К интервью с доктором Дэнхеном Харманом — основоположником свободнорадикальной теории старения — я готовился несколько месяцев. Концепция, по которой свободные радикалы причастны к нарушениям процессов биосинтеза, протекающих в организме, стала наибольшим достижением в биологии с момента открытия микробов. Теперь уже доказано, что свободные радикалы могут являться причиной рака, сердечных болезней, артрита и, возможно, более чем 80 различных заболеваний, которые не носят инфекционный характер. Я познакомился с Харманом в 1967 году, и с тех пор мы продолжаем обмениваться идеями и мыслями.
Несмотря на то, что я достаточно хорошо знаком с исследованиями Хармана, у меня все же было несколько вопросов, которые я никогда ему не задавал раньше. Причина этому — вечная нехватка времени. Тогда, в 60–70 годы, мы были так увлечены собственными идеями и исследованиями, что не было времени оглянуться назад. Теперь, через 40 лет, наступил момент, когда можно расслабиться и осмыслить все то, что было. Первая часть этого интервью была написана в 1992 году, вторая — пять лет спустя, в 1997 году. За эти пять лет теория дополнилась новыми экспериментальными фактами, очень интересными и показательными.
Дэнхем Харман — истинный гений. Как это часто случается, многие из его работ появились раньше времени, общество было не готово к их принятию. Готовясь к встрече с ним, я просмотрел все имеющиеся у меня оттиски его статей. Я обнаружил, что не помню о некоторых из его экспериментов, в том числе по сердечным заболеваниям и раку. Эти исследования тогда прошли незамеченными, а сегодня они в центре внимания многих ученых, думающих, что они первооткрыватели. К сожалению, в компьютерных базах данных нет сведений о работах, которые проводились до 1967 года, так что многие из публикаций Хармана можно теперь найти только в библиотечных архивах.
Пассватер: Когда Вы предположили, что свободные радикалы могут играть роль в процессе старения, фактически никто даже не задумывался над их ролью в биологических системах. Когда именно Вам пришла в голову эта идея?
Харман: В начале ноября 1954 года.
Пассватер: Вы предположили, что вещества, предохраняющие от радиации (так называемые “протекторы радиации”), предотвращают и образование свободных радикалов. Это говорит о том, что Вы неплохо разбирались в радиационной химии.
Харман: Вы правы, радиационная химия была включена в программу химических и физических курсов в колледже. Кроме того, у меня был опыт работы со свободнорадикальными реакциями в компании Shell.
Пассватер: Почему Вы заинтересовались процессами старения?
Харман: Интерес к этой проблеме у меня возник после того, как в декабре 1945 года жена дала прочитать мне статью в одном популярном журнале. Статья называлась “Завтра вы сможете быть моложе” и была написана Вильямом Лоренсом, научным редактором New York Times. Статья имела отношение к работам русского ученого Александра Богомольца из Института геронтологии в Киеве по “антиретикулярной цитотоксической сыворотке”.
1 июля 1954 года я присоединился к группе ученых из Доннеровской лаборатории медицинской физики, которая находилась в Берклеевском кампусе Калифорнийского университета. Лабораторию возглавлял д-р Джон Лоуренс (John Lawrence), брат известного Эрнста Лоуренса, Нобелевского лауреата и изобретателя циклотрона. Я провел в лаборатории 4 года. Первые два года я только работал,а вторые два года совмещал работу с учебой в медицинской школе в СанФранциско. У меня появилось немного свободного времени, за исключением среды, которую я проводил в гематологической клинике. Все это время я не переставал искать ответ на вопрос, что же лежит в основе процесса старения.
Оглядываясь назад, я понимаю, что в то время у меня было все необходимое для того, чтобы заняться этим вопросом — набор знаний, большой интерес и, наконец, время. Я только что закончил прекрасный курс по биологии — медицинская школа в Станфорде и практика в городском госпитале Сан-Франциско, а перед этим я почти 15 лет проработал в химической лаборатории компании Shell. Мне действительно повезло с работой в Shell. За это время я получил кандидатскую степень по биологии и химии, моя диссертация была посвящена органическим реакциям. Последние 7 лет в Shell я работал в отделе кинетических реакций, где, собственно, и познакомился с реакциями, идущими по свободнорадикальному механизму, и, прежде всего, с молекулярным кислородом и фосфор- и серосодержащими веществами. Это было в начале 40-х годов.
