Зуфар Ахнафович Габбасов, доктор биологических наук Лаборатория стволовых клеток человека НИИ экспериментальной кардиологии ФГБУ «РКНПК» Минздрава России
Мы достаточно долго занимаемся вопросами регенерации тканей, особенно при заболеваниях, связанных с возрастом. В последние годы мы обратили внимания на статьи, в которых утверждают, что факторы регенерации, «факторы омоложения» находятся в нашей крови. В крови молодых, растущих особей, присутствуют какие-то компоненты, которые при переносе их старым особям усиливают нейрогенез и регенерацию тканей, сенсорные и сердечные функции. При этом в крови старых особей появляются вещества, которые, если их перенести молодым, оказывают отрицательное действие на те же самые процессы.
Появление большого количества таких публикаций связано с возвращением такого метода исследования как парабиоз. Эта методика объединении кровеносных систем двух организмов была распространена лет 150 назад. Изохронический парабиоз: объединяются кроветворные системы молодых или старых особей, гетерохронический парабиоз: объединяются кровеносные системы молодого и пожилого организма. При этом полагается, что факторы, которые образуются при старении, передаются кровотоком в молодой организм, факторы присущие молодому организму, ответственные за омоложение, передаются старому организму. Уровень развития методик функционального и биохимического исследований, клеточной биологии перешли на такой уровень, что можно, вернувшись методически к исследованию парабиоза, уже на новом уровне смотреть, что же происходит с организмами.
Например, у пожилой особи после парабиоза, по данным МРТ, усиливается перфузия тканей головного мозга. Другой пример: возрастная гипертрофия миокарда. После объединения кроветворных систем старой и молодой особи у старой особи наблюдается существенное снижение степени гипертрофии миокарда. При этом даже называется вещество, которое циркулирует в крови, которое потенциально может это вызывать.
Другим способом исследования, кроме парабиоза, является взятие крови у одной особи и ликвидация каких-то клеточных элементов и иногда белковых элементов, и либо возврат плазмы или сыворотки крови молодой особи, либо от старой молодой. И здесь тоже, в экспериментах, мы видим, что плазма от старой мыши отрицательно влияет на нейрогенез у молодой мыши. Примерно такие же результаты получаются и в области исследования когнитивных функций. Ну, это эксперименты с мышами, когда их несколько дней обучают прохождению довольно сложных путей. Оказывается, что после того, как молодой мыши вводят плазму крови от старой, то обучаемость снижается и количество ошибок резко увеличивается. Значит на системном уровне в крови молодых особей присутствуют компоненты, которые положительно влияют на перечисленные параметры.
Показано, что аналогичные эффекты компонентов молодой крови влияют и на сердце, и на мышечные ткани, и на печень, и на поджелудочную железу. И хотя одну из ведущих ролей в регенерации тканей играют стволовые клетки, но, в процессе старения стволовые клетки сами по себе не меняются, их способность к регенерации и дифференцировке с возрастом организма не падает. Скорее всего, все эти возрастные изменения связаны с тем, что стволовые клетки живут в определенном окружении, в определенных нишах. Старение касается этих ниш и системного окружения. И если сменить системное окружение, добавить какие-то компоненты, которые могут активировать стволовые клетки, то можно вполне обновить окружение стволовых клеток и регенеративные способности тканей будут восстановлены.
Исследований в этом направлении достаточно много. Один из характерных примеров, когда, с помощью протеомного анализа, исследуя большое количество – более 50 – различных белков. Есть некоторые факторы, которые и при парабиозе, и при нормальном старении увеличивают свою концентрацию. И естественно предположить, что есть некоторые факторы, ответственны за воспаление, за усиление фиброза, концентрация которых в крови с возрастом увеличивается. Должны быть факторы, концентрация которых с возрастом в крови уменьшается, и они оказывают отрицательное воздействие на все эти процессы.
