Стало банальностью утверждение, что опыты по пролонгированию жизни длительны и отличаются низкой воспроизводимостью, что эффективность этих работ во многом зависит от правильности выбора биологической модели. Решение этих проблем мы видим, в частности, в возможно быстром переводе подобных исследований в канву АСУ экспериментов, например, с помощью оперативных оценок критериев биологического возраста. Короткоживущие и менее «инерционные» экспериментальные модели безусловно предпочтительнее в этом плане. Хотя конечная цель этих исследований - продление жизни человека, тем не менее использование животных моделей оправдано не только из-за ряда морально-правовых ограничений, практических соображений (большая ПЖ и размеры тела человека), но нередко из-за больших познавательных возможностей этих объектов. Отдельные структурные и функциональные системы у эволюционноСтало банальностью утверждение, что опыты по пролонгированию жизни длительны и отличаются низкой воспроизводимостью, что эффективность этих работ во многом зависит от правильности выбора биологической модели. Решение этих проблем мы видим, в частности, в возможно быстром переводе подобных исследований в канву АСУ экспериментов, например, с помощью оперативных оценок критериев биологического возраста. Короткоживущие и менее «инерционные» экспериментальные модели безусловно предпочтительнее в этом плане. Хотя конечная цель этих исследований - продление жизни человека, тем не менее использование животных моделей оправдано не только из-за ряда морально-правовых ограничений, практических соображений (большая ПЖ и размеры тела человека), но нередко из-за больших познавательных возможностей этих объектов. Отдельные структурные и функциональные системы у эволюционно более примитивных видов представляют собой упрощенные, но достаточно адекватные модели. Например, изучение влияния температуры тела на ПЖ на гомойотермных млекопитающих сопряжено с большими трудностями, тогда как на пойкилотермных объектах эта задача решается достаточно просто. При решении отдельных проблем, как, например, при скрининге новых классов геропротекторов, полезными могут оказаться примитивные, лишенные тех или иных регуляторных или защитных систем объекты - дрозофилы, ротиферы, нематоды, культуры клеток. Перспективность этих моделей обусловлена также их всесторонней общебиологической изученностью и доступностью линий с разными исходными биологическими параметрами. Так, в банке клеточных культур Национального института старения США имеется около 200 клеточных штаммов, пригодных для геронтологических исследований, - разной илоидности, взятых у людей разного возраста, больных нрогерией, 6 В В Фролькис, X К Мурадян - пигментной ксеродермией, синдромами Вернера, Блюма и др. (Das, Murphy, 1981).
Вместе с тем не следует переоценивать степень адекватности этих экспериментальных моделей, и в большинстве случаев информативная ценность опытов по пролонгированию жизни тем больше, чем эволюционно ближе вид к человеку. В этом плане интересна оценка гомологичной дистанции между человеком и представителями других филогенетических групп. Согласно одной из таких оценок, которая основывается на степени различий аминокислотной последовательности и иммунологических характеристик белков, в гомологическом ряду сразу за приматами следуют грызуны (рис. 14) (Goodman, Tashian, 1976). Учитывая также значительную легкость в размножении и содержании, сравнительно малую ПЖ, можно понять, почему грызуны являются наиболее часто используемыми объектами в опытах по пролонгированию жизни. Большое преимущество этих видов - высокая толерантность к инбридингу, что позволяет получить животных с «нужными» исходными параметрами. Так, в настоящее время известны более 500 разных инбридных линий мышей, и среди них можно «выбрать» такие, которые превосходят или уступают человеку по тем или иным показателям. Благодаря этому появляется возможность постановки опытов в широком диапазоне воздействий, не доступных на других моделях. В тех случаях, когда использование инбридных (гомозиготных) животных почему-либо нежелательно, широко применяются F1 гибриды чистых линий. Однако слишком большое разнообразие инбридных, рандомбридных, гибридных и мутантных мышей и крыс порождает дополнительные трудности при сопоставлении полученных данных. Исходя из ряда соображений, эксперты Комитета по животным моделям при Национальном институте старения США для исследований по старению рекомендуют инбридные линии мышей A, BALB/c, CBA, СЗН, C57BL/6 и DBA и три их гибрида - B6C3F,, B6DFb CB6F1. Из разных линий крыс предпочтение отдается инбридной линии Fischer (F344) и аутобридным линиям Sprague-Dawly(SD), Long Evans(LE), Wistar.
В последние годы в связи с возрастанием интереса к сравнительно-биологическому аспекту старения в геронтологических исследованиях стали чаще применять «сверхдолгоживущие» виды грызунов, в частности представителей североамериканских Peromyscus. Внешне и по содержанию мало отличаясь от обычных мышей, они в 2-3 раза превосходят их по ПЖ, доживая до 100 и более месяцев. В ряде случаев полезными могут оказаться и виды, которые имеют размеры, промежуточные между мышами и крысами, например мастомисы, хомячки. Многие особенности старения этих животных, их ПЖ и характерные возрастные патологии достаточно хорошо изучены и частично или полностью совпадают с таковыми у человека (Mammalian models. . ., 1981).