Первые четыре месяца в Доннеровской лаборатории были периодом нарастающего разочарования. Мне казалось, что я иду в никуда. Но в один прекрасный день (это было в начале ноября 1954 года) полоса разочарований закончилась. Я читал в своем офисе, и вдруг я подумал, что свободнорадикальные реакции, однажды начавшись, могут быть причиной прогрессирующего износа биологической системы. Я знал, что эти реакции необратимы и, кроме того, носят случайный характер. В то время не было данных о том, что свободные радикалы образуются в человеческом организме. Однако, по логике вещей, они там должны были быть — это следовало из химии. Многие биологические реакции, протекающие в клетках, идут с участием кислорода. Я предположил, что некоторые кислородные реакции могут протекать с образованием свободных радикалов. Такое предположение связывало вместе все известные мне факты — и биологические, и химические.
Однажды в начале декабря 1954 года я прогуливался по Берклеевскому кампусу и беседовал с разными людьми о своей гипотезе. Общая реакция была отрицательной, теория казалась слишком простой для того, чтобы объяснить сложный процесс старения. Я пытался возразить, правда, без особого успеха, что свободнорадикальные реакции достаточно сложны. Только два человека согласились с тем, что теория заслуживает внимания. Оба они были химиками и интересовались биологией — один вирусологией, другой — фотосинтезом.
Теория была впервые опубликована 14 июля 1955 года как отчет радиационной лаборатории Калифорнийского университета и называлась “Старение: теория, основанная на химии свободных радикалов и радиационной химии” (“Aging: a theory based om free radical and radiation chemistry”), а год спустя она появилась в Journal of Gerontology. Первый публичный доклад “Старение: теория, основанная на химии свободных радикалов и радиационной химии, применительно к процессам канцерогенеза и атеросклероза” состоялся 6 февраля 1956 года на семинаре в Доннеровской лаборатории.
Пассватер: Сколько Вам было лет в ноябре 1954 года?
Харман: Мне было 38 лет.
Пассватер: Вы до сих пор работаете в Университете штата Небраска. Хотя простой подсчет показывает, что Вы ушли на пенсию 13 лет назад.
Харман: Да, официально я на пенсии, тем не менее, в Университете у меня есть свой кабинет, где я продолжаю работу. Мне все очень интересно.
Пассватер: Я знаю, что Вас минули стороной все болезни, которые теперь связывают с образованием свободных радикалов. Их список выглядит как оглавление к учебнику внутренних болезней. Согласно исследованиям, проведенным учеными компании Pracon Inc., если бы американцы ежедневно принимали оптимальное количество трех антиоксидантов — бета-каротина, витамина С и витамина Е, то мы могли бы сохранить 8.7 миллиардов долларов ежегодно только за счет уменьшения госпитализаций при сердечных болезнях и раке.
Харман: Свободнорадикальные реакции лежат в основе более 50 болезней, в число которых входит рак, сердечные болезни, паралич, ревматоидный артрит, катаракта, болезнь Альцгеймера. Список продолжает расширяться.
Пассватер: Я бы не удивился, если бы их число возросло до 80. До того, как появилась теория свободных радикалов, все объяснялось либо инфекцией, лидо возрастом. Причины, ведущие к старению, были совершенно непонятны. Сейчас нам известны патологические процессы, лежащие в основе многих заболеваний. И эти знания нам помогают бороться с болезнями. Пожалуйста, расскажите нам, как эта мысль пришла Вам в голову.
Харман: Часто случается так, что безуспешно работаешь целый день над задачей, потом сдаешься и идешь спать. В кровати ты даже и не пытаешься думать о ней, и вот уже перед тем, как ты почти заснул, ответ приходит тебе в голову. Когда это случается, ты знаешь, что решение правильное. Все детали совпали. Примерно так и произошло с проблемой старения, если не брать в расчет четыре месяца интенсивных и неудачных попыток решить задачу.
Пассватер: Журналы не всегда готовы публиковать новые идеи, им обычно нужны факты. В данном случае у Вас была идея, готовая к публикации. Ваша статья в Journal of Gerontology, появившаяся в 1956 году, попала ко мне только в 1961 году. Она была в большей степени теоретическая, но заставила меня присмотреться пристальнее к роли свободных радикалов. Это действительно большое достижение, что Вам все-таки удалось ее опубликовать.
Харман: Я посылал эту статью в некоторые другие журналы, но получил отказ.
Пассватер: По какой причине? Они просто думали, что этого не может быть, или тут что-то другое?
Харман: Теперь трудно сказать. Журналы любят публиковать что-либо конкретное. Сегодня у нас есть журнал, называемый “Медицинские Гипотезы” (“Medical Hypothesis”), где публикуются именно теории и предположения. В то время такого журнала не было.