При этом есть и наметки на то, что это за вещество. Вот один из них, допустим, CCL 11. Это эотаксин. В экспериментах показано, что и у мышей, и у людей с возрастом его концентрация увеличивается. У мышей – и с возрастом, и при парабиозе. То есть это некий кандидат на то, что этот эотаксин CCL 11 является одним из факторов, который оказывает отрицательное влияние. Второй фактор – это фактор тканевой дифференцировки 11, его концентрация с возрастом в крови уменьшается. То есть это кандидат на то, что это некий положительный фактор, при этом, вот здесь, допустим, показано, что если старой мыши вводить образцы крови, плазмы от молодой мыши и контролировать при этом уровень вот этого белка, то снижение уровня гипертрофии коррелирует с концентрацией этого соединения.
Вопросов, конечно, много. Год назад уже появилась публикация о том, что это может быть не совсем так. Потому что белок очень сложный. Мерить его очень сложно. То есть там очень много технических вопросов, но, в целом, вопрос остается открытым.
Я говорил о достаточно высокомолекулярных компонентах, в первую очередь -, это белки. С точки зрения низкомолекулярных компонентов: в 2010 г вышла очень интересная публикация, которая исследовала восстановление тканей печени после удаления ее части у молодых и у пожилых мышей, но, в одном случае, у беременных, а, во втором случае, не беременных. Оказалось, что для молодых мышей, беременные они или нет, разницы нет. То есть восстановление тканей печени происходит абсолютно одинаково. У пожилых мышей этот процесс очень сильно задерживается. Активность восстановления очень слабая. Но в том случае, если она была беременной, восстановление печени происходит быстрее, чем у молодых мышей.
Чем это интересно? В первую очередь тем, что плод и мама – они имеют самостоятельные кроветворные системы. И непосредственно смешение и передачи ни клеток крови, ни белковых компонентов не происходит. То есть передаваться от матери к плоду и обратно могут только небелковые низкомолекулярные компоненты. И в этом смысле беременность в определенной степени можно рассматривать как гетерохронический парабиоз, то есть соединение двух систем, но с более жестким, что ли, требованием к перемешиванию компонентов (то есть только низкомолекулярные компоненты).
Я хотел вспомнить один из препаратов – актовегин. Может быть, он спорный по эффективности. Но этот препарат содержит низкомолекулярный компонент с молекулярной массой менее чем 5 килодальтон - пептиды, которые, как сейчас уже понятно, обладают защитной функцией клеток: кардиопротекторы, и нейропротекторы. Пептиды можно синтезировать абсолютно любые, любые последовательности аминокислот, в любых количествах.
И здесь буквально несколько примеров. Допустим, такой дипептид очень простенький как карнозин. Он положительно влияет на длину теломер, снижает скорость их укорочения и положительно влияет на повреждения теломерных ДНК в культуре. Другой такой дипептид – глутамил-триптофан положительно влияет на обновления фибробластов. Это показано в экспериментах. А что касается, скажем, более сложных пептидов: апелин, апелин-13, апелин-12 – это уже 13-12 последовательностей, это более тяжелые соединения. Но в низкомолекулярных препаратах крови они может содержаться вполне. Апелин-13 синтезируется в организме, и его синтетический аналог апелин-12 при введении крысам способен снижать систолическое артериальное давление. Самое интересное, что при искусственном инфаркте миокарда он на 40% снижает зону повреждения. То есть, он обладает ярко выраженным кардиопротекторным действием.
Писаренко О.И. и соавт., совершенно резонно заключают, что соединения типа апелина можно использовать в качестве лекарственных препаратов после кардиовмешательств. Но, здесь есть определенная сложность. Примерно с такой же ситуацией мы столкнулись лет 20 назад, когда исследовали положительное влияние производных чеснока на агрегацию тромбоцитов. Мы выделили соединения, в чистом виде, аджоен, который является блокатором реакции высвобождения, прекрасно действует на тромбоциты, значительно лучше и активнее, чем аспирин, но… в чистом виде аджоен может храниться не более 2 часов. Мы можем при -700 С хранить его несколько месяцев, но при комнатной температуре через несколько часов его активность исчезает. За 20 лет эта проблема так и не решена и аджоен в таком чистом виде как антиагрегант не используется.
Примерно такая же ситуация и с искусственными пептидами. Апелин-12 месяц сохранить можно. Сейчас пытаются найти пути какой-то модификации апелина, которая будет храниться год и сохранять активность. В своей естественной форме дериват крови молодых животных, возможно, сохраняет и годами пептиды, потому что там есть необходимое для этих пептидов окружение. Мы этого не знаем.
