Живи долго! Научный подход к долгой молодости и здоровью

Для масштабных сдвигов в генетическом коде потребуется вечность, но уже имеющиеся у нас гены могут быть включены или выключены в течение нескольких часов. Эпигенетика – это про то, как зеленые кузнечики после пожара на лугу могут стать черными, чтобы лучше маскироваться на фоне обугленной почвы[593], и как наш организм определяет количество активных потовых желез на коже в зависимости от того, родились мы в тропиках или в более холодном месте[594]. Эпигенетика – это благая весть. Она означает, что наша ДНК не является нашей судьбой. Независимо от нашей семейной истории, выбор образа жизни, который мы делаем, может эффективно включать и выключать некоторые из наших генов, влияя не только на нас самих, но и на наших детей и, возможно, даже на внуков[595].

В исследовании «Модуляция экспрессии генов путем вмешательства в питание и образ жизни» (Gene Expression Modulation by Intervention with Nutrition and Lifestyle, GEMINAL) доктор Дин Орниш и его коллеги взяли биопсию тканей до и после того, как испытуемые в течение 3 месяцев придерживались цельной растительной диеты. Благоприятные изменения в экспрессии были отмечены у 500 различных генов. Повысилась экспрессия генов, предотвращающих развитие заболеваний, а экспрессия онкогенов, способствующих, например, развитию рака груди и простаты, была подавлена[596]. Независимо от того, какие гены мы унаследовали от своих родителей, мы можем влиять на то, каким будет наше здоровье, приведя в порядок образ жизни и стиль питания. В этом и заключается сила эпигенетики. Одна и та же ДНК, но с разными результатами.

Наиболее ярким примером эпигенетического влияния рациона на продолжительность жизни является скромная медоносная пчела. Пчелы-матки и рабочие пчелы генетически идентичны, но при этом матки могут жить 3 года и откладывать до 2 тысяч яиц в день, а рабочие пчелы – всего 3 недели, и они функционально бесплодны[597]. Как такое может быть, если генетически между ними нет никаких различий? У них разная диета. Когда в улье умирает королева, пчелы-кормилицы выбирают личинку, которую кормят веществом, называемым маточным молочком (рабочие получают в основном смесь меда и пыльцы – пергу, или пчелиный хлеб)[598]. Когда выбранная личинка съедает это желе, фермент, подавлявший экспрессию королевских генов, выключается, и на свет появляется новая королева[599].У королевы пчел точно такие же гены, как и у всех рабочих пчел, но из-за того, чем она питалась, экспрессируются другие гены, что приводит к резким изменениям в ее судьбе. Благодаря эпигенетике продолжительность жизни увеличивается в 50 раз.

Жить как королева?

Если маточное молочко способно превратить простую личинку в королеву, которая проживет в пятьдесят и более раз дольше, то стоит ли нам самим рассматривать возможность употребления маточного молочка? В видео see.nf/royaljelly я даю обзор имеющихся данных. Спойлер: выявлены редкие случаи геморрагического (кровавого) колита, вызванного употреблением маточного молочка[600].

Эпигенетические часы

Существуют определенные участки ДНК на хромосомах, которые настолько предсказуемо метилируются или деметилируются по мере старения, что это похоже на «молекулярный хрустальный шар для предсказания старения человека»[601]. Из миллионов участков метилирования в нашей ДНК их крошечное подмножество настолько достоверно изменяется во времени, что можно определить возраст человека с точностью до нескольких лет[602], просто проанализировав картину метилирования в нескольких сотнях или даже нескольких десятках участков[603] в геноме человека, состоящем из 3 миллиардов букв[604].