Теория должна быть подтверждена практикой. И мы приступили к ее практическому обоснованию. Работа велась по четырем основным направлениям: каталаза, рак, атеросклероз и увеличение времени жизни.
Каталаза — это фермент, который переводит перекись водорода в кислород и воду. Мы провели аналогию с реакцией Фентона, в которой перекись разлагается на кислород и воду по свободнорадикальному механизму. Мы надеялись, что изучение каталазы даст нам доказательства образования гидроксильного радикала in vivo. Данные, которые были получены, обнадеживали, но нуждались в дальнейшем подкреплении. Эти работы начались в Доннеровской лаборатории, а затем были продолжены в Сент-Луисе на первом электрон-резонансном спектрофотометре. Свободные радикалы были продемонстрированы у дрожжей, это было первым доказательством того, что они могут присутствовать в биологических системах.
Пассватер: Когда Вы перешли к испытаниям на животных с использованием протекторов радиации и когда Вы впервые ввели витамин Е?
Харман: Витамин С мы стали использовать примерно в то же время, когда изучали каталазу, а витамин Е несколько позже, в 1968 году, когда стали проводить испытания по изучению продолжительности жизни у мышей.
Пассватер: Сегодня о свободных радикалах, антиоксидантах и Ваших работах слышали даже те, кто не является специалистом. Тогда, в 60-х годах, только некоторые ученые были знакомы с Вашими экспериментами. Вы смогли продолжить публикацию своих статей и привлечь внимание многих исследователей. Как Вам удалось это сделать, ведь если бы не Ваша настойчивость, Ваши идеи могли быть забыты еще 20 лет назад.
Харман: Наши первые исследования по изучению продолжительности жизни показали, что добавка простого элемента, содержащего серу, в рацион мышей значительно увеличивает их среднюю продолжительность жизни. Эти эксперименты были опубликованы в Journal of Gerontology в 1957 году. Они привлекли внимание к моей теории, хотя многие не понимали ее. В 1962 году после публикации статьи в Radiation Research я собрал большую группу ученых для обсуждения данных, которые у нас накопились.
Исследования продвигались медленно первые 10 лет. Однако, с середины 60-х годов уже было собрано достаточно фактов, подтверждающих, что при введении в рацион антиоксидантных добавок можно уменьшить образование свободных радикалов в организме. При этом увеличивается средняя продолжительность жизни, но не максимальная. Неудача с увеличением максимальной продолжительности жизни привела к публикации короткой статьи в 1972 году в Journal of the American Society, в которой свободнорадикальная теория старения была несколько модифицирована. Мы предположили, что продолжительность жизни определяется скоростью свободнорадикальных повреждений митохондрий.
Пассватер: Пожалуйста, расскажите нам о Ваших первых экспериментах по изучению витамина С.
Харман: Витамин С был включен в первые эксперименты по изучению продолжительности жизни, проведенные на мышах. При его введении в рацион в количестве 2% от веса он не оказывал влияния на продолжительность жизни, быть может потому,что витамин С в организме мыши присутствует в значительно больших концентрациях.
Пассватер: Давайте вспомним, какие вещества Вы использовали в своих первых экспериментах. Все они являлись протекторами радиации и содержали серу.
Харман: Дело в том, что я был неплохо знаком с радиационной химией и знал, что одним из самых эффективных протекторов является 2-меркаптоэтиламин (2-МЭА). Я подумал, что его введение может оказать положительный эффект. В случае с мышами добавление 0.5% 2-МЭА в рацион увеличило среднюю продолжительность жизни примерно на 20%. Если измерять на человеческой шкале, это эквивалентно увеличению средней продолжительности жизни с 75 до 90 лет.
Пассватер: Это означает, что средняя продолжительность жизни должна быть 85–90 годов, а максимальная продолжительность жизни — 115 лет. Почему Вы выбрали дозу 0.5% от веса?
Харман: Мы наугад попробовали две разных концентрации. Мы не знали, с чего начать. Не было никаких стартовых данных. Очевидно, что если использовать слишком большие концентрации, то животное можно погубить, а если слишком низкие — не увидеть ничего. Нам повезло. Мы подобрали концентрацию, которая давала некий эффект. Это большая удача. У нас не было возможно предсказать ее.