«Факторы омоложения» в крови молодых организмом присутствуют. Появляются все новые факты о том, что эти факторы способствуют регенерации, и с возрастом их концентрация уменьшается. Использование этих «факторов молодых организмов» как медикаментов для лечения связанных с возрастом заболеваний, – наверное, за этим будущее.
Появление большого количества таких публикаций связано с возвращением такого метода исследования как парабиоз. Эта методика объединении кровеносных систем двух организмов была распространена лет 150 назад. Изохронический парабиоз: объединяются кроветворные системы молодых или старых особей, гетерохронический парабиоз: объединяются кровеносные системы молодого и пожилого организма. При этом полагается, что факторы, которые образуются при старении, передаются кровотоком в молодой организм, факторы присущие молодому организму, ответственные за омоложение, передаются старому организму. Уровень развития методик функционального и биохимического исследований, клеточной биологии перешли на такой уровень, что можно, вернувшись методически к исследованию парабиоза, уже на новом уровне смотреть, что же происходит с организмами.
Например, у пожилой особи после парабиоза, по данным МРТ, усиливается перфузия тканей головного мозга. Другой пример: возрастная гипертрофия миокарда. После объединения кроветворных систем старой и молодой особи у старой особи наблюдается существенное снижение степени гипертрофии миокарда. При этом даже называется вещество, которое циркулирует в крови, которое потенциально может это вызывать.
Другим способом исследования, кроме парабиоза, является взятие крови у одной особи и ликвидация каких-то клеточных элементов и иногда белковых элементов, и либо возврат плазмы или сыворотки крови молодой особи, либо от старой молодой. И здесь тоже, в экспериментах, мы видим, что плазма от старой мыши отрицательно влияет на нейрогенез у молодой мыши. Примерно такие же результаты получаются и в области исследования когнитивных функций. Ну, это эксперименты с мышами, когда их несколько дней обучают прохождению довольно сложных путей. Оказывается, что после того, как молодой мыши вводят плазму крови от старой, то обучаемость снижается и количество ошибок резко увеличивается. Значит на системном уровне в крови молодых особей присутствуют компоненты, которые положительно влияют на перечисленные параметры.
Показано, что аналогичные эффекты компонентов молодой крови влияют и на сердце, и на мышечные ткани, и на печень, и на поджелудочную железу. И хотя одну из ведущих ролей в регенерации тканей играют стволовые клетки, но, в процессе старения стволовые клетки сами по себе не меняются, их способность к регенерации и дифференцировке с возрастом организма не падает. Скорее всего, все эти возрастные изменения связаны с тем, что стволовые клетки живут в определенном окружении, в определенных нишах. Старение касается этих ниш и системного окружения. И если сменить системное окружение, добавить какие-то компоненты, которые могут активировать стволовые клетки, то можно вполне обновить окружение стволовых клеток и регенеративные способности тканей будут восстановлены.
Исследований в этом направлении достаточно много. Один из характерных примеров, когда, с помощью протеомного анализа, исследуя большое количество – более 50 – различных белков. Есть некоторые факторы, которые и при парабиозе, и при нормальном старении увеличивают свою концентрацию. И естественно предположить, что есть некоторые факторы, ответственны за воспаление, за усиление фиброза, концентрация которых в крови с возрастом увеличивается. Должны быть факторы, концентрация которых с возрастом в крови уменьшается, и они оказывают отрицательное воздействие на все эти процессы.
При этом есть и наметки на то, что это за вещество. Вот один из них, допустим, CCL 11. Это эотаксин. В экспериментах показано, что и у мышей, и у людей с возрастом его концентрация увеличивается. У мышей – и с возрастом, и при парабиозе. То есть это некий кандидат на то, что этот эотаксин CCL 11 является одним из факторов, который оказывает отрицательное влияние. Второй фактор – это фактор тканевой дифференцировки 11, его концентрация с возрастом в крови уменьшается. То есть это кандидат на то, что это некий положительный фактор, при этом, вот здесь, допустим, показано, что если старой мыши вводить образцы крови, плазмы от молодой мыши и контролировать при этом уровень вот этого белка, то снижение уровня гипертрофии коррелирует с концентрацией этого соединения.