Рис. 14. Гомологическое «расстояние» в разных филогенетических группах (за единицу принято время дивергенции между человеком и обезьянами Евразии, примерно 40 млн лет)
Масштаб по оси абсцисс - логарифмический.
Требования к биологическим объектам, используемым в исследованиях по пролонгированию жизни, в целом идентичны с общими требованиями к животным при изучении старения. Основное дополнительное требование - полноценность линии по показателям ПЖ. Иначе даже значительный рост ПЖ может быть интерпретирован не как проявление собственно геропротекторного эффекта, а как результат устранения каких-либо дефектов в геноме или условий содержания. Из перечисленных выше линий мышей предпочтение следует отдать C57BL/6, а крыс - SD и Wistar, в одной из подлиний которых (Han- Wistar) СПЖ самок и самцов достигает 30-33 и 33-36 мес соответственно, а МПЖ - до 48 мес (Deerberg et al., 1980).
Важно отметить, что данные разных популяций и когорт одного и того же вида в зависимости от линии, пола и условий содержания могут отличаться по ПЖ в несколько раз. Это особенно справедливо для дрозофил и нематод, популяции которых даже в условиях одной лаборатории и в «руках» одного и того же исследователя могут дать резко отличающиеся результаты. Вот почему интересны работы, где в идентичных условиях изучается ПЖ сразу многих линий животных. Это позволяет лучше определить МПЖ вида и в последующем правильнее оценить истинные геропротекторные возможности отдельных воздействий, выходящие или не выходящие за пределы ВПЖ. К числу таких исследований следует отнести работы на 20 популяциях дрозофил (Parsons, 1977), 22 инбридных линиях мышей (Storer, 1967), 25 генотипах самцов мышей, полученных от скрещивания 5 инбридных линий мышей (Sacher, Duffy, 1979). В аналогичной работе, сопоставляя ПЖ инбридных линий и их Fi и F2 гибридов, Ч. Гудрик (Goodrick, 1975) пришел к заключению о доминантном и даже «сверхдоминантном» наследовании долголетия. Согласно проведенным автором генетическим расчетам, фактор долголетия представлен в геноме одним локусом, причем он идентичен у разных линий и действует через вторичные специфические факторы (Goodrick, 1975). Вместе с тем известно, что уже в F2 поколении намечается снижение ПЖ и, кроме того, рост ПЖ в Fi обусловлен не столько замедлением процессов старения, сколько снижением смертности на ранних этапах онтогенеза. В связи с этим интересны другие попытки идентификации и количественной оценки генетических локусов, определяющих ПЖ. Так, в опытах с естественными или индуцированными мутациями только в исключительных случаях удается обнаружить долгоживущих мутантов. Причем долголетие таких популяций бывает обусловлено нарушениями, как правило, приводящими к снижению уровня метаболизма. Этот феномен отчетливо проявился в исследованиях на нематодах, мутации у которых стимулировали этилметилдисульфонатом. Из 8000 исследованных клонов только 8(1 из 1000) оказались долгоживущими. У них были обнаружены в разной степени выраженности параличи, которые приводили к снижению потребления пищи, сильно коррелирующего с ПЖ (г= -0.971). Из 8000 клонов не был обнаружен ни один, в котором специфически изменилась бы только ПЖ. Проведенный скрининг и последующие расчеты свидетельствуют против существования «генов старения», мутации которых могли привести к увеличению ПЖ хотя бы на 20 % (Klass, 1983).
Приступая к поиску новых геропротекторов или анализируя какие-то особенности влияния уже известных, следует помнить, что только на основании сопоставления СПЖ или МПЖ нельзя сделать окончательного заключения о наличии или отсутствии геропротекторного эффекта. За неизменной СПЖ иной раз могут «скрываться» воздействия с большим геропротекторным потенциалом, обнаружению которого мешают легко устранимые посторонние факторы. Так что даже в случае отсутствия видимых отличий ПЖ необходим всесторонний анализ данных выживания. Уже сейчас имеются различные по «чувствительности» и принципу MMC, которые позволяют провести такой анализ. На некоторых из них мы остановимся в следующем разделе. Здесь хотелось лишь отметить, что многотысячные и миллионные выборки, которыми пользуются демографы, всегда были предметом зависти экспериментаторов, занимающихся продлением жизни. Имеющиеся в их распоряжении выборки куда меньшего объема. Это делает не всегда оправданным перенесение демографических методов и приемов обработки данных на экспериментальные модели. Так, при обработке данных смертности ПЖ обычно делят на равные промежутки времени (метод «А/-бункера»). Однако при таком методе обработки на «хвосты» распределения приходится мало данных, что приводит к увеличению вероятности ошибочной оценки. Более надежные результаты обеспечивает метод «АЛ^-бункера», при котором берут равные величины AN, естественно, при разных At. Оптимальную величину AN при этом рекомендуется определить согласно уравнению AN = Nl/ (Hirsch, Peretz, 1984).