За последние несколько лет эти «эпигенетические часы» стали самым надежным определителем хронологического возраста, превзойдя в этом длину теломер (см. главу «Теломеры») – прежде они считались лучшим предиктором возраста[605]. Предвижу вопрос: зачем изобретать дорогостоящую «машину Руба Голдберга»[606] для определения возраста человека, если можно просто спросить его? Например, метод можно применять в судебной медицине – для определения возраста неопознанной жертвы по образцу крови или ткани, но это лишь поверхностная оценка[607]. Самое интересное заключается в том, что эпигенетические часы не просто отслеживают наш хронологический возраст, но, похоже, измеряют наш истинный биологический возраст[608]. Другими словами, эпигенетический возраст может лучше предсказать оставшийся срок жизни, чем календарный[609]. Посмотрите видео see.nf/clock, чтобы узнать всю эту историю.

Научная фантастика, скажете вы[610]. Поместите каплю своей крови на предметное стекло какой-нибудь футуристической машины – она просканирует расположение химических маркеров на цепи ДНК, и на экране появится ваш истинный возраст, отражающий ваш образ жизни[611]. Эпигенетические часы не только предсказывают время до смерти, но и, по-видимому, предупреждают о снижении когнитивных способностей, развитии артрита[612] и прогрессировании таких заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона[613]. Как вы понимаете, страховая индустрия не преминет этим воспользоваться, и вскоре ваши страховые взносы могут определяться вашим эпигенетическим возрастом[614]. Но это не какое-нибудь высеченное на камне проклятие гадалки. Вы можете изменить скорость своего старения и, возможно, вскоре в вашем распоряжении будут эпигенетические часы для отслеживания своего прогресса, что в перспективе позволит радикально ускорить и удешевить тестирование антивозрастных препаратов и процедур[615].

Ускорение и замедление биологического старения

Исследования столетних людей показывают, что некоторые из них стареют настолько медленно, что возраст метилирования ДНК 105-летнего человека может быть как у 60-летнего[616]. Неудивительно, что они живут так долго! Что мы можем сделать, чтобы притормозить ход наших эпигенетических часов и замедлить старение? Женщины стареют медленнее мужчин[617], что вполне логично, поскольку женщины, как правило, живут дольше[618], – закономерность настолько устойчивая, что один демограф сказал: «Быть мужчиной – это генетическое заболевание»[619]. Чтобы наверстать упущенное, мужчинам приходится вносить еще более серьезные изменения в свое питание и образ жизни.

Сигаретный дым провоцирует ускоренное биологическое старение, причем эффект проявляется даже при низких уровнях воздействия[620]. Напротив, частота и интенсивность физических упражнений связаны с замедлением старения[621]. А как насчет медитации? Два месяца ежедневной практики не оказали существенного влияния на темпы старения[622], и у людей, давно практикующих медитацию, по-видимому, те же темпы старения, что у тех представителей контрольных групп, которые не занимаются медитацией, хотя практики, набирающие суммарно более 6000 часов медитации, могут со временем замедлить эпигенетическое старение[623].

До недавнего времени ограничение калорийности питания еще не испытывалось на людях, однако было выявлено, что оно замедляет эпигенетическое старение у мышей и обезьян. Макаки-резусы среднего возраста, калорийность питания которых была урезана примерно на 30 % в течение 15–20 лет, эпигенетически старели на 7 лет меньше. Еще более значительным был результат другого исследования: мыши при 40 %-ном ограничении калорийности рациона старели всего на 1 год в течение примерно 3 лет[624]. В 2018 году был опубликован анализ старения в исследовании CALERIE – первом крупном рандомизированном исследовании по ограничению калорийности питания у людей. Согласно неэпигенетическим оценкам биологического старения, контрольная группа продолжала стареть со скоростью около одного года в год, но за это время группа, ограничивающая питание, старела лишь примерно на один месяц. И это при ограничении калорийности питания всего на 12 %, что равносильно отказу от одного пончика в день[625].

В группе с ограничением питания темпы старения замедлялись независимо от того, теряли ее участники вес или нет[626], а вот ожирение связано с эпигенетическим увеличением возраста – для анализа брали ткани печени[627] и глубокого жира в брюшной полости[628]. Однако даже потеря веса на 100 килограммов в результате бариатрической операции не повернула стрелки эпигенетических часов назад[629].Возможно, нам нужно есть не просто меньше, а лучше.

