Биогеронтология — это подраздел геронтологии, занимающийся биологическим процессом старения , его эволюционным происхождением и потенциальными способами вмешательства в этот процесс. [1] Термин «биогеронтология» был придуман С. Раттаном и вошел в регулярное употребление с началом журнала Biogerontology в 2000 году. Он включает в себя междисциплинарные исследования причин, последствий и механизмов биологического старения. Биогеронтолог Леонард Хейфлик сказал, что естественная средняя продолжительность жизни человека составляет около 92 лет, и если люди не изобретут новые подходы к лечению старения, они застрянут с этой продолжительностью жизни. [2] Джеймс Вопель предсказал, что продолжительность жизни в промышленно развитых странах достигнет 100 лет для детей, родившихся после 2000 года. [3] Многие опрошенные биогеронтологи предсказали продолжительность жизни более трех столетий для людей, родившихся после 2100 года. [4] Другие ученые, что более спорно, предполагают возможность неограниченной продолжительности жизни для тех, кто живет в настоящее время. Например, Обри ди Грей предлагает «предварительные временные рамки», что при адекватном финансировании исследований для разработки вмешательств в старение, таких как стратегии для инженерного незначительного старения , «у нас есть 50/50 шансов разработать технологию в течение примерно 25-30 лет с настоящего момента, которая, при разумных предположениях о скорости последующих улучшений в этой технологии, позволит нам остановить людей от смерти от старения в любом возрасте». [5] Идея этого подхода заключается в том, чтобы использовать имеющиеся в настоящее время технологии для продления продолжительности жизни ныне живущих людей достаточно долго, чтобы будущий технический прогресс мог решить любые оставшиеся проблемы, связанные со старением. Эта концепция получила название « скорость убегания от долголетия» .
Биомедицинская геронтология , также известная как экспериментальная геронтология и продление жизни, является подразделом биогеронтологии, стремящимся замедлить, предотвратить и даже обратить вспять старение как у людей, так и у животных.
Биогеронтологи различаются по степени, в которой они фокусируются на изучении процесса старения как средства смягчения болезней старения или как метода продления продолжительности жизни. Относительно новая междисциплинарная область, называемая геронаукой, фокусируется на профилактике болезней старения и продлении «здоровой продолжительности», в течение которой человек живет без серьезных заболеваний. [6] [7] [8] Подход биогеронтологов заключается в том, что старение является болезнью по сути и должно лечиться напрямую, с конечной целью сделать вероятность смерти человека независимой от его возраста (если внешние факторы остаются постоянными). [9] [10] [11] Это противоречит мнению о том, что максимальная продолжительность жизни не может или не должна быть изменена.
Биогеронтологию не следует путать с гериатрией — областью медицины, изучающей лечение существующих заболеваний у стареющих людей, а не лечение самого старения.
Существует множество теорий старения, и ни одна из них не была полностью принята. В своих крайностях широкий спектр теорий старения можно разделить на запрограммированные теории, которые подразумевают, что старение следует биологическому графику, и теории ошибок, которые предполагают, что старение происходит из-за кумулятивного ущерба, которому подвергаются организмы. [12]
Стохастические теории старения — это теории, предполагающие, что старение вызвано небольшими изменениями в организме с течением времени и неспособностью организма восстановить систему и исправить повреждения организма. Клетки и ткани повреждаются из-за накопления повреждений с течением времени, что приводит к снижению функционирования органов. Понятие накопленных повреждений было впервые введено в 1882 году биологом доктором Августом Вейсманом как теория «износа и разрыва». [13] [14]
Теории старения, основанные на износе, начали появляться еще в 19 веке. [14] Они предполагают, что по мере старения человека части тела, такие как клетки и органы, изнашиваются от постоянного использования. Износ тела может быть обусловлен внутренними или внешними причинами, которые в конечном итоге приводят к накоплению повреждений , превосходящему способность к восстановлению. Из-за этих внутренних и внешних повреждений клетки теряют способность к регенерации, что в конечном итоге приводит к механическому и химическому истощению. Некоторые повреждения включают химические вещества в воздухе, пище или дыме. Другие повреждения могут быть такими вещами, как вирусы, травмы, свободные радикалы, сшивание и высокая температура тела. [15]
Теории старения, основанные на накоплении, предполагают, что старение – это ухудшение состояния организма, которое является результатом накопления элементов, поступающих в организм из окружающей среды или являющихся результатом клеточного метаболизма . [15]
Теория накопления мутаций была впервые предложена Питером Медаваром в 1952 году [13] в качестве эволюционного объяснения биологического старения и связанного с ним снижения приспособленности, которое его сопровождает. [16] Теория объясняет, что в случае, когда вредные мутации проявляются только в более позднем возрасте, когда воспроизводство прекращается и будущее выживание становится все более маловероятным, эти мутации, скорее всего, будут неосознанно переданы будущим поколениям. [17] В этой ситуации сила естественного отбора будет слабой и, следовательно, недостаточной для последовательного устранения этих мутаций. Медавар предположил, что со временем эти мутации будут накапливаться из-за генетического дрейфа и приведут к эволюции того, что сейчас называют старением.
