Вы могли бы жить как угодно. А сидите, как ваши обезьяны, голодная и взаперти.

По сути, чтобы продлить себе жизнь, вы ее обеднили, разве не понимаете?[48]

В детстве я занималась гимнастикой. Я не была особенно талантливой, но была крепкой и настойчивой, что наряду с правильной рабочей этикой фактически покрывало мои недостатки, и я продвинулась довольно далеко, пока не сломала лодыжку, из-за чего в конечном итоге вынуждена была оставить спорт. Мои родители не были страстными приверженцами гимнастики и всегда с сомнением относились к занятиям спортом, и по понятной причине: кроме постоянных травм среди гимнастов в 1980-е годы нарастала серьезная проблема нервной анорексии. Тренеры рекомендовали строжайшие диеты, поскольку они замедляли наступление пубертатного периода и позволяли девушкам оставаться маленькими и легкими, что хорошо для прыжков. Многие гимнасты высшего уровня страдали от того или иного пищевого нарушения (к сожалению, одна из гимнасток в моей региональной группе, Кристи Хенрик, умерла от анорексии). И поэтому моя мама вбивала мне в голову, что я всегда, всегда должна есть.

Я пишу об этом, чтобы объяснить мое личное отношение к строгим диетам в целом, а также к ограничению потребления калорий для продления жизни в частности. Мне кажется чудовищным выбором снизить потребление калорий до 60–70 % от нормального уровня для продления жизни на 10–30 %. На мое мнение оказали влияние и мои научные исследования, связанные с изучением инсулинового сигнального пути у C. elegans, поскольку мы часто наблюдаем увеличение продолжительности жизни на 200 %, по сравнению с которым приращение на 10–30 % кажется незначительным. Тем не менее даже я готова признать привлекательность информации о влиянии ограничения калорийности питания на продолжительность жизни и на многие аспекты здорового старения. Растет количество исследований, подтверждающих, что пищевые ограничения могут быть эффективным способом продления жизни, снижения риска развития заболеваний и удлинения здорового отрезка жизни. Более того, хотя этот подход требует усилий, он годится практически для любого человека (мы продолжаем это анализировать), в отличие от изнурительных физических упражнений или приема дорогих лекарств. Поэтому важно ответить на вопрос, могут пищевые ограничения помогать людям жить дольше и избегать возрастных заболеваний или нет. Понимание молекулярных механизмов влияния пищевых ограничений, запускающих благоприятное действие, поможет найти способы активации этих механизмов без трудностей и негативных эффектов, связанных с ограничением потребления калорий.

Краткая история диеты с ограниченным потреблением калорий

В разные периоды истории люди были вынуждены сталкиваться с теми или иными пищевыми ограничениями, что обычно было связано с нехваткой продовольствия в военное время[1]. Последующие исследования этих вынужденных, но “естественных” экспериментов выявили возможное преимущество пищевых ограничений, как, например, в результате двухлетнего ограничения калорийности питания в Дании в 1917 году и четырехлетнего двадцатипроцентного сокращения калорийности питания в Осло в 1941–1945 годах (важно, что количество пищи при этом оставалось достаточным): в обоих случаях уровень смертности снизился более чем на 30 %[2]. В прошлом столетии жители Окинавы потребляли на 17 % меньше калорий, чем японцы, и на 40 % меньше, чем средний американец (и в их рационе было меньше мяса), и Окинава занимала первое место в мире по числу людей, достигших столетнего рубежа: 50 человек на 100 тысяч жителей – почти в пять раз больше, чем в других местах[3]. Однако распространение европейской диеты в последние десятилетия привело к нарушению этой тенденции продления жизни, которая когда-то отличала жителей Окинавы. В любом случае было показано, что снижение потребления калорий коррелирует с ослаблением влияния некоторых факторов смертности.

История экспериментальных исследований роли низкокалорийных диет (НД, также известных как режим пищевых ограничений, ПО) была описана неоднократно, так что я не буду вдаваться в подробности. Насколько мне известно, первое упоминание о связи ограничения питания, ослабления роста (“низкорослости”) и увеличения продолжительности жизни было в статье в журнале Science в 1917 году, где описывали небольшую группу крыс, которых ограничивали в потреблении калорий. Осборн и его коллеги для оценки продолжительности жизни использовали длительность репродуктивного периода, рассудив, что этот параметр легче определять на практике. Выяснилось, что репродуктивный период у некоторых “низкорослых” крыс (от 25 до 31 месяца) был намного длиннее, чем средний репродуктивный период в контрольной группе животных (от 15 до 18 месяцев), и даже длиннее средней продолжительности жизни обычных крыс (около двух лет)[4]. “Низкорослые” крысы умирали от “болезней легких” в возрасте около 32 месяцев.

Создателем научного направления НД обычно считают Клайва Маккея (мы подробнее поговорим о нем в разделе о парабиозе в главе 10) – биохимика и профессора животноводства из Корнеллского университета, который совершил несколько открытий в этой области исследований[5]. Он обнаружил опасное влияние фосфорной кислоты из кока-колы и ослабление всасывания кальция в костях женщин преклонного возраста. Он также предложил метод консервации продуктов питания с помощью облучения, а вместе со своей женой Жанеттой разработал рецепт питательного хлеба, названного корнеллским. В начале 1930-х годов, изучая влияние количества потребляемой пищи в период голода, Маккей сделал удивительное открытие, что голодавшие крысы не только выживали, но жили дольше и меньше страдали от возрастных заболеваний. Это было первым реальным указанием на то, что ограничение калорийности питания может быть полезно для здоровья, а не только тормозит репродукцию.

Хотя обычно мы считаем Маккея первым исследователем НД, недавно Скотт Плетчер из Университета Мичигана, который изучает влияние пищевых ограничений на дрозофил, рассказал мне, что после работы Осборна с крысами (1917 год) в 1928 году вышла статья польского исследователя Стефана Копека, в которой он сообщал об увеличении продолжительности жизни дрозофил в результате периодического голодания[6], и это было до того, как Маккей выполнил свои широко известные и часто цитируемые исследования о роли пищевых ограничений у крыс. После этого была продемонстрирована связь между ограничением калорий и продолжительностью жизни мышей, червей, дрозофил, обезьян и даже одноклеточных дрожжей, что делает этот способ первым и, вероятно, единственным “методом лечения” для удлинения жизни, применимым ко всем изученным организмам. В более поздних работах было показано, что ограничение потребления калорий приносит животным и другую пользу для здоровья, в том числе снижает вероятность развития опухолей.

Что такое пищевые ограничения?