Фактор образа жизни, наиболее тесно связанный с замедлением старения – даже в большей степени, чем физические упражнения, – это показатель потребления фруктов и овощей, уровня в крови каротиноидных фитонутриентов, таких как бета-каротин[630], [631]. Таким образом, «эпигенетическая диета» должна быть направлена на потребление большего количества фруктов и овощей[632]. С другой стороны, пищей, которая наиболее устойчиво связана с ускорением старения, является мясо[633], [634]. Возможно, отчасти это объясняется тем, что уровень содержания в крови остатков пестицидов, например ДДТ, связан как с ускоренным старением[635], так и с потреблением мяса[636]. Длительное воздействие загрязнения воздуха также может вызывать ускоренное старение[637], но данные по этому вопросу неоднозначны[638].

Отматывая время назад

Тот факт, что наш эпигенетический возраст лучше предсказывает продолжительность жизни и некоторые болезни старости, чем хронологический, является убедительным доказательством того, что метилирование ДНК неразрывно связано с какой-то фундаментальной причиной возрастного снижения функций организма[639]. Может быть, именно оно в действительности является движущей силой старения человека[640], или это просто пассивный маркер возраста[641]? Являются ли наши эпигенетические часы причиной старения или только его следствием? Если это активная движущая сила, то она может двигаться в обратном направлении.

Помните, как при клонировании перепрограммировали взрослую клетку, вернув ее в эмбриональное состояние? При этом не только стирались метки метилирования, освобождая весь геном, но и исчезали все следы старения. Мы, конечно, не хотим переводить часы настолько далеко назад, чтобы раствориться в аморфном сгустке, но, может быть, нам удастся немного отмотать время назад и омолодить наши клетки?

В своем открытии, удостоенном Нобелевской премии, исследователь стволовых клеток Шинья Яманака[642] определил то, что мы теперь называем факторами Яманаки – небольшую группу ДНК-связывающих белков, отвечающих за перепрограммирование клеток и служащих, по сути, для возвращения клетки к заводским настройкам[643]. С помощью этих инструментов международная группа исследователей решила повернуть время вспять, восстановив регенеративные свойства нервной ткани. Например, у маленьких детей может заново вырасти целый ампутированный кончик пальца – кость, ткани и все остальное, но с возрастом мы постепенно теряем эту способность[644]. Аналогичным образом теряют свои регенеративные свойства клетки зрительных нервов, соединяющих глаза с мозгом. Однако с помощью небольших манипуляций с фактором Яманаки исследователи смогли успешно вернуть метки метилирования в более молодое состояние, восстановив зрение у старых мышей и омолодив нейроны человека в чашке Петри. Клетки, по-видимому, сохранили верную копию эпигенетической карты, созданной в раннем возрасте, что может послужить руководством для обращения старения вспять[645].

Калибровка метилирования

Физические упражнения, фрукты и овощи, снижение потребления табака и мяса могут способствовать замедлению старения, о чем свидетельствует торможение хода эпигенетических часов, но как быть с прямым изменением метилирования ДНК? На паттерны метилирования влияет множество факторов, но их модификации трудно интерпретировать. Например, в одном из исследований диета с высоким содержанием жиров вызвала масштабные изменения метилирования ДНК у мужчин всего за 5 дней, затронув более 6000 генов. Они частично восстановились только через 6–8 недель после возвращения участников к обычному рациону питания[646]. Причем переедание насыщенных жиров вызывает иные изменения метилирования, чем переедание полиненасыщенных жиров, но с каким результатом[647]? Мы не знаем. Имеют ли эпигенетические изменения какие-то физиологические последствия или они случайны?

Мы только начинаем выяснять это. Например, теперь мы знаем, что среди устойчивых различий в метилировании у веганов по сравнению со всеядными – гипометилирование (меньшее метилирование) гена-супрессора опухоли и гена, кодирующего фермент репарации ДНК[648]. Поскольку метилирование «глушит» гены, их разблокировка может объяснить более низкий общий уровень заболеваемости раком среди тех, кто придерживается растительной диеты[649], [650]. Аналогичным образом у вегетарианцев реже метилируется фермент супероксиддисмутаза. Это антиоксидантный фермент, способный подавлять миллион свободных радикалов в секунду[651].Гипометилирование связано с трехкратным увеличением экспрессии этого детоксицирующего фермента, что объясняет «более высокую защиту от хронических заболеваний у вегетарианцев»[652].