Об общности механизмов, определяющих динамику смертности человека и животных, свидетельствует определенное сходство роста их ПЖ за последние десятилетия. Так, по сравнению с данными 40-50-х годов в 70-х годах СПЖ самцов и самок мышей А, DBA/2, BALB/c и C57BL/6 увеличилась на 15-70 % (Goodrick, 1975; Kunstyr, Leuenberger, 1975). Результаты проведенного нами более полного «исторического» анализа ПЖ самок и самцов мышей C57BL/6J приведены на рис. 15. Принимая 1950 г. за начало отсчета, была получена следующая зависимость между годом проведенных исследований (0 й СПЖ(сут) самок и самцов соответственно:
Из этих данных видно, что за последние десятилетия СПЖ мышей C57BL/6 неуклонно растет с одинаковой скоростью у самок и самцов - примерно 10 сут за год. Наиболее часто такой рост ПЖ объясняется улучшением условий содержания животных. Содержание в «барьерных» условиях обеспечивает особенно существенный рост ПЖ лабораторных грызунов, так как в обычных условиях значительная часть животных погибает от различных острых и хронических инфекций, в особенности хронической пневмонии, вызываемой Mycoplasma pulmonis. Важная причина гибели мышей и крыс - хронические нефрозы. Число их удается значительно снизить с помощью более правильного подбора диеты. И только частота злокачественных новообразований мало отличается у интактных популяций, содержащихся в разных условиях (Bertrand, 1983). Завершая краткий перечень основных патологий, определяющих динамику смертности, хотелось бы обратить внимание на то, что большинство старых животных, как и людей, страдает одновременно несколькими хроническими заболеваниями. Это еще раз подчеркивает «многопричинность» старения и смертности и указывает на необходимость использования воздействий с широким диапазоном действия в опытах по продлению жизни.
Рис. 15. Изменения СПЖ интактных самок (/, светлые кружки) и самцов (2, темные) мышей линии C57BL/6 в период с 1950 по 1985 г.
Однако объяснение прогрессивного роста ПЖ только улучшением условий содержания, очевидно, будет неполным. Об этом свидетельствует и анализ смертности самцов крыс SD, проведенный с 1975 по 1983 г. в унифицированных барьерных условиях лаборатории Чарльза Ривера (Charles River). И здесь обнаруживается линейное от когорты к когорте увеличение СПЖ, составляющее 26 % за 6 лет наблюдений. По мнению Курцио (Curcio, 1984), биологический фактор, ответственный за этот рост ПЖ, неизвестен, и допущение эквивалентности ПЖ разных когорт животных даже в условиях одной лаборатории неверно.
Развивающаяся в последнее время интенсификация внедрения достижений фундаментальных наук в практику затрагивает и вопросы ускорения испытаний геропротекторов в условиях геронтологических клиник. Однако использование даже наиболее эффективных из них в значительной степени задерживается из-за сложности перенесения на человека результатов, полученных на животных. Это делает актуальным поиск новых, филогенетически более близких человеку биологических видов, среди которых наиболее привлекательны представители отряда приматов, насчитывающего 52 рода и 182 вида. По некоторым оценкам различия между человеком и отдельными видами приматов на молекулярном уровне затрагивает всего несколько сот генов (Sacher, 1978). Хотя размножение и содержание приматов сопряжены с определенными трудностями, все же сравнительно небольшая масса тела (от 0.6 до 2 кг) и ВПЖ (8-10 лет) некоторых видов делает их перспективными моделями для интенсивной терапии возрастных патологий и испытания геропротекторов в условиях, максимально приближенных к клиническим.
Таким образом, анализ биологических моделей, применяемых при изучении продления жизни, позволяет заключить, что наиболее широко используемыми видами являются дрозофилы, мыши и крысы. Кроме них, применяются некоторые виды пойкилотермов (нематоды, ротиферы, домашние мухи, рыбы) и млекопитающие (хомячки, морские свинки). В ряде случаев сравнительная простота и доступность объектов с разными биологическими характеристиками делает эти модели незаменимыми. Вместе с тем значимость результатов, полученных на животных моделях, не следует переоценивать, так как вопрос о возможности и эффективности их применения в клинике остается открытым. Все это делает актуальным поиск не только новых биологических объектов, но и подходов к постановке опытов и интерпретации полученных результатов, в частности с помощью математического моделирования, которое обладает большими возможностями экстраполяции полученных результатов и прогноза.
См. также:
Математические модели смертности
Критерии биологического возраста
Обсудить на форуме