Одна из проблем исследований ПО и продолжительности жизни заключается в отсутствии единого мнения о том, что же такое ПО, хотя общепринятое определение гласит, что речь идет о “сокращении калорийности питания до 60–70 % от нормального уровня”. Звучит понятно, пока вы не задумаетесь о том, что это означает для лабораторных червей, дрозофил или обезьян, учитывая, что мы на самом деле не знаем, как эти животные питаются в дикой природе. Вообще говоря, обычные лабораторные условия часто эквивалентны ежедневному питанию в “Макдональдсе”: всегда открытый лабораторный буфет (из бактерий в случае червей). Как правильно ограничивать питание? В начале 2000-х годов этот вопрос остро встал в нашей области исследований. После защиты диссертации я наблюдала, как на заседаниях Лаборатории молекулярной генетики старения в Колд-Спринг-Харбор сначала специалисты по дрожжам, а потом по дрозофилам, червям и мышам яростно обсуждали правильную постановку эксперимента (какое содержание глюкозы является истинной НД?) и какие химические вещества могут или не могут индуцировать эффект. (Честно говоря, это еще одна причина, почему в своей лабораторной практике я не стала заниматься изучением влияния ПО: генетика daf-2 кажется более однозначной и менее спорной.) Вроде бы было понятно, что сокращение количества пищи на какое-то время увеличивает продолжительность жизни всех организмов, но точное время кормления, количество калорий, питательные компоненты и молекулярные пути, превращающие сигналы ПО в увеличение продолжительности жизни, еще не были установлены. Вообще говоря, генетические и регуляторные механизмы, определяющие изменение продолжительности жизни в ответ на изменение питания, долгое время оставались неизученными, поскольку считалось, что все это контролируется инсулиновым сигналом и что daf-2 – лишь модель ограничения калорийности питания, а это как минимум отчасти неверно. В 2009 году Эрик Грир и Анн Брюне красиво продемонстрировали, что у червей можно индуцировать не менее пяти различных типов ПО, которые действуют как минимум по семи молекулярным механизмам[7]. Это показывает, насколько сложен вопрос о ПО (а также что любой человек, активно доказывающий роль ПО, отчасти прав, но при этом видит лишь фрагмент общей картины).

В исследованиях ПО активно используются мыши, и поскольку мыши – млекопитающие, некоторые результаты этих исследований с большей вероятностью имеют отношение к людям, чем результаты, полученные на червях или дрозофилах, но эксперименты с мышами, понятное дело, занимают гораздо больше времени, чем аналогичные эксперименты с беспозвоночными животными. Были проведены интересные опыты, сочетающие генетические приемы и ПО (например, позволяющие установить, живут ли долгоживущие животные с мутантными рецепторами гормона роста еще дольше в условиях пищевых ограничений), направленные на поиски генов, ответственных за проявление этих эффектов. У мышей без рецептора гормона роста режим ПО не приводит к продлению жизни, что показывает: рецептор гормона роста и ПО могут действовать на одном и том же молекулярном пути[8]. Аналогичные эксперименты, сочетавшие применение генетических мутантов и режим ПО, позволили выявить молекулярные пути, необходимые для распознавания истощения пищевых ресурсов и передачи этой информации всему организму (я расскажу об этом позднее). Идентификация этих компонентов играет важнейшую роль в понимании механизмов связи между потреблением пищи и ответными физиологическими реакциями.

Один из лучших докладов по пищевым ограничениям, который я когда-либо слышала, был сделан исследователями из групп Розалин Андерсон (Университет Висконсина в Мэдисоне, UW) и Джули Мэттисон (Национальный институт старения, NIA) – они объясняли свои, казалось бы, противоречащие друг другу выводы об эффекте ограничения калорийности питания у приматов, полученные в результате параллельных длительных исследований макак-резусов[9]. Как можно догадаться, такие эксперименты трудно проводить хотя бы просто по причине их длительности: чтобы установить, влияют ли ограничения в питании на продолжительность жизни обезьян, нужно ждать около четырех десятилетий. Исследования были начаты в конце 1980-х годов Дональдом Ингрэмом (NIA) и Ричардом Вайндруком (UW). В UW было обнаружено значительное увеличение продолжительности жизни при ограничении калорийности питания, тогда как в NIA такого заметного эффекта не было. Нужно отдать должное исследователям: вместо того чтобы отстаивать “правильность” своих результатов, обе группы провели тщательный анализ обоих экспериментов с целью обнаружить причину расхождения[10]. Обсуждая и анализируя различия в методологии и в результатах, исследователи смогли ее найти. Анализ показал, что разными были происхождение обезьян, время начала ПО, состав пищи, время и практика кормления, а также масса тела животных. Различий было много, но, судя по всему, самую важную роль играла разница в питании контрольной группы обезьяны. В Висконсине обезьяны из контрольной группы ели больше, чем если бы они находились в дикой природе, так что по сравнению с ними животные, придерживавшиеся диеты, показывали лучшие результаты. Если режим питания животных в контрольных группах в двух исследованиях разный, это отражается на интерпретации всего эксперимента. Можно критиковать выбор контрольных условий, однако напрашивается параллель с нашим собственным западным типом питания с высоким содержанием калорий и вывод, что мы, вероятно, тоже могли бы выиграть от некоторого ограничения калорийности пищи, как обезьяны из контрольной группы с более обильным режимом питания. Авторы не только получили ценную информацию о роли ПО, но и предложили прекрасную модель для открытой научной дискуссии: вместо того чтобы выяснять, кто прав, а кто не прав, они проанализировали все данные с нуля, чтобы установить истину.

Измени и обрати: краткосрочные преимущества пищевых ограничений

Как быстро проявляется эффект ПО? Исследователи из лаборатории Линды Партридж в Университетском колледже Лондона сообщали, что ПО влияют на смертность дрозофил динамическим образом, то есть вероятность умереть в каждый момент времени изменяется немедленно в ответ на изменение характера питания. У взрослых дрозофил, которых переводили с обычной диеты на режим ПО, тут же снижались показатели смертности – эффект проявлялся незамедлительно[11]. Удлинение жизни не было результатом кумулятивного эффекта, и реакция наблюдалась почти сразу. (К сожалению, в статье не приводятся другие показатели здоровья, такие как подвижность, на которые тоже было бы любопытно взглянуть.) Однако у этой процедуры есть и оборотная сторона: удивительным образом сразу после прекращения режима ПО смертность увеличивалась, что говорит о скоротечности эффекта. Эффект начала и окончания ПО может быть проявлением гибкости, выработавшейся у животных для быстрой реакции на изменения доступности питательных элементов в дикой природе.