Есть данные и о том, что масштабные сдвиги метилирования могут иметь последствия для здоровья и долголетия. Если усилить действие фермента, который осуществляет метилирование у плодовых мушек, можно продлить среднюю продолжительность их жизни более чем на 50 %. Если подавить этот фермент, то продолжительность жизни сократится. Однако пока не доказано, что эта стратегия работает у млекопитающих[653].

Метилирование ДНК человека гораздо сложнее. Однако результаты исследования плодовой мушки позволяют предположить, что увеличение глобального потенциала метилирования может положительно влиять на продолжительность жизни.

С чистого листа

Наиболее изученным фактором питания, оказывающим эпигенетическое воздействие, является фолиевая кислота[654]. Это дополнительная форма фолата – витамина группы В, содержащегося в бобовых и в зелени, который превращается в донор метила. (Слово «фолат» происходит от латинского корня folium, что в переводе с латинского означает «лист»)[655]. Метильная группа, которая попадает в ДНК, может образовываться, например, из фолата в салате или из фолиевой кислоты в добавках или обогащенной муке. Рекомендуемая суточная норма для большинства взрослых составляет 400 микрограммов (мкг)[656], однако среднесуточное потребление фолатов пожилыми мужчинами и женщинами составляет менее 300 мкг, а треть не добирает и 200 мкг[657]. Каковы эпигенетические последствия?

Для изучения эпигенетических эффектов женщин в постменопаузе сажали на диету с относительно низким содержанием фолатов. Несмотря на то что уровень фолатов не упал настолько, чтобы проявились клинические признаки дефицита (например, анемия), в течение 2 месяцев у испытуемых наблюдалось гипометилирование ДНК по всему геному. Однако при возобновлении потребления фолатов в здоровом объеме это явление исчезало в течение 3 недель[658]. В последующем исследовании, в котором участвовали еще более пожилые люди, наблюдалось такое же недостаточное метилирование, но для его восстановления потребовалось больше времени, что подчеркивает важность поддержания достаточного уровня фолатов в организме[659].

Метаанализ рандомизированных контролируемых исследований, проведенных с использованием самых современных методов лабораторного анализа, выявил увеличение глобального уровня метилирования в результате увеличения потребления фолиевой кислоты, что позволяет предположить, что большинство из нас, возможно, не получает ее достаточного количества в своем рационе[660]. Эталона «нормального» уровня метилирования не существует, поэтому такие термины, как «гипометилирование», используются как относительная величина[661], что затрудняет функциональную интерпретацию этих изменений[662]. Но факт остается фактом: наши древние предки ели гораздо больше листьев. Вероятно, они получали в 2 раза больше фолатов, чем мы сегодня[663], поэтому то, что наш организм использует дополнительную метильную группу при повышении уровня фолиевой кислоты, говорит о неоптимальности нашего фолатного статуса. Впрочем, это легко исправить. Например, просто выполните мои рекомендации по ежедневному употреблению бобовых и темно-зеленых листовых овощей.

Что надо знать о MTHFR?

Так называемые мутации MTHFR[664] являются козырной картой, которую часто разыгрывают врачи альтернативной медицины[665] для назначения специальных добавок (которые они, по случайному совпадению, еще и продают) при различных распространенных заболеваниях[666]. MTHFR – это фермент, который вырабатывается нашим организмом для активации фолата. Распространенный вариант гена MTHFR, при котором в 677-й позиции ДНК находится кодовая буква T, а не более распространенная C, приводит к снижению функциональности фермента. Это может иметь эпигенетические последствия, так как у тех, кто получил вариант Т от обоих родителей (около 10 % населения Земли)[667], снижено метилирование ДНК, но только при низком потреблении фолатов[668]. Если же вы получаете достаточное их количество, то уровень метилирования будет одинаковым независимо от наличия у вас Т-вариантов. Аналогично у тех, кто имеет два гена с вариантом Т, может быть повышен риск развития рака, но опять же только у тех, кто не получает достаточного количества фолатов[669]. Вам не нужен и особый вид фолатов. Фолаты в продуктах питания и фолиевая кислота в добавках и обогащенных продуктах вполне пригодны для использования – вне зависимости от того, какой у вас тип гена[670].