Свободные радикалы — это реактивные молекулы, вырабатываемые клеточными и экологическими процессами, и могут повреждать элементы клетки, такие как клеточная мембрана и ДНК , и вызывать необратимые повреждения. Свободнорадикальная теория старения предполагает, что это повреждение кумулятивно ухудшает биологическую функцию клеток и влияет на процесс старения. [18] Идея о том, что свободные радикалы являются токсичными агентами, была впервые предложена Ребекой Гершман и ее коллегами в 1945 году, [19] но приобрела известность в 1956 году, когда Денхэм Харман предложил свободнорадикальную теорию старения и даже продемонстрировал, что свободнорадикальные реакции способствуют деградации биологических систем. [20] С возрастом накапливаются окислительные повреждения многих типов, такие как окислительный стресс, который вызывают свободные радикалы кислорода, [21] поскольку свободнорадикальная теория старения утверждает, что старение является результатом повреждений, вызванных активными формами кислорода (ROS). [22] ROS — это небольшие, высокореактивные, кислородсодержащие молекулы, которые могут повреждать комплекс клеточных компонентов, таких как жир, белки или ДНК; они естественным образом вырабатываются в небольших количествах во время метаболических реакций организма. Эти состояния становятся более распространенными по мере того, как люди становятся старше, и включают в себя заболевания, связанные со старением, такие как деменция, рак и болезни сердца. Количество свободных радикалов в клетке можно уменьшить с помощью антиоксидантов . Но есть проблема в том, что некоторые свободные радикалы используются организмом в качестве сигнальных молекул, и слишком активное общее снижение свободных радикалов приносит организму больше вреда, чем пользы. Некоторое время назад [ когда? ] идея замедления старения с помощью антиоксидантов была очень популярна, но сейчас высокие дозы антиоксидантов считаются вредными. В настоящее время [ когда? ] некоторые ученые пытаются изобрести подходы локального подавления свободных радикалов только в определенных местах клеток. [23] [24] Эффективность такого подхода остается неясной, исследования продолжаются.