Безусловно, важно, что режим ПО оказывает быстрое действие (которое так же быстро исчезает), однако нам нужны дополнительные данные, чтобы понять, благоприятна ли такая диета в целом для продления здорового отрезка жизни, даже если не придерживаться ее постоянно. Скоротечность эффекта ПО – неприятная новость: в исследованиях Партридж было показано, что преимущества были краткосрочными и после прекращения ПО старение больше не замедлялось. Если провести аналогию с человеком, это выглядит так, как будто вы придерживаетесь низкокалорийной диеты на протяжении 30 лет, потом в один прекрасный день прекращаете диету и на следующей неделе умираете от инфаркта, – ужасно! Чтобы понять преимущества режима ПО и опасности его прекращения, необходимо провести клинические испытания, а это дело сложное.

Цена голодания: замедление функции мозга

Активным сторонникам ПО это может не понравиться, но любой человек, который испытывал притупленность мозга, поскольку долго не ел, не удивится, когда узнает, что мозг млекопитающего, потребляющий около 20 % поступающих в тело калорий (хотя на его долю приходится всего 2 % массы тела), при недостатке питательных веществ работает менее эффективно. Когда мышам давали на 15 % меньше пищи, чем нормально питающимся сородичам, их масса тела уменьшалась на 15 % и снижалась проводимость AMPA-рецептора[49] в зрительной коре мозга, хотя до тестирования все мыши поели, и значит, это не было краткосрочным результатом голода[12]. Снижение проводимости АМРА-рецептора приводило к сокращению расхода АТФ (аденозинтрифосфата – источника и формы хранения энергии на клеточном уровне) на 29 %, так что смысл эффекта понятен. Компенсаторное повышение входного сопротивления и деполяризация поддерживали возбудимость нейронов, однако возрастала вариабельность ответов и снижалась точность кодирования. Иными словами, в результате долгосрочного сокращения доступности энергии у мышей ухудшалось зрительное распознавание. Восстановление уровня лептина[50] приводило к восстановлению зрительной функции, из чего можно заключить, что снижение уровня питательных веществ было сигналом для нейронов, а не действовало напрямую через метаболическую регуляцию АМРА-рецепторов мозга. Эти данные о процессах в зрительной системе мышей коррелируют с нашими данными о червях: в модели ПО (мутанты eat-2) мы обнаружили ухудшение показателей памяти[13]; ограничения питания также пагубно сказывались на долгосрочной памяти дрозофил и мясных мух[14]. По-видимому, ослабление метаболически затратных функций для сохранения эффективности работы мозга при долгосрочном снижении доступности питательных веществ – эволюционно консервативный механизм, обеспечивающий выживание в неблагоприятных условиях. Таким образом, как бы привлекательно ни выглядел режим ПО, за него приходится расплачиваться, главным образом ослаблением функции нейронов.

Пища – не просто калории

В рацион большинства животных входит сложная смесь веществ, и поэтому трудно сразу подобрать правильный способ ограничения питания. Какой компонент лучше всего отменить, важна ли общая калорийность диеты? Следует ли обратить внимание на жиры, сахара (углеводы), белки в целом или на какие-то отдельные аминокислоты? Влияние этих специфических компонентов на продолжительность жизни и скорость старения изучают на разных организмах. Конечно, сторонники кетогенной или палеолитической диеты имеют свои предпочтения, и мода на диеты меняется. Поскольку исследования показывают, что продолжительность жизни зависит не от общего потребления калорий, а скорее от содержания определенных компонентов, таких как сахара или белки, теперь диету как метод воздействия мы называем “пищевыми ограничениями”.

Для изучения пищевых требований дрозофил в лаборатории Скотта Плетчера в Университете Мичигана был проведен тщательный анализ продолжительности жизни мух в зависимости от относительного вклада трех главных компонентов пищи (белков, сахаров и жиров) и была построена своеобразная “фазовая диаграмма” пищевых компонентов, позволяющая найти их оптимальное соотношение для увеличения продолжительности жизни[15]. Для максимальной плодовитости оптимальной оказалась диета с высоким содержанием белка и низким содержанием сахара, тогда как для увеличения продолжительности жизни больше подходит сбалансированное питание. И, вероятно, никого не удивит, что дрозофилы, потреблявшие больше сахара, сильнее страдали от ожирения.

Хотя исследователи обращают внимание на “главных подозреваемых” – жиры и сахара, в нескольких моделях на животных также изучают влияние потребления отдельных аминокислот. Выясняется, что ограничение потребления белка в целом и специфических аминокислот в частности может увеличивать продолжительность жизни и положительным образом влиять на другие параметры здоровья, такие как двигательная и когнитивная функции[16]. Интересно изучить роль метионина, поскольку это первая аминокислота в последовательности большинства белковых молекул, что связано со структурой стартового кодона (участок РНК, который помечает начало синтеза белка, одновременно является сигналом присоединения метионина в начале пептидной цепи) и, следовательно, служит хорошим показателем количества мРНК, транслируемой в белок. Выяснилось, что ограничение потребления метионина увеличивает продолжительность жизни мышей и их устойчивость к окислительному стрессу[17]. Кроме того, метионин в виде отдельной аминокислоты способен сохранить репродукцию как дрозофил, так и червей в режиме ПО, причем без сокращения продолжительности жизни. Возможно, это означает, что физиологический ответ контролируется именно сигналом аминокислоты, а не питательного вещества в целом[18]. Кроме того, ограничение потребления разветвленных аминокислот, таких как лейцин, валин и изолейцин, увеличивает продолжительность жизни самцов мышей, даже если это изменение происходит в середине жизни[19] – в значительной степени через влияние на путь TOR, отвечающий за восприятие аминокислот и других питательных компонентов. Высокое содержание белков и низкое содержание углеводов в рационе питания, как оказалось, коррелирует с повышением вероятности смерти от сердечно-сосудистых заболеваний[20], что довольно неожиданно, учитывая популярную современную идею о том, что для здоровья и снижения веса показаны диеты с низким содержанием углеводов и высоким содержанием белка. Наконец, переход от употребления продуктов животного происхождения к употреблению растительной пищи может оказаться полезным не только из-за качества или природы специфических аминокислот, но скорее по причине пониженного содержания общего количества белка, характерного для растительных диет[21].

Разве мы не знаем, что для нас плохо? почему важно знать о конфликте интересов среди ученых?

Если вам кажется, что советы диетологов постоянно повторяются, это не плод вашего воображения. Раз в несколько лет в новостях появляются победоносные заявления о новом взгляде на то, что нам следует есть (и, главное, чего есть не следует). Появляются и исчезают новые диеты: низкое содержание жиров, высокое содержание белка, отсутствие сахара, “чистка организма”, диета Аткинса, “палео”, “кето”, диета Южного пляжа… Еще и еще, но на самом деле некоторые из них – это старые диеты в новой упаковке. Американцы стали весить больше, чем раньше: начиная с 1950-х годов количество людей с ожирением выросло в три с лишним раза[51], а обхват талии увеличился больше чем на 6 дюймов – и все это несмотря на осознание необходимости правильного питания и физических упражнений. Отчасти это не удивительно: размер порций в ресторанах увеличился, за сутки мы стали потреблять почти на 400 калорий больше, в стандартном западном рационе питания теперь больше мяса и сыра, но меньше молока и яиц, чем 50 лет назад, а также на 40 % больше сахара, чем в 1950-е годы. Наш образ жизни стал в большей степени сидячим (время перед экраном и передвижение в автомобиле), и мы меньше занимаемся физическим трудом.