Поскольку каждый человек должен стремиться получать достаточное количество фолатов, нет никакой пользы от рутинного генетического тестирования, чтобы узнать, нет ли у него мутаций, и ведущие медицинские организации в этой области не рекомендуют проводить тестирование на MTHFR[671]. Единственное, что бы следовало сделать, если бы вы узнали, что у вас двойная доза менее функционального фермента, – это проявлять осторожность при употреблении алкоголя. Ацетальдегид, продукт распада алкоголя, может разрушать фолаты в нашем организме[672], поэтому людям с двойным Т следует ограничить потребление алкоголя до одной порции в день[673]. Но поскольку все, вероятно, должны стараться минимизировать потребление алкоголя[674], я согласен с тем, что знание персонального профиля метилирования MTHFR не имеет особого смысла.

Фолиевая кислота – это не то же самое, что фолат

Обзор более 100 метаанализов популяционных исследований показывает, что люди, получающие больше фолатов с пищей, живут дольше и лучше защищены от сердечно-сосудистых заболеваний, некоторых видов рака и других хронических болезней[675]. Однако в ряде рандомизированных контролируемых исследований добавок, содержащих фолиевую кислоту, было обнаружено повышение риска развития рака[676]. Как я рассказываю в видео see.nf/folic, загадка, похоже, была решена, когда ученые вдруг догадались, что мы не крысы.

Природный фолат не подлежит хранению, но в нашей печени есть фермент, который может превращать стабильную синтетическую фолиевую кислоту, содержащуюся в добавках, в активную форму фолата в нашем организме[677]. Однако первоначальные эксперименты проводились на крысах, и оказалось, что их печень в 50 раз эффективнее справляется с этой задачей, чем наша[678], поэтому в итоге мы можем получить неметаболизированную фолиевую кислоту, циркулирующую по всему организму[679], что ослабляет противораковую защиту[680]. Например, рандомизированные контролируемые исследования показали, что у мужчин, принимающих добавки с фолиевой кислотой, значительно повышается риск развития рака простаты, а у тех, кто принимает добавки с фолиевой кислотой более 3 лет, чаще развиваются полипы толстой кишки[681]. Таким образом, лучше всего использовать натуральные источники фолатов, такие как фасоль и зелень, хотя женщинам, желающим забеременеть, все же рекомендуется принимать добавки с фолиевой кислотой, учитывая их доказанную эффективность для снижения риска врожденных пороков развития[682].

Третий способ улучшить фолатный статус (помимо употребления продуктов питания и добавок) – передать часть производства фолатов своему микробиому. Транспортер фолатов в толстой кишке, по-видимому, специально создан для поглощения фолатов[683], производимых полезными бактериями, такими как Bifidobacterium, когда мы кормим их клетчаткой[684]. Увеличение потребления клетчатки может способствовать росту маленьких фолатных фабрик в вашем кишечнике.

Пища для размышлений

Эпигеном, характеризующийся паттерном метилирования ДНК, можно рассматривать как линзу, через которую фильтруется генетическая информация[685]. К сожалению, с возрастом эта линза может помутнеть. Но эпигенетические изменения обратимы, поэтому мы можем отполировать ее до блеска. Ограничение калорийности пищи, а также улучшение рациона питания и образа жизни, включая физическую активность, отказ от курения и покупку продуктов в овощных отделах супермаркета, а не у мясного прилавка, могут замедлить ход эпигенетических часов. Получение достаточного количества питательных веществ – доноров метила, таких как фолаты, также может повлиять на способность к глобальному метилированию.