Пассватер: Сегодня проводятся очень интересные работы с фенилбутилнитроном (ФБН). Исследования травматического шока, проводимые Nobelli в университете Флоренции в середине 80-х годов, показали, что ФБН уменьшает повреждающее действие свободных радикалов. Совсем недавно John Carney из университета Кентукки и Robert Floyd из университета Оклахомы обнаружили, что ФБН эффективно блокируют паралич, которые наступает у песчанок в старости.
Харман: Действительно, данные группы Carney, опубликованные в 1991 году, представляют большой интерес. ФБН вводился старым песчанкам, и через две недели все изучаемые параметры приходили в норму, включая тест на память. После прекращения приема ФБН они довольно быстро вернулись к первоначальному состоянию.
Пассватер: Richard Cutler из исследовательского центра Национального института старения в Балтиморе также получил весьма обнадеживающие данные по действию ФБН. Он как-то сказал, что ФБН — самый сильный антиоксидант, который он когда-либо встречал. А Вы когда-нибудь имели дело с ФБН?
Харман: Я никогда не занимался ФБН. После опубликования в 1991 году статьи, о которой уже упоминалось, я предполагал, что многие ученые проявят к нему интерес.
Пассватер: Когда впервые появилась Ваша теория, как Вы смогли найти средства на исследования? Ведь экспериментальные животные очень дороги. Вы должны были доказать, что Ваши исследования оправдают затраты.
Харман: Действительно, лабораторные животные очень дороги. К счастью, я работал в Доннеровской лаборатории, и мне были выделены средства на исследования. Так что поначалу мне не надо было искать поддержки со стороны. Однако, со временем это стало проблемой. Тем не менее, мне повезло в том плане, что, когда мне потребовались деньги, я уже имел доказательства того, что антиоксиданты действительно продлевают жизнь. Так что я смог обратиться в Национальный Институт Здоровья за грантом, имея обоснование.
Пассватер: Как антиоксидантные пищевые добавки в пищу влияют на здоровье и долголетие?
Харман: Свободнорадикальные реакции могут быть причиной вредных изменений в организме. Антиоксиданты уменьшают эти повреждения и, таким образом, улучшают здоровье и увеличивают продолжительность жизни.
Если говорить о продолжительности жизни, надо различать среднюю продолжительность жизни и максимальную продолжительность жизни. С первой мы можем что-то сделать — она уже увеличилась в США с 45 в 1900 г. до 75 лет сегодня (1998 – прим. Э.Э.). Максимальная же продолжительность жизни очень индивидуальная и остается неизменной — 115–120 лет. Большинство антиоксидантов, использующихся сегодня, увеличивают среднюю продолжительность жизни, но практически не влияют на максимальную. Это наблюдение, сделанное в середине 60-х годов, вызвало предположение, о котором я уже говорил, что скорость старения митохондрий определяет максимальную продолжительность жизни. Надо сказать, что сегодня очень много работ посвящено именно этой теме.
Пассватер: Это кажется столь очевидным сегодня, но об этом стали говорить только после Вашей статьи в Journal of the American Geriatrics Society. Там впервые было высказано предположение о том, что митохондрии могут служить “биологическими часами”.
Митохондрия — это то место, где протекает большинство окислительных реакций, в которых задействован кислород. А значит, могут образовываться свободные радикалы. Таким образом, большая часть повреждений, вызванных свободными радикалами, может произойти внутри митохондрий, куда антиоксиданты проходят с трудом и в недостаточных количествах. Митохондрия — это “энергетическая станция” клетки. Она производит АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), которая является источником энергии в организме. АТФ похожа на заряженную батарею, а АДФ (аденозиндифосфорная кислота) — на разряженную. Свободная энергия аккумулируется в фосфатных связях этих высокоэнергетичных фосфатов.
Когда организм нуждается в энергии для биохимических реакций, в этот процесс вовлекается АТФ, “разряжаясь” при этом до АДФ. Когда мы много едим или делаем физические упражнения, мы активизируем энергетические реакции в митохондриях и увеличиваем потребление кислорода. Количество пищи, которую мы едим, определяет, сколько кислорода расходуется в митохондриях. Таким образом, чем больше мы едим, тем больше мы нуждаемся в защите антиоксидантов. Давайте подумаем, что произойдет, если мы уменьшим эти реакции. Разве не было показано, что максимальная продолжительность жизни может быть увеличена, если уменьшить выработку свободных радикалов митохондриями, ограничив поступление в них пищи?
