Книга: Биохимия старения

Старческий пигмент

Старческий пигмент, называемый также липофусцином ("липо" — жир, "фусцин" — темный), впервые был обнаружен Ходжем в 1894 г. в цитоплазме нейронов старых организмов. Его образование относится к наиболее очевидным и легко наблюдаемым изменениям, возникающим в неделящихся клетках, таких, как нейроны и клетки скелетных мышц [1, 6, 8, 9, 12, 23, 29, 38, 45, 50]. Накопление старческого пигмента в коре и гиппокампе головного мозга человека [17], макака-резуса [11] и крысы [8, 10] является одним из постоянных морфологических признаков старения. Возможно, это накопление служит одной из причин потери нейронов [7, 10, 11]. Липофусцин образуется также и в делящихся клетках, например в клетках печени [16], коры надпочечников [47] и семенников [29]. Откладывание пигмента усиливается при введении кортизона, недостатке витамина Е, гипоксии [42, 46] и при некоторых патологических состояниях, возникающих в раннем возрасте [41]. Его накопление вызывает пропорционально усиливающееся разрушение цитоплазматических структур, например уменьшение массы цитоплазмы, числа митохондрий, шероховатого эндоплазматического ретикулума, упрощение аппарата Гольджи и образование в цитоплазме вакуолей [39] (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Изменение с возрастом доли объема клетки, занимаемой липофусцином, цитоплазмой и ядром в больших нервных клетках из nucleus deviatus мозжечка [51].

_{1 — липофусцин; 2 — цитоплазма; 3 — ядро}

Источник образования старческого пигмента пока не выявлен. Ряд исследователей высказывается в пользу лизосом, так как с процессом его образования связаны некоторые гидролазы [2, 12, 14, 44, 50]. Другие [13, 18, 24] считают, что источником липофусцина являются митохондрии. Они предполагают, что он образуется при перекисном окислении полиненасыщенных липидов в этих клеточных органеллах [44, 48]. Липофусцин представляет собой весьма сложное, имеющее сопряженные связи и поперечные сшивки соединение, которое накапливается, как правило, в цитоплазме неделящихся клеток — нейронов, клеток сердечной и скелетной мышц. У крыс его накопление в аэробных тканях интенсивнее, чем в анаэробных [39]. При освещении ультрафиолетовым светом наблюдается его флуоресценция с масимумом между 430 и 490 нм. Липофусцин окрашивается Суданом черным, нильским голубым и ШИК-положителен.

Некоторые ферменты, например кислые и щелочные фосфатазы и глюкуронидаза, образуют с ним ассоциаты. В состав липофусцина входят металлы — цинк и кальций, углеводы, белки и в больших количествах нейтральные и кислые полимерные липиды. Пигмент хорошо растворяется в кислотах. В некоторых тканях его концентрация линейно увеличивается с возрастом, возможно, потому, что клетки утрачивают способность его удалять. Например, его количество линейно возрастает в семенниках мышей [29]. В основном его накопление происходит в клетках Сертоли и интерстициальных клетках, но не в сперматогонии. Высокая способность сперматогония препятствовать накоплению пигмента может быть интересной темой исследования. Накопление липофусцина в гиппокампе и зрительной коре старых крыс протекает быстрее, чем у молодых животных, причем с возрастом одновременно уменьшается количество клеток [10]. Все это должно воздействовать на функции мозга.

Появление в цитоплазме больших количеств неактивного пигмента должно, очевидно, инактивировать клетку. У старых мух Drosophila до 50 % объема клеток занято липофусцином [1]. Однако, если сравнить его содержание у диких дрозофил и у редкого мутанта, имеющего более короткую продолжительность жизни, никакой корреляции не наблюдается. В том и в другом случае пигмент накапливается с одинаковой скоростью. Таким образом, перекисное окисление липидов и накопление старческого пигмента не имеют явного отношения к уменьшению продолжительности жизни. Раннее накопление пигмента наблюдается у людей, страдающих наследственной болезнью- нейронным цероидлипофусцинозом (синдром Баттена — Фогта), а также у собак с ювенильной амавротической идиотией [55]. Значительное отложение пигмента наблюдается у людей, больных хореей Гентингтона и старческим слабоумием.

Липофусцин, очевидно, является побочным продуктом метаболизма и сам не метаболизируется, однако такие лекарственные препараты, как центрофеноксин (?-хлорфеноксиацетиловый эфир диметиламиноэтанола) и диметиламиноэтанол, уменьшают его отложение в нейронах морских свинок и мышей. Введение центрофеноксина в течение 12 нед или более приводит к заметному уменьшению количества старческого пигмента в мозгу морских свинок, крыс и мышей [25, 26, 28, 32, 37, 43]. В нейронах коры головного мозга мышей в возрасте одного месяца старческого пигмента не обнаружено. Он появляется в возрасте 2–3 мес, и затем его количество постепенно возрастает. В гиппокампе обнаружено больше старческого пигмента, чем в коре головного мозга. Если мышам-самкам ежедневно вводить внутрибрюшинно центрофеноксин (80 мг·кг^-1 веса) начиная с месячного возраста в течение 2-11 мес, накопление липофусцина в нейронах коры головного мозга и гиппокампа заметно уменьшается (рис. 6.2 и 6.3) [33, 34]. После введения препарата в течение 3 мес улучшаются обучаемость и память 11-12-месячных мышей. Было сделано заключение, что центрофеноксин вызывает разрушение старческого пигмента и тем самым препятствует его накоплению [25, 43]. Хотя несколько исследователей показали, что этот препарат уменьшает накопление липофусцина, остается неясным, происходит ли это из-за предотвращения его отложения или из-за удаления уже отложившегося пигмента. Кроме того, необходимо учесть и оценить побочные эффекты от употребления высоких доз препарата.

Рис. 6.2. Окрашивание липофусцина нильским голубым в нейронах коры головного мозга мышей в возрасте 6 мес; ?600 [33, 34].

 _{А. Контроль. Б. После введения центрофеноксина в течение 5 мес}

Рис. 6.3. Окрашивание липофусцина нильским голубым в нейронах коры головного мозга мышей в возрасте 12 мес; ?600 [33, 34].

_{А. Контроль. Б. После введения центрофеноксина в течение 11 мес}

Старческий пигмент начинает накапливаться по мере старения в цитоплазме Neurospora crassa. При введении нордигидрогваяретовой кислоты (НДГ), обладающей свойствами антиоксиданта, не только уменьшается его накопление, но и увеличивается продолжительность жизни [30]. НДГ и глутатион оказывают такое же действие на Podospora anserina [31].

Причины накопления старческого пигмента еще предстоит выяснить. Если это происходит из-за нарушений метаболизма, необходимо установить, какие факторы ответственны за эти нарушения. Очевидно, однако, что накопление липофусцина является лишь вторичной причиной старения.