Чтобы замедлить старение:

• ограничьте калорийность питания на 12 %, что означает сокращение примерно 250 калорий при 2000-калорийной диете (например, отказ от куска пирога или торта каждый день);

• соблюдайте рекомендуемую суточную норму фолатов в 400 мкг: это чашка вареной чечевицы или эдамаме, полторы чашки вареного шпината или спаржи или две с половиной чашки брокколи.

Гликирование

Вы, наверное, слышали о реакции Майяра, если являетесь гурманом или смотрите кулинарные передачи. Именно она придает жареным стейкам, пельменям, маршмеллоу или свежеиспеченному печенью характерный подрумяненный вид, вкус и аромат. В 1912 году французский химик Луи Камиль Майяр совершенно случайно обнаружил, что смеси белков и сахаров при нагревании приобретают коричневый цвет. За прошедшее с тех пор столетие было опубликовано более 50 000 научных работ, посвященных этой «реакции Майяра», в результате которой белки могут необратимо гликироваться, или соединяться с сахаром[686]. Такая же реакция может происходить и при нагревании их до температуры тела. В результате происходит накопление конечных продуктов гликирования (AGEs)[687], которые, как мы теперь знаем, являются одним из основных факторов старения[688].

Продвинутые конечные продукты гликирования

Если вы больны диабетом, то вам знаком HbA1c – тест, позволяющий оценить уровень сахара в крови и отражающий его среднее значение за последние 2–3 месяца. Этот анализ крови просто отражает процент гликированного гемоглобина в крови. (Гемоглобин – это белок, содержащийся в красных кровяных тельцах, который переносит кислород.) Чем выше уровень сахара в крови, тем больше гликируется белок. Поскольку срок жизни эритроцитов составляет около 100 дней, анализ дает среднее значение за это время[689].

Диагноз «диабет» можно поставить при уровне HbA1 6,5 % и выше, что означает гликирование 6,5 % и более гемоглобина в крови. При величине от 5,7 до 6,4 % ставится диагноз «преддиабет», а менее 5,7 % считается нормой[690]. Таким образом, даже если у вас нормальный уровень сахара в крови, некоторые белки и другие молекулы в организме подвергаются необратимому гликированию. Это не проблема для короткоживущих белков, таких как гемоглобин, которые быстро перерабатываются и создаются заново, но что делать с долгоживущими белками, такими как кристаллины в хрусталике глаза[691]?

Период полураспада гемоглобина – скорость обновления половины всего объема – составляет около 50 дней.

Период полураспада коллагена в коже составляет более 15 лет[692], а период полураспада коллагена в межпозвонковых дисках позвоночника оценивается не менее чем в 95 лет. Аналогичным образом эластин, еще один белок соединительной ткани, образуется в младенчестве и должен сохраняться в течение всей жизни. Гликирование приводит к образованию перекрестных связей между белками, что делает наши ткани жесткими, прежде всего артерии и сердечную мышцу. Нарушение эластичности может привести к повышению артериального давления, заболеваниям периферических артерий, болезням сердца и даже раку. (Плотность тканей молочной железы связана с повышенным риском развития рака[693].) Аббревиатура для обозначения конечных продуктов гликирования (AGEs) была выбрана намеренно, чтобы подчеркнуть их роль в процессе старения (aging)[694].

Порочный круг

Есть AGEs, а есть RAGEs. Конечные продукты гликирования не только склеивают белки, но и вызывают хроническое системное воспаление. В поисках механизма такой реакции исследователи обнаружили в нашем организме рецепторы для AGEs, запускающие воспалительный каскад, и назвали их RAGEs – рецепторы конечных продуктов гликирования[695]. RAGEs может функционировать как главный переключатель. Когда AGEs воздействует на RAGEs, запускается целый ряд воспалительных генов, а также стимулируется дальнейшая экспрессия RAGEs, что приводит к порочному кругу обратной связи, который может иметь глубокие патологические последствия[696].