Как мы к этому пришли? В 2016 году был представлен мрачный отчет, в котором говорилось, что отчасти этот опасный сдвиг в нашем характере питания связан с тем, что сахарная промышленность намеренно скрывает данные о связи между потреблением сахара и сердечно-сосудистыми заболеваниями[52]. Статистик Стэнли Гланц из Университета Калифорнии в Сан-Франциско участвовал в обнародовании данных о том, что табачная промышленность скрывает известные риски курения (вспомните фильм “Свой человек”), а табачная компания братьев Кох финансировала политическое “Движение чаепития”[53]. Гланц и его коллеги обнаружили, что сахарная индустрия систематически скрывает информацию о вреде сахара и с 1960-х годов оказывает давление на сферу питания. В 1950-е были проведены исследования пищевых факторов, повышающих риск смерти в результате болезней сердца и сосудов, которые продемонстрировали связь с добавленными пищевыми сахарами и пищевыми жирами (общее содержание жиров, насыщенных жиров и пищевого холестерина). Однако в 1960-е Фонд исследований сахара использовал свое влияние (точнее, деньги), чтобы подавить в исследовательской среде любую критику диет с высоким содержанием сахаров. На самом деле сахарная промышленность использовала эту возможность для захвата дополнительной части рынка, перенеся всю ответственность на жиры и объявив “здоровой диетой” диету с низким содержанием жиров и высоким содержанием сахара. Исследователям приходилось скрывать доказательства влияния сахаров на развитие сердечно-сосудистых заболеваний и писать обзорные статьи с критикой исследований, связывающих потребление сахарозы с сердечно-сосудистыми заболеваниями[54]. Кампания была настолько успешной, что в последующие десятилетия идея о связи между сахарами и сердечно-сосудистыми заболеваниями почти испарилась и основная ответственность была возложена на жиры. В результате людям советовали есть меньше яиц и жирных продуктов, и в моду на десятилетия вошли диеты “с низким содержанием жиров”. Тем временем в Америке почти во все пищевые продукты стали добавлять дешевый и доступный кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, чтобы повысить сладость и изменить другие характеристики пищи. Действительно, продукты “с низким содержанием жиров” содержат много кукурузного сиропа, что дополнительно усложняет задачу снижения количества сахара в рационе питания. Потребление кукурузного сиропа выросло от 37 граммов в день в 1977 году до 55 граммов в 2008-м. Не приходится удивляться, что люди не понимают, что происходит. Если у исследователей в сфере питания возник конфликт интересов из-за того, что соответствующая промышленность платила им за распространение информации, чтобы повлиять на состав пищевых продуктов, потребитель проигрывает, даже если честно пытается следить за своим здоровьем.

Некоторые аспекты ПО могут быть индивидуальными[22], то есть специфическими для конкретного организма (поскольку естественный режим питания всех животных различается), однако сенсоры, воспринимающие ПО и отправляющие сигналы организму, а также конечный результат режима ПО должны быть “общими” (консервативными для целого ряда организмов). Анализ этих параметров в различных организмах позволит понять молекулярный процесс регуляции здоровья и продолжительности жизни под действием ПО в целом. Это очень важно прояснить, поскольку люди пытаются питаться лучше, чтобы быть здоровее, избавиться от лишнего веса и жить дольше. Звучит это прекрасно, но все дело в деталях, когда вы пытаетесь выбрать между диетами с низким содержанием жиров, или низким содержанием сахаров, или низким содержанием углеводов (кетодиета – с высоким содержанием жиров и белков), или какими-то другими модными диетами. В области диетологии постоянно раздаются непоследовательные воззвания, по крайней мере при обращении к широкой общественности. Часто не учитывается, что задачи разных специфических диет могут противоречить друг другу. Понятное дело, что для наращивания мышц требуется иная диета, чем для снижения веса, или для улучшения показателей в беге на длинные дистанции, или для увеличения продолжительности жизни. “Питание эпохи палеолита”, возможно, подходит на короткий срок, но совсем не обязательно полезно для продления жизни или долгосрочного поддержания здоровья. И молодые люди среди моих студентов на курсе молекулярной генетики старения, которые поднимают тяжести и принимают добавки разветвленных аминокислот, не очень обрадовались, узнав, что их способ питания может укоротить им срок жизни, как показывают результаты современных исследований. Не будет большой неожиданностью, если окажется, что диеты, приносящие краткосрочную пользу, оказываются вредными в долгосрочном плане, но для прояснения этих вопросов требуются дополнительные исследования.

О важности времени приема пищи: периодическое голодание и интервальное голодание

Мы говорили о преимуществах ограничения потребляемой пищи, а что можно сказать о том, когда нужно есть? Психологически сложно ограничивать себя в еде, и поэтому относительно недавно исследователи стали анализировать эффект периодического голодания (ПГ) и интервального питания (ИП)[23]. При таком режиме питания обычно требуется не потреблять меньше калорий, а ограничивать время приема пищи коротким интервалом или несколько раз в месяц практиковать умеренное голодание. Это гораздо более доступный способ, чем строгие пищевые ограничения. Наверное, никого не удивляет популярность различных форм таких диет – от нескольких дней в неделю “с пищей или без пищи” до ограничения времени питания в течение каждого дня. Например, в Великобритании очень популярна диета “5:2”, которая заключается в том, чтобы два дня в неделю (не подряд) потреблять лишь 500–600 калорий. Есть и более строгие варианты таких диет, в том числе с периодическими днями голодания. Еще один режим питания строится на употреблении продуктов низкокалорийной диеты. Например, Вальтер Лонго из Университета Южной Калифорнии создал бульон (ProLon), который имитирует голодание. На эту тему много написано, в том числе есть книги разработчиков подобных диет, так что я не буду останавливаться на ней подробно.

Ограничить время потребления пищи (интервальное голодание) гораздо проще, чем совсем не есть целыми днями. Исследования циркадного ритма и “хронобиологии” показывают, что существует оптимальное время для подъема, для приема лекарств и для еды. Привязка потребления калорий к циркадному ритму может оказывать оптимальное влияние на здоровье[24]; правильнее есть на протяжении всего дня, а не на ночь, поскольку толерантность к глюкозе по ночам снижается[25]. Многочисленные данные показывают, что противоположное поведение с игнорированием циркадных ритмов оказывает негативное влияние, что выражается в ухудшении здоровья, повышении риска развития рака и сокращении продолжительности жизни – все это характерно для людей, работающих в ночную смену. Напротив, рекомендация принимать пищу в ограниченном восьми- или десятичасовом временном интервале основана на идее, что преимущества голодания проявляются при оптимальном соотнесении времени приема пищи с периодами активного метаболизма.

