Страдающие прогерией мыши подтвердили связь старения с окислительным стрессом

Группе шведских, британских и американских ученых удалось впервые измерить уровень активных форм кислорода в митохондриях стареющего организма. Полученные данные свидетельствуют о том, что с возрастом в концентрации активных форм кислорода в них существенно возрастают, что является подтверждением одного из вариантов свободнорадикальной теории старения. Отчет об исследовании опубликован в журнале Aging Cell.

Митохондриальная свободнорадикальная теория старения объясняет процессы возрастной дегенерации последствиями окислительного стресса — повреждениями, которые наносят клеткам активные формы кислорода (АФК), вырабатываемые митохондриями. Подтверждением этой теории могли бы стать экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что продукция активных форм кислорода митохондриями действительно повышается с возрастом. Однако до последнего времени получить их не удавалось, что отчасти может быть объяснено трудностью проведения подобных измерений в активно функционирующих «энергетических станциях клетки». При этом, однако, имелось немало свидетельств того, что разнообразные воздействия, снижающие окислительный стресс внутри митохондрий, могут замедлить дегенеративные процессы в стареющем организме.

Для решения этой проблемы ученые использовали вещество MitoB, синтезированное одним из соавторов исследования, Майклом Мерфи (Michael P. Murphy), на основе липофильных катионов, впервые использованных несколько десятилетий назад российским ученым Владимиром Скулачевым для изучение жизнедеятельности митохондрий. MitoB обладает избирательным сродством к митохондриям и способен накапливаться внутри них. При этом при взаимодействии с активными формами кислорода это соединение преобразуется в окисленную форму MitoP. По соотношению MitoB/MitoP в препарате клеток можно определить, насколько высок был уровень активных форм кислорода в митохондриях при их жизни.

Объектом для измерений стали генномодифицированные мыши, лишенные механизма исправления ошибок при репликации (удвоении) митохондриальной ДНК, созданные еще одним соавтором исследования — Барбарой Кэннон (Barbara Cannon). С возрастом в митохондриях этих животных накапливаются митохондриальные мутации, которые приводят к комплексу дегенеративных изменений в различных тканях (нейродегенерация, потеря мышечной массы, снижение зрения, обоняния и т.д.) и ускоренному старению – прогерии. Продолжительность жизни этих животных снижена в несколько раз по сравнению с обычными грызунами.

Страдающие прогерией мыши разных возрастов получали препарат MitoB, после чего соотношение этого соединения и его окисленной формы изучалось в препаратах различных тканей животных. Аналогичные измерения проводились в группах здоровых грызунов соответствующего возраста. Как выяснилось, у молодых мышей, склонных к прогерии, и здоровых животных соотношение MitoP/MitoB никак не отличалось. Однако с возрастом разница нарастала, в особенности в тканях печени, сердечной мышцы и почек.

Как пояснил российский ученый, заведующий лабораторией НИИ Физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского и участник проекта «Ионы Скулачева» Федор Северин, полученный исследователями результат впервые позволяет обосновать роль активных форм кислорода в процессах, связанных со старением организма. При этом, отмечает Северин, выявленное повышение уровней АФК в митохондриях было недостаточными для того, чтобы вызвать массовую гибель клеток различных тканей, наблюдаемую у лабораторных мышей с прогерией. В то же время вполне вероятно, что оно становилось сигналом к запуску деструктивных процессов, связанных, например, с избыточной активностью иммунной системы. Это предположение подтверждается наблюдениями ученых, которые отмечают, что параллельно с ростом уровней АФК в организмах стареющих мышей наблюдалось увеличение выработки ряда медиаторов воспаления.

«Новые доказательства роли АФК в старении, полученные авторами этого исследования, имеют особое значение для нашего проекта «Ионы Скулачева», — говорит Северин, — Мы проводили собственные исследования с предрасположенными к прогерии мышами, созданными Барбарой Кэннон, проверяли на них действие митохондриально-направленных антиоксидантов SkQ1. Результаты были впечатляющими: небольшие концентрации SkQ1 повышали продолжительность жизни этих животных на 25%, и, что еще более важно, они практически полностью избавляли их от основных признаков заболевания: потери мышечной массы, ограничения подвижности, выпадения шерсти и усов и прочих признаков старения, которые обычно развиваются у этих грызунов в очень раннем возрасте. Различие было очень легко заметить: действие SkQ1 сравнивалось с плацебо, и, несмотря на то, что исследование было слепым, очень скоро сотрудники лаборатории начали безошибочно отличать мышей, которые действительно получали вещество, от контрольной группы – первые мыши сохраняли здоровье и бодрость, вторые – дряхлели на глазах, как им и положено. В сочетании с результатами последнего исследования группы Кэннон и Мерфи наши данные, которые сейчас готовятся к публикации, становятся весомым свидетельством эффективности SkQ1 в качестве потенциального средства лечения многих старческих заболеваний».