Кислородная терапия под давлением удлинила теломеры клеток крови пожилых людей
Ежедневная кислородная терапия под высоким давлением помогла клеткам крови пожилых пациентов удлинить теломеры, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Aging. После двухмесячного лечения в барокамере длина теломер иммунных клеток в крови пациентов увеличилась более чем на 20 процентов, а также стало меньше «старых» Т-клеток. Всего в исследовании приняли участие 35 человек от 64 лет и старше.
Один из главных факторов старения на клеточном уровне — скорость укорочения теломер, концевых участков хромосом, в которых содержатся нуклеотидные повторы. Эти повторы бессмысленны и не несут генетической информации, однако они очень важны для системы удвоения ДНК, которая не умеет копировать концы молекул и «откусывает» их при делении. Так с каждым следующим делением теломеры немного укорачиваются и в какой-то момент доходят до критической длины. Тогда клетка сама останавливает свой цикл, чтобы не накапливать мутации, и перестает делиться.
Долгое время считалось, что длина теломер — мера возраста клетки, однако сейчас становится понятно, что это не единственный фактор. Например, у мышей теломеры в несколько раз длиннее человеческих, но живут грызуны всего два-три года. Теломеры не только укорачиваются, но и могут принимать неправильные вторичные структуры и ломаться, что также приводит к остановке клеточного цикла. Эти и другие теломерные аномалии коррелируют с возрастом даже лучше, чем длина сама по себе.
Тем не менее размер теломер иногда используют, чтобы предсказать риск смерти для пожилых людей с хроническими заболеваниями — а значит, этот параметр все же как-то связан со старением. Поэтому научиться удлинять теломеры было бы полезно, и пока такие методы только разрабатываются. Однако уже было показано, что длина теломер может колебаться в течение жизни: как расти, так и падать.
Исследователи из Медицинского центра Шамира под руководством Яфита Хакмо (Yafit Hachmo) и Амира Хаданни (Amir Hadanny) проверили, как на длину теломер пациентов повлияет насыщение тканей кислородом под давлением. Такая терапия проводится в гипербарической барокамере, где кислород из воздуха растворяется в плазме крови и переносится по организму эффективнее, чем при атмосферном давлении. Биологи на протяжении трех месяцев пять дней в неделю помещали 26 человек от 64 лет в барокамеры и собирали образцы их крови в середине эксперимента, сразу после него и еще через 1-2 недели.
Из образцов ученые выделили мононуклеарные клетки периферической крови (лимфоциты, моноциты и небольшое количество дендритных клеток), после чего определили их тип и длину теломер. Для этого они обработали клетки разными красителями для специфических маркеров их типов, а также светящимися зондами для теломер. После этого биологи измерили силу свечения при помощи проточной цитометрии. В цитометре поток суспензии сжимает клетки, и те выстраиваются одна за другой. На «очередь» из клеток направлен лазерный луч, который возбуждает флюоресценцию красителей. На основании интенсивности свечения зондов биологи определяли длину теломер.
Оказалось, что у иммунных клеток Т-хелперов длина теломер выросла на 21 процент (p = 0,042) в середине исследования и через 1-2 недели после него. У B-клеток теломеры выросли на 25, 29 и 37 процентов на каждой стадии соответственно (p < 0,05). У натуральных киллеров их длина также выросла более, чем на 20 процентов в середине и сразу после исследования (p < 0,05). Теломеры стали длиннее и у цитотоксических Т-лимфоцитов: сразу после исследования на 24 процента, а через 1-2 недели — на 19 (p <0,05). После исследования также значительно снизилось количество старых (остановивших свои деления) Т-хелперов и цитотоксических Т-лимфоцитов.
Так исследователи обнаружили, что оксигеназная терапия в барокамере пожилых пациентов увеличивает длину теломер некоторых клеток крови больше, чем на 20 процентов. Это исследование указывает на парадоксальный ответ организма на большие дозы кислорода, ведь считается, что окислительный стресс в том числе вызывает старение клеток. Однако впечатляющий результат авторы не подтверждают дополнительными исследованиями непосредственного влияния кислорода на теломеры, поэтому свидетельство его роли остается косвенным.
Однако в организме существуют и клетки, которые не подвержены старению из-за теломер — стволовые. У них работает фермент теломераза, который достраивает теломеры после делений. Недавно мы писали о препарате, который восстанавливает работу теломеразы в культуре стволовых клеток пациентов с дискератозом и удлиняет их теломеры.
