Биохимия старения - [52]
Таким образом, можно предположить, что структурные изменения коллагена, зависящие от возраста, происходят из-за изменения уровня некоторых ферментов и, следовательно, являются вторичными причинами старения. Какое-либо повреждение первичных центров, т. е. генома, в результате которого может измениться синтез ферментов, принимающих участие в синтезе α-цепей, их деградации и модификации, может привести к нарушению структуры коллагена, а следовательно, и его функции. Отсюда вытекает необходимость изучения изменения в регуляции синтеза этих ферментов и разных типов α-цепей на уровне генома; только тогда можно разобраться в молекулярных событиях, связанных с изменениями в структуре коллагена как функции возраста. Полиморфизм молекул коллагена и сдвиги в соотношениях типов коллагена в тканях, наблюдающиеся на протяжении жизни, похожи на те явления, которые имеют место для изоферментов лактатдегидрогеназы [4] и аланинаминотрансферазы [56]. Все это может объясняться разной активностью генов, кодирующих свойства α-цепей разных типов. Активность генов может определяться факторами, уровень которых меняется на протяжении жизни. В пользу этой точки зрения свидетельствует тот факт, что синтез коллагена в период постэмбрионального развития свободно живущей нематоды Panagrellus silusiae имеет прерывистый характер, и каждая очередная его вспышка совпадает с увеличением уровня пролилгидроксилазы [43].
Некоторые исследователи делали попытки замедлить возрастные изменения в коллагене с помощью гормонов. Так, введение гормона роста, пептида из передней доли гипофиза, стимулирует пролиферацию фибробластов, образование соединительной ткани и синтез коллагена. При гипофизэктомии не только замедляется рост крыс, но уменьшается содержание коллагена и тормозится его синтез в различных тканях [17]. Значительно замедляются также превращение лизина в полуальдегид α-аминоадипиновой кислоты и полимеризация коллагена [73]. Оказалось также, что после гипофизэктомии уменьшается синтез лизилаксидазы.
Другие гормоны — тироксин, АКТГ, кортикостероиды и половые гормоны — оказывают влияние на метаболизм коллагена. У гипотиреоидных крыс содержание коллагена уменьшается, а введение тироксина его нормализует [17]. Катаболизм коллагена сильно уменьшается и при гипертироидизме, и при гипотироидизме. Кортикостероиды в основном ингибируют синтез коллагена. Аналогичным образом влияет АКТГ. Тестостерон усиливает синтез коллагена. У кастрированных самцов крыс синтез коллагена в коже уменьшается, а доля нерастворимого коллагена увеличивается. Эффект эстрогена на метаболизм коллагена неясен. Механизм действия всех этих гормонов еще необходимо установить. При этом следует учесть, что очень важно правильно дозировать вводимый гормон: нефизиологические дозы могут вызвать различные побочные эффекты и привести к ошибочным результатам.
Для изучения влияния гормонов на молекулярную структуру коллагена либо удаляли специфические эндокринные железы, либо вводили гормоны. Синтез коллагена и других белков после гипофизэктомии замедляется. Спустя три недели после этой операции в сухожилии хвоста крыс сильно уменьшается доля α-цепей (рис. 4.10). Кроме того, вообще уменьшается количество вновь синтезируемого коллагена, а его физические свойства становятся похожими на свойства коллагена у старых крыс, т. е. растворимость коллагена понижается, точка разрыва повышается, а развивающееся напряжение увеличивается. Однако коллаген, экстрагированный из тканей крыс значительно позже, имеет свойства, подобные коллагену молодых крыс. Крысы, у которых гипофиз был удален в возрасте 800 сут, имели волокна коллагена с такой же растворимостью (рис. 4.2) и такими другими физическими свойствами, какие наблюдаются у крыс 400-дневного возраста. Гипофизэктомия замедляет также старение коллагена кожи крыс [91]. Полагают, что после удаления гипофиза замедляется превращение лабильных поперечных сшивок в стабильные, но как это происходит, неизвестно. Данное предположение подтверждается тем фактом, что у крыс, лишенных гипофиза, лизилоксидаза не определяется, но ее активность приближается к норме, если крысы получают гормон роста и кортизон [38]. При гипофизэктомии, однако, уменьшается продолжительность жизни крыс. Так как крысы после операции едят меньше, чем в норме, можно предположить, что замедление старения их коллагена связано с более низким потреблением пищи. Однако, когда сравнивают коллаген этих крыс с коллагеном интактных животных, получавших такие же количества пищи, оказывается, что старение замедляется у первых гораздо сильнее. Следовательно, гипофиз играет определенную роль в старении коллагена.
Рис. 4.10.Уменьшение количества α-субъединиц во вновь синтезируемом коллагене 25 дней спустя после гипофизэктомии, свидетельствующее об уменьшении синтеза коллагена [20]
Тироидэктомия, как и гипофизэктомия, сначала ускоряет старение коллагена, а позже — замедляет. Начальный эффект может заключаться в понижении синтеза коллагена. Если крысам, подвергнутым тироидэктомии, дают тироксин, то коллаген стареет, причем это происходит только тогда, когда возрастает потребление пищи. Эстроген стимулирует активизацию лизилоксидазы и ускоряет созревание коллагена. Он способствует увеличению содержания коллагена в костях и в матке [69].
