексом массы тела (ИМТ). Это соотношение веса к росту, возведённому в квадрат. Оптимальный диапазон ИМТ — от 18,5 до 25, лучше за него не выходить.
Также рекомендуется ограничить потребление алкоголя (не более 1–2 напитков в день) и сахара и заниматься умеренной физической активностью — около 30 минут в день. Наконец, старайтесь спать по 7–8 часов в сутки и соблюдать режим, засыпая каждый день примерно в одно и то же время.
Это топ факторов образа жизни, влияющих на наше долголетие. Если следовать этим правилам, в среднем вы проживёте на 15 лет дольше.