Анна Муравьева
Но сработала только низкая доза
Ученые из США ввели макакам-резус белок Клото. Уровень сывороточного Клото вырос в пять раз после инъекции белка. В итоге обезьяны почти на 20 процентов лучше справились с задачей на память, и эффект не прошел даже после двух недель. Но если на мышах работали разные дозы белка, то макакам хватило 10 микрограмм на килограмм массы тела — большие дозы не улучшали память. Результаты опубликованы в Nature Aging. В конце 20 века ученые открыли белок Клото (Klotho), который назвали в честь древнегреческой богини, прядущей нить жизни. Выяснилось, что мыши с дефектным геном Klotho начинают стареть уже спустя 3–4 недели после рождения, а еще у них развивается остеопороз, атеросклероз и другие патологии, а к двум месяцам они умирают. Мыши, чрезмерно экспрессирующие Klotho, напротив, живут на 20–30 процентов дольше, а их память лучше. Еще сверхэкспрессия белка защищала мозг мышей от повреждений, связанных с болезнями Альцгеймера и Паркинсона. Люди с повышенными уровнями белка тоже живут дольше, их когнитивные способности лучше, а еще у них ниже риск развития деменции и болезни Альцгеймера. В организме синтезируется две формы белка Клото — трансмембранная и секретируемая. В крови еще циркулирует растворимая форма белка, которая получается, когда ферменты отрезают от трансмембранного белка кусок. Растворимая форма может действовать как гормон, влияя на сигналинг инсулина, фактора роста фибробластов (FGF), функцию Wnt и NMDAR. Растворимую форму Клото вводили мышам в виде инъекций, и это повышало синаптическую пластичность, улучшало познание и устойчивость нейронов к старению. Стейси Кастнер (Stacy A. Castner) из Йельской школы медицины и ее коллеги решили проверить, улучшится ли память у нечеловеческих приматов, макаков-резус (Macaca mulatta), если им подкожно ввести белок Клото. Макаки-резус, как и люди, страдают от возрастного когнитивного снижения, хотя и без значительной потери нейронов. Сначала белок Клото макак ученые ввели мышам — в дозировке 10 микрограмм белка на килограмм массы тела. В предыдущих исследованиях такая доза увеличивала синаптические и когнитивные функции мышей. Здесь спустя 4 часа у мышей улучшилась синтетическая пластичность и рабочая память, которую проверяли в У-образном лабиринте. Уровень белка Клото в сыворотке мышей после инъекции увеличился в шесть раз. Затем ученые попытались повысить уровень белка в сыворотке стареющих макак, которым было в среднем около 22 лет (что эквивалентно человеческим 65), до того же уровня. Для этого они вводили макакам разные дозы Клото: от 0,4 до 30 микрограмм на килограмм массы тела. Доза в 10 микрограмм на килограмм повысила уровень сывороточного белка в пять раз. Уровень Клото в человеческой пуповинной крови тоже примерно в пять раз выше, чем в крови взрослых, — поэтому на дозе в 10 микрограмм ученые и остановились. Обезьян учили запоминать расположение отсека с пищевым вознаграждением, и таким образом оценивали их рабочую память. Задачи с нормальной сложностью, в которых было от 4 до 7 отсеков, они выполняли успешно, но не всегда справлялись с повышенной сложностью, когда отсеков было уже от 6 до 9. Уже через четыре часа после однократной инъекции белка Клото макаки стали лучше решать задачу, особенно — ее сложный вариант. Процент правильных ответов в сложной задаче увеличился с 45 до почти 60 (P = 0,0077). Этот эффект сохранялся спустя две недели и не зависел от пола. А вот более высокие дозы — 20 и 30 микрограмм на килограмм массы тела — не привели к когнитивному улучшению у макак, но и хуже не сделали. В отличие от обезьян, на мышей в предыдущих исследованиях высокие дозы белка действовали положительно. Возможно, слишком высокие дозы нарушают метаболизм у нечеловеческих приматов. Авторы предположили, что когнитивного улучшения у людей также можно будет достичь с помощью небольших, физиологических доз гормона. Также ученым еще предстоит выяснить, как сигналы белка передаются в мозг, поскольку введенный в кровь Клото сам не пересекает гематоэнцефалический барьер. Не так давно ученым удалось улучшить рабочую память людей, посветив на мозг лазером — через кожу и череп. До стимуляции люди могли запомнить 3–4 фигуры на картинке, а после — 4–5.