Как именно ПГ влияет на организм животного? Группа Вальтера Лонго изучала влияние периодической диеты, имитирующей голодание (periodic fasting-mimicking diet, FMD), на разные органы мыши и обнаружила почти волшебный эффект: животные были худыми, замедлялось развитие рака, повышалась эффективность регенерации тканей, улучшалась работа органов и когнитивная функция[26]. Периодическое применение этой диеты не увеличивало максимальную продолжительность жизни, но увеличивало медианную продолжительность жизни. Иными словами, если бы вы были мышью и питались по системе FMD, вы прожили бы дольше, но вряд ли поставили бы рекорд по продолжительности жизни, так как большинство ваших собратьев на этой диете жили бы столько же, сколько и вы. И это звучит весьма достойно.

Интервальное питание (ИП), по-видимому, представляет собой самый простой и наиболее практичный подход для стимуляции преимуществ пищевых ограничений у человека и, следовательно, может вызывать наиболее значительный эффект. Однако есть данные, свидетельствующие о важности правильного выбора времени: по крайней мере, у дрозофил голодание только в ночное время приводит к аутофагии (рециклу клеток), а без ночной аутофагии ИП не оказывает положительного действия[27]. Довольно неприятно, если вы прилагаете все усилия, воздерживаясь от пищи, и ничего при этом не выигрываете. Расцвет исследований влияния ИП на здоровье человека пришелся на конец 2020 года. Группа Итана Вейсса в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, занимающаяся изучением метаболизма, решила проверить влияние ИП в контролируемых испытаниях после публикации результатов исследований Сатчина Панды (Институт Солка), полученных на животных. (Вейсс сообщил, что сам тогда верил в этот метод и практиковал режим 16:8, то есть каждый день ел только между полуднем и восьмью часами вечера.) Группа Вейсса провела достаточно масштабные рандомизированные клинические испытания режима 16:8 (116 участников, среди которых 60,3 % мужчин, средний возраст – 46,5 года, с избыточной массой тела: ИМТ от 27 до 43 кг/м²)[28]. Важно, что они не просто сравнивали показатели “до” и “после”, но использовали контрольную группу (“непрерывное или последовательное питание”), представители которой тоже ели три раза в день, а также перекусывали, но без соблюдения специфических временных интервалов и периодов воздержания. Кроме того, ни одна группа не придерживалась никакой специальной диеты или программы физических упражнений. Участники просто сообщали об изменениях массы тела, а некоторых представителей групп проверяли по отдельным метаболическим параметрам. Через 12 недель был получен шокирующий результат: диета ИП не давала никаких статистически значимых отличий от контроля! Как это возможно? Как объясняли авторы, ключевым элементом в исследовании было наличие контрольной группы. Если бы не было контроля, можно было бы заключить, что ИП приводит к снижению массы тела, но так как в контрольной группе в среднем тоже происходило снижение массы тела (при этом в обеих группах некоторые люди прибавляли в весе!), статистически значимых различий между группой 16:8 и контрольной группой обнаружено не было. И это также справедливо для большинства измеренных параметров (инсулин, глюкоза, липиды, сон, активность, расход энергии, жировая масса тела). Но еще неприятнее, что представители группы ИП теряли мышечную массу – а этого как раз никто не хочет.

Трудно переоценить значение данного исследования: наличие правильного контроля, который сложно осуществить в испытаниях режима питания человека, позволило исследователям из группы Вейсса отличить эффект ИП от эффекта участия в любых клинических испытаниях. Возможно, единственный урок, который следует извлечь из этих данных: необходимость ежедневно сообщать кому-то об изменениях массы тела сама по себе заставляет задуматься о своем питании, вне зависимости от того, когда человек ест. Нет никаких волшебных преимуществ применения ИП без сокращения калорийности питания, но именно так продвигается наука.

Ограничение калорийности питания: для кого эта диета?

Все генетические и молекулярные данные о механизмах влияния ограничения питания, которые у нас есть на сегодняшний день, получены для модельных организмов, но сейчас проводятся клинические испытания нескольких вариантов ПО. По очевидным причинам продолжительность жизни людей контролировать сложно, однако можно периодически проверять состояние здоровья, чтобы регистрировать те или иные улучшения. Например, проект под названием Комплексная оценка долгосрочных последствий снижения калорийности питания (CALERIE) сейчас осуществляется усилиями нескольких организаций[29]. Такого рода исследования слегка различаются по степени и длительности ограничений, и их участники различаются по возрасту и массе тела. Отметим, что задача некоторых испытаний – изучать влияние диеты на людей с избыточной массой тела, а не с нормальным весом, так что нельзя однозначно заявлять, что это именно исследования роли ПО. Но зато подобные испытания помогут понять, как более эффективно бороться с ожирением.

Но есть люди, которые по собственной воле придерживаются низкокалорийной диеты (НД), – это члены Общества сторонников низкокалорийной диеты. В 2007 году были опубликованы результаты наблюдений за этими людьми (средний возраст – 50 лет, продолжительность применения диеты – около шести лет), которые показали, что по сравнению со здоровыми людьми такого же возраста у них ниже индекс массы тела (19,6 по сравнению с 25,9), лучше показатель “хорошего” холестерина, лучше показатели инсулина и глюкозы натощак, ниже артериальное давление и маркеры хронического воспаления[30]. Это очень важные показатели здоровья, и результаты на сегодняшний день показывают, что у этих людей также понижена вероятность развития диабета второго типа, атеросклероза и других возрастных заболеваний.

Показатели впечатляют, но следует заметить, что соотношение мужчин и женщин в исследованиях составляло 29:4 – а значит, эта строгая диета не одинаково привлекательна для мужчин и женщин. Когда я провожу семинары в разных местах, я спрашиваю исследователей, изучающих роль ПО, люди какого пола охотнее включаются в испытания строгих диет и остаются их приверженцами – иными словами, люди какого пола чаще отказываются от диеты. И несколько раз я встречала непонимающий взгляд, означающий, что не все уделяют внимание этому вопросу, а он важен, поскольку уже показано, что режим ПО по-разному сказывается на самках и самцах мышей, и влияние подобных диет на продолжительность жизни тоже связано с полом. Если диета работает не для обоих полов, исследователи обязаны разъяснять это людям, которые хотят опробовать на себе такой режим питания. Кроме того, как я уже отмечала, при обсуждении преимуществ диеты мы должны обращать внимание на риск нарушений пищевого поведения, а не заявлять слепо, что это способ избавления от всех недугов, особенно если представители одного пола более чувствительны.

