Интоксикационная теория старения

Автор:

И. И. Мечников, В. Н. Гладышев

История

Первые постулаты интоксикационной теории старения были предложены И. И. Мечниковым в 1903 г. В современном виде теория хорошо сформулирована в работах В. Н. Гладышева в 2012—2013 гг.

Пример

В зрелом организме есть множество клеток, которые не делятся или делятся очень медленно, но при этом продолжают участвовать в метаболизме. В число таких клеток входят клетки сердца и головного мозга. В этих клетках день за днем накапливаются побочные продукты метаболизма, постепенно начинающие мешать их нормальному функционированию.

Описание теории

Теория объясняет старение накоплением в клетках различного рода химических веществ, которые не могут быть переработаны организмом.
Предполагается, что из-за фундаментальной неидеальности химических и, в частности, ферментативных превращений, в процессе метаболизма в клетках протекают побочные реакции. Чем более сложен и интенсивен метаболизм, тем больше типов побочных продуктов этих реакций образуется. Некоторые из этих продуктов легко покидают клетки, а некоторые утилизируются специальными ферментами. Для утилизации каждого побочного продукта должен существовать свой фермент, а возможно, и несколько. Различные организмы имеют разные наборы ферментов, разлагающих побочные продукты метаболизма. Как правило, таких ферментов не слишком много, и они работают только с самыми часто возникающими и самыми токсичными побочными продуктами. 

Остальные побочные продукты просто накапливаются в клетках. Единственный и универсальный способ борьбы с такими веществами — их разбавление в процессе клеточного деления. Этот метод успешно работает, но только для клеток, которые делятся. 

Проблема многоклеточных организмов, таких, как человек, состоит в том, что многие клетки прекращают делиться или делятся очень медленно, но не перестают участвовать в метаболизме. В таких клетках, в число которых входят жизненно важные клетки сердца и головного мозга, накапливаются побочные продукты метаболизма, постепенно начинающие мешать их нормальному функционированию. 

Основным внутриклеточным побочным продуктом такого рода является липофусцин. Липофусцин, известный также как пигмент старения, представляет собой сложную смесь веществ, которые являются конечными продуктами окисления внутриклеточных липидов и белков.  

С возрастом липофусцин накапливается в лизосомах неделящихся клеток. Лизосомы — это внутриклеточные органеллы, в которых происходит расщепление питательных веществ, поступающих извне, и внутриклеточных структур, которые необходимо переработать. В лизосомах содержатся пищеварительные ферменты, принадлежащие к классу гидролаз. Лизосомальные ферменты активируются и работают только при закислении среды внутри лизосомы. Накопление липофусцина в лизосомах приводит к разбавлению ферментов и препятствует закислению лизосом, что постепенно снижает эффективность работы кислых гидролаз. 

В настоящее время такими исследователями, как Б. Дэвидсон и С. Л. Хофманн, разрабатываются методы расщепления липофусцина, а также изучаются способы уменьшения его накопления в клетках.
Второй тип токсичных продуктов, накапливающихся преимущественно в нервной ткани, это амилоидные белки. Наиболее известен так называемый β-амилоид, вызывающий болезнь Альцгеймера. 

Наконец, к побочным продуктам метаболизма в некоторой степени можно отнести белки, подвергшиеся гликированию — сшиванию с молекулами сахаров, в основном глюкозы. Таким образом, интоксикационная теория старения в определенной мере включает в себя теорию «поперечных сшивок».

Дополнения и критика

В настоящее время эта теория активно развивается. Выдвигаемые ей постулаты находят широкое применение в разработке практических методов борьбы со старением.

Публикации:

• Сергиев, П. В., О. А. Донцова, and Г. В. Березкин. «Теории старения. Неустаревающая тема." Acta Naturae (русскоязычная версия) 7.1 (24) (2015).
• Gladyshev, Vadim N. «On the cause of aging and control of lifespan." Bioessays 34.11 (2012): 925–929.
• Gladyshev, Vadim N. «The origin of aging: imperfectness-driven non-random damage defines the aging process and control of lifespan." Trends in Genetics 29.9 (2013): 506–512.