Повреждение ДНК является одной из основных причин заболеваний, связанных со старением. Стабильность генома определяется клеточным механизмом восстановления, толерантностью к повреждениям и контрольными точками, которые противодействуют повреждению ДНК. Одна из гипотез, предложенная физиком Джоаккино Файллой в 1958 году, заключается в том, что накопление повреждений ДНК вызывает старение. [25] Гипотеза была вскоре развита физиком Лео Силардом . [26] Эта теория изменилась за эти годы, поскольку новые исследования обнаружили новые типы повреждений ДНК и мутаций, и несколько теорий старения утверждают, что повреждение ДНК с мутациями или без них вызывает старение. [27] [28]
Повреждение ДНК существенно отличается от мутации , хотя оба являются типами ошибок в ДНК . Повреждение ДНК представляет собой аномальную химическую структуру в ДНК, в то время как мутация представляет собой изменение в последовательности стандартных пар оснований. Теория о том, что повреждение ДНК является основной причиной старения, частично основана на доказательствах, полученных у человека и мышей, что унаследованные недостатки генов репарации ДНК часто вызывают ускоренное старение. [29] [30] [27] Существуют также существенные доказательства того, что повреждение ДНК накапливается с возрастом в тканях млекопитающих, таких как мозг, мышцы, печень и почки (см. Теория старения повреждений ДНК и Повреждение ДНК (естественное) ). Одно из ожиданий теории (что повреждение ДНК является основной причиной старения) заключается в том, что среди видов с различной максимальной продолжительностью жизни способность восстанавливать повреждения ДНК должна коррелировать с продолжительностью жизни. Первая экспериментальная проверка этой идеи была проведена Хартом и Сетлоу [31], которые измерили способность клеток семи различных видов млекопитающих выполнять репарацию ДНК. Они обнаружили, что способность к эксцизионной репарации нуклеотидов систематически увеличивалась с продолжительностью жизни вида. Эта корреляция была поразительной и стимулировала серию из 11 дополнительных экспериментов в разных лабораториях в последующие годы по взаимосвязи эксцизионной репарации нуклеотидов и продолжительности жизни у видов млекопитающих (рассмотрено Бернштейном и Бернштейном [32] ). В целом, результаты этих исследований показали хорошую корреляцию между способностью к эксцизионной репарации нуклеотидов и продолжительностью жизни. Дальнейшее подтверждение теории о том, что повреждение ДНК является основной причиной старения, получено из исследования поли-АДФ-рибозополимераз (PARP). PARP — это ферменты, которые активируются разрывами цепей ДНК и играют роль в эксцизионной репарации оснований ДНК. Беркл и др. рассмотрели доказательства того, что PARP, и особенно PARP-1, участвуют в поддержании продолжительности жизни млекопитающих. [33] Продолжительность жизни 13 видов млекопитающих коррелировала со способностью к поли(АДФ)рибозилированию, измеренной в мононуклеарных клетках. Кроме того, линии лимфобластоидных клеток из лимфоцитов периферической крови людей старше 100 лет имели значительно более высокую способность к поли(АДФ-рибозилированию) по сравнению с контрольными линиями клеток от более молодых людей.
Теория сшивания предполагает, что конечные продукты гликирования (стабильные связи, образованные связыванием глюкозы с белками) и другие аномальные сшивки, накапливающиеся в стареющих тканях, являются причиной старения. Сшивание белков отключает их биологические функции. Затвердение соединительной ткани , заболевания почек и увеличение сердца связаны со сшиванием белков. Сшивание ДНК может вызывать ошибки репликации , а это приводит к деформации клеток и увеличивает риск рака . [13]
Генетические теории старения предполагают, что старение запрограммировано в генах каждого человека. Согласно этой теории, гены диктуют клеточную продолжительность жизни. Запрограммированная клеточная смерть, или апоптоз , определяется «биологическими часами» через генетическую информацию в ядре клетки. Гены, ответственные за апоптоз, дают объяснение клеточной смерти, но в меньшей степени применимы к смерти целого организма. Увеличение клеточного апоптоза может коррелировать со старением, но не является «причиной смерти». Факторы окружающей среды и генетические мутации могут влиять на экспрессию генов и ускорять старение.
Совсем недавно эпигенетика была исследована как способствующий фактор. Эпигенетические часы , которые относительно объективно измеряют биологический возраст клеток, являются полезным инструментом для тестирования различных подходов к борьбе со старением. [34] Самые известные эпигенетические часы — это часы Хорвата, но сейчас уже появились более точные аналоги.
Теории общего дисбаланса старения предполагают, что системы организма, такие как эндокринная , нервная и иммунная , постепенно приходят в упадок и в конечном итоге перестают функционировать. Скорость отказа варьируется от системы к системе. [15]
Иммунологическая теория старения предполагает, что иммунная система ослабевает по мере старения организма. Это делает организм неспособным бороться с инфекциями и менее способным уничтожать старые и неопластические клетки . Это приводит к старению и в конечном итоге приводит к смерти. Эта теория старения была разработана Роем Уолфордом в 1969 году. По словам Уолфорда, неправильные иммунологические процедуры являются причиной процесса старения. [18] Уолфорд, который утверждал, что его оптимизированный режим здоровья позволит ему прожить до 120 лет, умер от бокового амиотрофического склероза в возрасте 79 лет.
атрибуция содержит материал, скопированный из Gerontology .