Я также считаю, что важно понять, как диеты влияют на настроение. На дрозофилах, червях и дрожжах это проверить трудно, но, по сообщениям исследователей, приматы, подвергающиеся пищевым ограничениям, весьма раздражительны. Если говорить честно, раньше уже проскальзывала подобная информация: в 1950 году 36 человек (довольно худых), уклонявшихся от военной службы во время Второй мировой войны, стали участниками “Эксперимента по голоданию в Миннесоте” и после шести недель строгой диеты с ограничением калорий демонстрировали психологические поведенческие нарушения[31]. Интересно, что представители этой группы в конечном итоге прожили на восемь лет дольше средней продолжительности жизни людей, рожденных в 1920-е годы. Поскольку известно, что эффект ПО обратим, вряд ли результат связан с пищевыми ограничениями, но скорее с другими факторами в жизни этих мужчин – теми же, которые привели к отказу от военной службы. В исследовании менее строгой диеты сообщалось об отсутствии влияния на настроение или мышление и даже о некоторых улучшениях[32], хотя в обоих исследованиях говорилось о негативном влиянии на либидо (опять же заметим, что в исследованиях принимали участие только мужчины). Мы не знаем, какова вероятность, что таких строгих диет добровольно придерживаются люди определенного склада, но было бы интересно ответить на этот вопрос. Забавно, что я знаю гораздо больше мужчин, выбравших для себя ту или иную диету с ограничением калорий или периодическое голодание (и гордящихся этим), но наилучший способ установить, есть ли какая-то связь между выбором диеты и половой принадлежностью, – анализировать количество отказов от продолжения испытаний, в которых изначально участников обоих полов было поровну. Я надеюсь, что в результате такой проверки мы не только установим преимущества ПО, но и сможем обнаружить зависимость выбора диеты от пола, а также психологические трудности в долгосрочном следовании диетам. Любой человек, который когда-либо придерживался хоть какой-то диеты, скажет вам, насколько трудно ее соблюдать, не говоря уже о диете с сокращением калорийности пищи на 30 % или с какими-то другими строгими ограничениями. Долгосрочное поддержание массы тела на постоянном уровне – очень непростая задача, и через несколько лет после прекращения диеты люди обычно вновь набирают потерянный вес[33] – неудивительно, что большинство режимов ПО слишком сложны для долгосрочного применения.

Известный исследователь и пропагандист диеты с ограничением калорийности пищи Рой Уолфорд изучал влияние ПО на старение мышей и сам придерживался такой диеты – вплоть до того, что предлагал своим коллегам из “Биосферы-2”[55] переходить на НД при плохом урожае зерна[34]. Хотя Уолфорд большую часть научной деятельности посвятил изучению и распространению диеты, к сожалению, он прожил недостаточно долго, чтобы убедиться в связи между диетой и продолжительностью жизни. Он скончался в возрасте 79 лет от осложнений бокового амиотрофического склероза (БАС). Уолфорд предполагал, что развитие БАС в его случае усилилось из-за качества воздуха в “Биосфере-2”, приведшего к гипоксии[35], и в одном модельном исследовании влияния ПО на мышей с БАС было показано, что НД может на время улучшать двигательную функцию, но в конечном итоге ускоряет развитие заболевания[36]. И если это так, возможно, следование диете на протяжении десятилетий оказало негативное влияние и стимулировало развитие БАС. Однако это невозможно однозначно установить без проведения генетического анализа, и во многих случаях БАС возникает спонтанно. Вообще говоря, с такой же легкостью можно сказать, что Уолфорд на протяжении десятилетий не заболевал БАС благодаря ограничению потребления калорий, – теперь мы не сможем это установить. В любом случае модельные эксперименты с трансгенными животными с БАС указывают на необходимость осмотрительного применения ПО при любых заболеваниях; следует учитывать возможный разрушительный эффект диеты. В наших экспериментах по изучению болезни Паркинсона на модели червей показано слабое влияние сигналов аминокислот с разветвленной цепью на симптоматику болезни, но анализ возможностей обучения и памяти показывает, что модельные животные, подвергавшиеся ПО, хуже обучаются и имеют более слабую память, однако по мере старения они медленнее теряют эти способности. Возможно, это означает, что режим ПО следует применять как можно позже. Поскольку все больше людей пытаются следовать различным диетам, чрезвычайно важно установить в деталях все плюсы и минусы ПО в различном контексте старения и заболеваний.

Генетика пищевых ограничений: поиски путей регуляции

Как клетки узнают, что количество калорий ограничено и что они все делают “правильно”? В последние годы ускорились поиски молекулярных путей, опосредующих реакцию клеток на ПО. Идентификация и характеристика регуляторных элементов помогает понять, как клетки чувствуют понижение уровня питательных веществ и как эта информация в конечном итоге превращается в “решение” об удлинении жизни и затем реализуется клеткой на биохимическом уровне.

Первые “гены пищевых ограничений”

Конечно же, я начну рассказ с червей. В главе 6 я упоминала работу Майкла Класса, выполненную в 1980-е годы и позволившую обнаружить долгоживущих мутантных червей[37]. В то время не были идентифицированы гены, объясняющие фенотип долгожительства, но вы, возможно, помните, что некоторые мутанты не могут “пережевывать” пищу (мышцы гортани не позволяют им измельчать бактерий), поэтому было ясно, что они получают ограниченное количество питательных веществ. Таким образом, сокращение объема пищи увеличивало продолжительность жизни диких червей, как и других организмов. В 1996 году исследователи из лаборатории Зигфрида Хекими опубликовали статью о мутантах eat с нарушением засасывания пищи глоткой, которые не могут эффективно захватывать бактерий и при этом живут долго, что и обнаружил Класс[38]. Выяснилось, что ген eat-2 кодирует никотиновый ацетилхолиновый рецептор, нужный для того, чтобы глотка червя реагировала на ацетилхолин, регулирующий скорость всасывания пищи. Вообще говоря, если червей кормить более мелкими бактериями, которых легче всасывать, потребление калорий не ограничивается, и черви живут не дольше обычного[39]. Таким образом, генетический мутант eat-2 как бы “придерживается” НД, поскольку не может нормально питаться – как если бы у меня была деформирована челюсть и я могла есть только через соломинку. Однако это ничего не говорит о том, как диета работает на молекулярном уровне, – это просто удобный генетический инструмент, позволяющий исследователям вызывать режим пищевых ограничений у червей.