Харман: Уменьшение потребления калорий действительно может увеличить максимальную продолжительность жизни. В экспериментах на крысах уменьшение потребления калорий на 40% снизило вес и потребление кислорода на 40%, при этом средняя продолжительность жизни увеличилась на 40%, а максимальная — на 49%. Я считаю, что это связано с пониженным потреблением кислорода, от 1 до 3% которого тратится на образование супероксидрадикала и перекиси водорода. Следовательно, сокращая потребление калорий, мы уменьшаем вероятность образование этих вредных веществ.
Пассватер: Вы сказали, что большинство антиоксидантов, использующихся сегодня, увеличивают среднюю продолжительность жизни, но не максимальную. И все же, какие из известных антиоксидантов способствуют увеличению продолжительности жизни?
Харман: Мне известны три антиоксиданта. Один из них — 2-меркаптоэтанол. Это вещество является аналогом 2-МЭА, у которого ОН-группа заменена на NH2-группу. К сожалению, у него ужасный запах.
Пассватер: Но он действует! Когда люди поймут, насколько необходимы вещества, содержащие серу и селен, они не станут обращать внимание на запах. Я часто встречаю людей, которые не принимают ацетилцистеин или серосодержащие аминокислоты только потому, что у них неприятный резкий запах. Извините, что я Вас прервал.
Харман: Д-р Эммануэль и его коллеги из Москвы заявили, что два пиридин-содержащих вещества увеличивают как среднюю, так и максимальную продолжительность жизни мышей на 20%. Я бы хотел ближе познакомиться с этими исследованиями, а также хотя бы с одним экспериментом по 2-меркаптоэтанолу, поскольку результаты, полученные на разных животных, сильно варьируют.
Исследование веществ, которые постепенно замедляют образование свободных радикалов в митохондриях без угнетения образования АТФ — очень важная и интересная область исследований. Сегодня уже признано, что старение во многом зависит от митохондрий. Число работ в этой области будет быстро увеличиваться в ближайшие несколько лет. Я надеюсь, что они увенчаются успехом.
Изучение “митохондриальной болезни” показывает, что дегенерация митохондрий может быть замедлена в некоторых случаях. По всей видимости, это может сделать пищевая добавка, содержащая коэнзим Q-10.
Пассватер: Добавки, содержащие коэнзим Q-10, уже появились.
Харман: Правильно. Многие люди принимают его по 10–30 мг 3 раза в день. Коэнзим Q-10 задействован в дыхательной цепи. Дыхательная цепь — это серия митохондриальных ферментов, контролирующих кислородные реакции. Концентрация коэнзима Q-10 в митохондрии уменьшается с годами — причина этому не известна. Коэнзим Q-10 с успехом используется при лечении миокардиальной миопатии. Коэнзим Q-10 — это больше, чем антиоксидант, он способен замедлять деградацию митохондрий без вмешательства в образование АТФ.
Пассватер: Как Вы определите процесс старения сегодня?
Харман: Старение — это накопление различных событий (возрастных изменений) в клетках и тканях, которые увеличивают риск заболевания. Они ответственны как за общеизвестные постепенные проявления возраста (ухудшение зрения, поседение волос и проч.), так и за прогрессирующие увеличение риска заболевания и смерти в результате него. Возрастные изменения могут быть отнесены к генетическим дефектам, влиянию окружающей среды, болезням, а также к врожденному процессу, называемому “процесс старения”.
Сегодня в развитых странах преждевременная смерть сведена к минимуму, таким образом естественный процесс старения является главным фактором заболевания и смерти после 28 лет. Только 1–2% людей, рожденных сегодня, не доживет до 28 лет. Остальные 98–99% умрут в результате процесса старения до 100 лет, при этом практически никто не доживет до 115–120 лет. Эти данные были представлены в статье, опубликованной в июне 1991 года в Proceeding of the National Academy of Sciences и озаглавленной “Процесс старения: главный риск для заболевания и смерти”.
Пассватер: Таким образом, Вы считаете, что мы должны сконцентрировать свои усилия на замедлении основного процесса старения, потому что мы уже сумели свести к минимуму смерть от болезней и окружающей среды.
Раньше Вы считали, что уменьшение потребления пищи приводит к снижению потребления кислорода и нагрузки на митохондрии. Имеется доказательство того, что снижение потребления калорий (например, в результате снижения потребляемой пищи на 30%) замедляет старение. Сокращение калорий, по всей видимости, снижает уровень нежелательных сахар-повреждающих протеинов, называемых Advanced Glycosilation End-Products (AGE). В следующей части нашего интервью я бы хотел поговорить с Вами о том, как AGE и окисленные протеины вписываются в общую картину повреждающего действия свободных радикалов.
Спасибо, д-р Харман.|Читать
