Обновление здоровых клеток: для чего оно нужно?
В 1961 году биолог Леонард Хейфлик обнаружил, что большинство клеток в человеческом организме способны делиться лишь ограниченное число раз: по достижении этого предела они умирают. Клетки размножаются делением, благодаря чему создаются точные копии материнской клетки (митоз). Хейфлик наблюдал за этим процессом в лаборатории, которую сплошь заставил специальными стеклянными чашками с клеточными культурами. Поначалу клетки копировали себя довольно быстро – по мере их деления исследователю требовались все новые и новые чашки. Более того, на ранней стадии клетки делились столь стремительно, что невозможно было сохранить все культуры: для этого, как вспоминает Хейфлик, ему с коллегой пришлось бы «уступить стекляшкам с клетками лабораторию и все здание исследовательского центра». Ученый назвал ранний этап клеточного деления фазой буйного роста. Однако через какое-то время клетки переставали делиться, словно это их утомляло. Самым долгоживущим удавалось совершить порядка 50 делений. В конечном итоге уставшие клетки достигали состояния, которое Хейфлик назвал фазой увядания: они по-прежнему оставались живыми, но раз и навсегда утрачивали способность делиться. Максимально возможное количество делений человеческих клеток, обусловленное природой, получило название «предел Хейфлика», причем в роли выключателя, останавливающего этот процесс, выступают теломеры, которые к концу жизненного цикла клетки достигают критически малой длины.
Неужели все клетки ограничены пределом Хейфлика? Нет. В нашем организме присутствуют клетки, которые постоянно обновляются. Среди них клетки иммунной системы, костей, кишечника, печени, поджелудочной железы, кожи и волосяных луковиц, а также клетки, выстилающие стенки сердца и сосудов. Чтобы поддерживать здоровье организма, им приходится делиться снова и снова. К числу обновляющихся относятся некоторые виды обычных клеток, способных к делению (например, клетки иммунной системы); клетки-предшественницы, способные делиться еще дольше; жизненно важные стволовые клетки, которые могут делиться бесконечно, пока остаются здоровыми. И в отличие от клеток из лаборатории клетки в организме человека не всегда подчиняются пределу Хейфлика, потому что – как вы узнаете из первой главы – в них содержится фермент теломераза. В стволовых клетках – если поддерживать их здоровыми – присутствует достаточно теломеразы, чтобы они продолжали делиться на протяжении всей человеческой жизни. Регулярное обновление клеток (тот самый буйный рост) служит одной из причин, по которым кожа Лизы выглядит молодой и красивой. Именно поэтому ее суставы двигаются без особых проблем и она может полной грудью вдыхать прохладный воздух, приносимый ветром с побережья. Благодаря появлению новых клеток важнейшие ткани и органы ее тела то и дело обновляются. Идет непрерывное обновление на клеточном уровне – и Лиза чувствует себя моложе своих лет.
Клетки, достигшие фазы увядания, больше не способны делиться. В каком-то смысле они слишком дряхлые для этого. С одной стороны, даже хорошо, что такие клетки прекращают делиться: если бы они продолжали размножаться, это могло бы способствовать возникновению рака. С другой стороны, дряхлые клетки отнюдь не безобидны – они истощены и растеряны. Они путаются и не посылают нужные сигналы другим клеткам организма – они больше не способны добросовестно справляться со своими былыми обязанностями. Они больны. Время буйного роста подошло к концу – во всяком случае для них, и это серьезнейшим образом отражается на вашем здоровье. Когда слишком много клеток достигает фазы увядания, ткани организма начинают стареть. Так, например, когда количество дряхлых клеток в стенках кровеносных сосудов достигает критической отметки, артерии теряют эластичность, в связи с чем повышается риск сердечного приступа. Когда борющиеся с инфекцией клетки иммунной системы из-за «старческого слабоумия» не могут распознать вирус у вас в крови, повышается риск заболеть простудой или гриппом. Старые клетки выделяют вещества, способствующие воспалению, из-за чего организм становится более уязвимым для хронических заболеваний. И наконец, существование многих старых клеток завершается благодаря запрограммированному механизму их гибели.
Так развивается болезнь.
Рис. 3. Старение и болезни.
Многие клетки здорового человека могут делиться снова и снова, пока их теломеры (и другие важнейшие составные элементы, такие как белки) продолжают функционировать как следует. Когда же эта способность утрачивается, клетки становятся старыми. В конце концов, фазы увядания могут достигнуть даже удивительные стволовые клетки. Такое ограничение способности клеток к делению служит одной из причин того, что по мере приближения человека к седьмому или восьмому десятку его здоровье начинает ухудшаться, хотя многим удается оставаться здоровыми гораздо дольше. Здоровая жизнь до 80–100 лет окажется реальностью для некоторых из нас и для многих из наших детей {5}. По всему миру сейчас живет порядка 300 000 людей старше 100 лет, и их число стремительно увеличивается. Еще большему числу людей удается пережить отметку в 90 лет. По оценкам ученых, более трети новорожденных в Великобритании смогут дожить до 100 лет {6}. Сколько из этих лет будет омрачено страшными болезнями? Если мы более тщательно изучим факторы, способствующие обновлению клеток, то даже в старости наши суставы смогут плавно двигаться, легкие – свободно дышать, иммунные клетки – отважно сражаться с инфекциями, сердце – активно перекачивать кровь через все четыре камеры, а ум останется острым.
Проблема в том, что далеко не все клетки делятся столько раз, сколько предписано природой. Иногда они прекращают делиться раньше, чем нужно, преждевременно достигая фазы увядания. Если это происходит, ни о какой счастливой и беззаботной глубокой старости не может быть и речи. Наступает преждевременное старение клеток. Именно это наблюдается у людей вроде Кары, чья полоса здоровья начинает темнеть в относительно раннем возрасте.
Хронологический возраст – главный определяющий фактор развития болезней: он отражает биологический процесс старения, протекающий внутри организма.
Выше мы задавали вопрос: почему люди стареют по-разному? Одна из причин кроется в старении клеток. Теперь возникает следующий вопрос: из-за чего клетки стареют раньше времени?
Чтобы ответить на него, представьте себе шнурки для обуви.