За исключением идентификации мутантов eat и “часовых” генов, обнаруженных Хекими (некоторые из них регулируют функцию митохондрий, мы поговорим об этом позднее)[40], в целом генетический анализ влияния пищевых ограничений у C. elegans значительно отставал от изучения сигнального пути инсулина/ИФР (IIS), компоненты которого выявлялись один за другим. Как я упоминала выше, клонированию червей с мутациями IIS в значительной степени способствовала дополнительная функция IIS в переходе в диапаузу, поскольку это облегчало выделение мутантов для клонирования. До изобретения полногеномного секвенирования для клонирования мутантов с разной продолжительностью жизни исследователи проводили многочисленные скрещивания и многомесячные опыты, а после этого нужны были дополнительные эксперименты с семействами животных для сужения диапазона поисков в геноме. Фенотип увеличенной продолжительности жизни нелегко отслеживать традиционными генетическими методами[56]. Напротив, переход в диапаузу происходит быстро, и его легко наблюдать на уровне отдельных особей (в отличие от популяционного фенотипа, такого как продолжительность жизни), а поскольку диапауза предшествует стадии репродукции, мутантные животные могут давать потомство, что облегчает генетический анализ.

По данным экспериментов с млекопитающими было принято считать, что IIS и ПО реализуются на одном и том же молекулярном пути, но мне важно рассматривать их как два отдельных механизма, поскольку генетические исследования C. elegans продемонстрировали их независимость. Снижение активности daf-2 увеличивает продолжительность жизни мутантов eat-2[41], так что, судя по всему, это аддитивные механизмы[57] и действуют они на разных путях. Важнее, что потеря daf-16, который, как вы помните, совершенно необходим для увеличения продолжительности жизни daf-2, не влияет на продолжительность жизни eat-2. Иными словами, продолжительность жизни мутантов daf-16 может увеличиваться в результате их скрещивания с мутантами eat-2 или в результате пищевых ограничений. Эти данные показывают, что путь ПО и инсулиновый сигнальный путь – генетически различные механизмы, по крайней мере на регуляторном уровне, однако в нижеследующих путях создается несколько перекрывающихся клеточных сигналов.

SIR-2, NAD+ и ресвератрол

Если вас интересует тема долгожительства, возможно, вас удивляет, что я до сих пор не упомянула дрожжевой ген SIR-2. На протяжении нескольких лет о нем постоянно писали в новостях. Более того, вполне возможно, что при обсуждении молекулярной генетики старения вы не слышали ни о чем другом, кроме как о белке SIR-2 и о “лекарстве из красного вина” ресвератроле[42], который, как считалось, активирует SIR-2[58].

Через несколько лет после того, как выяснилось, что ген daf-2 контролирует продолжительность жизни червей, было установлено, что белок SIR-2 увеличивает продолжительность жизни дрожжей в условиях НД (то есть у мутантов, не способных утилизировать глюкозу), и соответствующий ген был назван “геном продолжительности жизни”[43]. Еще через несколько лет было показано, что маленькая молекула ресвератрола удлиняет жизнь за счет активации SIR-2[44]. Идея, что найдена “причина” старения, которая кроется в одном-единственном веществе, была чрезвычайно заманчивой, почти навязчивой. Было предложено несколько механизмов, объясняющих способность Sir-2 увеличивать продолжительность жизни: регуляция числа копий рибосомных повторов в ДНК (рДНК), регуляция метаболизма на уровне NAD+, транскрипция генов стресса, функция теломер. И с невероятной настойчивостью в каждой новой статье каждый вновь открытый элемент объявляли “главным регулятором” старения. Более поздние исследования показали, что SIR-2 связан с продолжительностью жизни за счет участия в метаболизме NAD+/NADH, влияния на активность FOXO и активации митохондриального “ответа на несвернутый белок” (unfolded protein response, UPR), о котором мы поговорим чуть позже. После открытия SIR-2 по этому поводу было много восторгов и примерно столько же гипотез о том, как этот белок может контролировать продолжительность жизни, какие пищевые ограничения правильны, можно ли считать репликативную или хронологическую продолжительность жизни “реальной продолжительностью жизни” и имеет ли ресвератрол какое-то отношение к продолжительности жизни.

Давайте сначала поговорим о том, как измеряют продолжительность жизни клеток дрожжей. Есть два параметра – репликативный срок жизни (РС) и хронологический срок жизни (ХС). Для расчета РС определяют число делений (количество дочерних клеток), которые переживает материнская клетка до угасания (старения), а для определения ХС измеряют длительность постмитотического (после деления) существования клетки. В целом РС определяет количество делений клетки, а ХС – срок жизни неделящейся клетки. Некоторые гены, регулирующие РС, также влияют на ХС, но многие действуют независимо друг от друга. Исследователи спорят о том, какая модель больше подходит для описания старения высших организмов, однако низкокалорийные диеты увеличивают оба показателя. Определять ХС проще: для этого требуется лишь взять культуру, находящуюся в условиях пищевых ограничений, и проверить, способна ли она продолжать жить, тогда как для определения РС нужно отделять каждую дочернюю клетку от материнской после каждого деления, и это довольно сложная процедура. Однако РС связан с большим числом консервативных в эволюционном плане регуляторных факторов, так что в целом этот показатель считают более адекватным аналогом показателя продолжительности жизни у высших организмов.

Все это хорошо, но что же такое SIR-2? Название “молчаливый информационный регулятор” (silent information regulator, SIR) белок получил в связи с его первой установленной функцией – транскрипционный сайленсинг[59] “криптических локусов спаривания” у дрожжей[45], – но позднее выяснилось, что SIR-2 представляет собой NAD+-зависимую деацетилазу белков. Это означает, что он обладает ферментативной активностью и удаляет от белков ацетильные группы при участии никотинамидадениндинуклеотида (NAD+) – кофермента и метаболического продукта пути биосинтеза NAD. SIR-2 относится к обширной группе белков, которые у млекопитающих называют сиртуинами; все они представляют собой NAD+-зависимые деацетилазы и регулируют широкий спектр важных клеточных процессов[46]. Кофермент NAD+ настолько важен для здоровья человека, что его дефицит может вызывать пеллагру, и для профилактики пеллагры в пищевые продукты часто добавляют предшественник NAD+ ниацин (витамин B3). NAD+ играет ключевую роль в функционировании нескольких ферментов, включая сиртуины, которые используют его для ферментативного удаления ацильных и ацетильных групп, и поли(АДФ-рибоза) – полимеразы, которые в числе прочего необходимы для репарации ДНК и биогенеза рибосомной РНК – двух процессов, важных для старения и регуляции продолжительности жизни. Поскольку NAD+ так активно используется в клетке, он и синтезируется (из триптофана), и извлекается из никотинамида за счет нескольких ферментативных реакций. С возрастом уровень NAD+ в клетках снижается, а поскольку это вещество играет важную роль во многих клеточных процессах, сенсор уровня NAD+ может быть хорошим регулятором старения. Исходно считалось, что субстратами (мишенями) SIR-2 являются гистоны, что имеет смысл в контексте регуляции хромосомных процессов, но позднее выяснилось, что он также деацетилирует другие белки, включая DAF-16. Белки семейства 14-3-3 связываются с DAF-16 в зависимости от состояния ацилирования и регулируют вход в ядро, так что у червей SIR-2 главным образом функционирует на пути проведения инсулинового сигнала[47].