Вопросов, конечно, много. Год назад уже появилась публикация о том, что это может быть не совсем так. Потому что белок очень сложный. Мерить его очень сложно. То есть там очень много технических вопросов, но, в целом, вопрос остается открытым.
Я говорил о достаточно высокомолекулярных компонентах, в первую очередь -, это белки. С точки зрения низкомолекулярных компонентов: в 2010 г вышла очень интересная публикация, которая исследовала восстановление тканей печени после удаления ее части у молодых и у пожилых мышей, но, в одном случае, у беременных, а, во втором случае, не беременных. Оказалось, что для молодых мышей, беременные они или нет, разницы нет. То есть восстановление тканей печени происходит абсолютно одинаково. У пожилых мышей этот процесс очень сильно задерживается. Активность восстановления очень слабая. Но в том случае, если она была беременной, восстановление печени происходит быстрее, чем у молодых мышей.
Чем это интересно? В первую очередь тем, что плод и мама – они имеют самостоятельные кроветворные системы. И непосредственно смешение и передачи ни клеток крови, ни белковых компонентов не происходит. То есть передаваться от матери к плоду и обратно могут только небелковые низкомолекулярные компоненты. И в этом смысле беременность в определенной степени можно рассматривать как гетерохронический парабиоз, то есть соединение двух систем, но с более жестким, что ли, требованием к перемешиванию компонентов (то есть только низкомолекулярные компоненты).
Я хотел вспомнить один из препаратов – актовегин. Может быть, он спорный по эффективности. Но этот препарат содержит низкомолекулярный компонент с молекулярной массой менее чем 5 килодальтон - пептиды, которые, как сейчас уже понятно, обладают защитной функцией клеток: кардиопротекторы, и нейропротекторы. Пептиды можно синтезировать абсолютно любые, любые последовательности аминокислот, в любых количествах.
И здесь буквально несколько примеров. Допустим, такой дипептид очень простенький как карнозин. Он положительно влияет на длину теломер, снижает скорость их укорочения и положительно влияет на повреждения теломерных ДНК в культуре. Другой такой дипептид – глутамил-триптофан положительно влияет на обновления фибробластов. Это показано в экспериментах. А что касается, скажем, более сложных пептидов: апелин, апелин-13, апелин-12 – это уже 13-12 последовательностей, это более тяжелые соединения. Но в низкомолекулярных препаратах крови они может содержаться вполне. Апелин-13 синтезируется в организме, и его синтетический аналог апелин-12 при введении крысам способен снижать систолическое артериальное давление. Самое интересное, что при искусственном инфаркте миокарда он на 40% снижает зону повреждения. То есть, он обладает ярко выраженным кардиопротекторным действием.
Писаренко О.И. и соавт., совершенно резонно заключают, что соединения типа апелина можно использовать в качестве лекарственных препаратов после кардиовмешательств. Но, здесь есть определенная сложность. Примерно с такой же ситуацией мы столкнулись лет 20 назад, когда исследовали положительное влияние производных чеснока на агрегацию тромбоцитов. Мы выделили соединения, в чистом виде, аджоен, который является блокатором реакции высвобождения, прекрасно действует на тромбоциты, значительно лучше и активнее, чем аспирин, но… в чистом виде аджоен может храниться не более 2 часов. Мы можем при -700 С хранить его несколько месяцев, но при комнатной температуре через несколько часов его активность исчезает. За 20 лет эта проблема так и не решена и аджоен в таком чистом виде как антиагрегант не используется.
Примерно такая же ситуация и с искусственными пептидами. Апелин-12 месяц сохранить можно. Сейчас пытаются найти пути какой-то модификации апелина, которая будет храниться год и сохранять активность. В своей естественной форме дериват крови молодых животных, возможно, сохраняет и годами пептиды, потому что там есть необходимое для этих пептидов окружение. Мы этого не знаем.
«Факторы омоложения» в крови молодых организмом присутствуют. Появляются все новые факты о том, что эти факторы способствуют регенерации, и с возрастом их концентрация уменьшается. Использование этих «факторов молодых организмов» как медикаментов для лечения связанных с возрастом заболеваний, – наверное, за этим будущее.