Кроме того, SIR-2 участвует в подавлении активности внехромосомной кольцевой рДНК[48], что способствует увеличению продолжительности жизни. Возможно, это достигается за счет перемещения SIR-2 в ядрышко, где он задействован в сайленсинге рДНК. Агиланью и Нистрём показали, что SIR-2 также играет важную роль в асимметричном распределении белков между материнскими и дочерними клетками[49]: этот селективный процесс поддерживает молодость дочерних клеток путем рассортировки поврежденных и новых белков по материнским и дочерним клеткам соответственно. Это и правда удивительный процесс, позволяющий сохранять молодость дочерних клеток: защищать их от попадания старых поврежденных белков – великолепный способ поддержания функции новых клеток, в то время как материнские клетки продолжают стареть. Интересно, что в лаборатории Агиланью впоследствии было установлено, что ген sir-2 не нужен для аналогичного процесса омоложения белков в ооцитах C. elegans[50], – то есть, похоже, SIR-2 не является ни ключевым участником механизма омоложения, ни даже консервативным элементом этого селективного отбора. Выяснилось, что SIR-2 нужен для удлинения репликативного срока жизни при ограничении калорийности питания, тогда как SCH-9, гомолог киназы S6, регулирующий функцию TOR, нужен для увеличения хронологического срока жизни[51]. Позднее параметр ХС использовали для установления роли сигнального пути TOR в увеличении продолжительности жизни в условиях ПО[52].

Возможно, именно с трудностями определения РС у дрожжей связана многолетняя задержка в обнаружении новых генетических факторов (за исключением пути SIR-2) по сравнению со всплеском открытий в области долгожительства на моделях червей и дрозофил, сделанных при помощи как традиционных генетических методов, так и полногеномного скрининга с применением РНКи. Обширный анализ репродуктивного срока жизни, выполненный в 2015 году, выявил новых генетических игроков, участвующих в регуляции продолжительности жизни дрожжей[53]; это произошло больше чем через десять лет после проведения полногеномного скрининга факторов продолжительности жизни у C. elegans[54]. Возможно, теперь удастся решить проблему трудоемкого определения РС с помощью хитроумного генетического подхода, позволяющего помечать дочерние или материнские клетки, такого как “программа обогащения материнских клеток”, и микрофлюидного метода физического разделения материнских и дочерних клеток[55]. Эти новые технологии помогают пройти через узкое горлышко в исследованиях репликативного старения у дрожжей, так что, вполне возможно, вскоре будут проведены новые исследования долгожительства дрожжей, не сконцентрированные исключительно на Sir2 и ограничительных диетах.

У червей ген sir-2 поначалу исследовали в большом удвоенном участке хромосомы, содержавшем и другие гены, которые тоже могли способствовать увеличению продолжительности жизни. Однако позднее исследователи из лаборатории Ленни Гуаренте в Массачусетском технологическом институте сконструировали штамм с небольшим количеством копий ДНК и с высоким уровнем экспрессии sir-2, который тоже жил дольше. Пользуясь данными для старого штамма с дупликацией ДНК, Дэвид Джемс опубликовал в журнале Nature статью с громким названием, утверждая, что “не существует доказательств увеличения продолжительности жизни”, тогда как в его собственном и в других исследованиях с низкокопийным геном sir-2 было показано, что повышенный уровень экспрессии гена sir-2 у червей удлиняет жизнь примерно на 15 %. Давайте внесем ясность: увеличение продолжительности жизни на 15 % – это не ноль; каждый из нас был бы счастлив, если бы это касалось его жизни. Вообще говоря, исследователи, работающие в данной области, в частности те, кто занимается ПО, стремятся примерно к такому увеличению продолжительности жизни. Конечно, по сравнению с эффектом, который наблюдается в мутантах daf-2 или при потере клеток зародышевой линии, когда происходит двукратное увеличение продолжительности жизни, это сравнительно невысокий показатель, однако даже режим ПО обычно позволяет достичь увеличения продолжительности жизни не более чем на 30 %. Таким образом, увеличение продолжительности жизни C. elegans на 15 % за счет повышенной экспрессии sir-2 – одновременно статистически значимый, реальный и действительно сравнительно скромный результат по сравнению с другими изменениями или мутациями, и мне кажется лицемерием полностью пренебрегать этим результатом по той причине, что он был получен в неоптимальном штамме.

Поскольку активность SIR-2 играет роль в продлении жизни в условиях НД и повышение уровня экспрессии его гена увеличивает продолжительность жизни, логично предположить, что активаторы сиртуинов могут быть эффективными лекарствами для продления жизни. Исходя из этих соображений, исследователи из лаборатории Дэвида Синклера стали искать такие вещества и обнаружили, что ресвератрол из кожицы красного винограда и ягод может обладать такими свойствами. Ученые выяснили, что ресвератрол и аналогичные соединения способны продлевать жизнь дрожжей[56]. Вскоре после экспериментов с дрожжами было показано, что ресвератрол также увеличивает продолжительность жизни дрозофил и червей, а позднее – мышей, медоносных пчел, шелковичных червей и двух видов рыб киллифиш (Nothobranchius furzeri и Nothobranchius guentheri)[57].

Активирующее влияние ресвератрола на SIR-2 было продемонстрировано с помощью флуоресцентных пептидов, но позднее эти результаты были названы артефактом (“ресвератрол не оказывает заметного влияния на активность SIR-2 in vivo”)[58]. Об антиоксидантных свойствах ресвератрола было известно еще до того, как он был идентифицирован в качестве активатора сиртуина, и у него могут быть мишени среди других белков, так что многие исследователи пытались установить, действует ли он именно при посредничестве SIR-2. И в каждом случае данные оказывались неоднозначными и противоречивыми[59]. Судя по всему, в случае мышей и приматов ресвератрол наиболее эффективно способствует улучшению здоровья животных, потребляющих большое количество жиров (как в нашей западной диете), и может действовать не только через сиртуин SIRT1 (гомолог SIR-2 у млекопитающих), но и через другие регуляторные молекулы. До сих пор обсуждается, действуют ли ресвератрол и родственные вещества напрямую и только через сиртуины и помогают ли они животным, у которых нет ожирения, и это затрудняет продвижение исследований фармацевтических препаратов для лечения людей[60].

Популярность SIR-2 в исследованиях долголетия стала понемногу угасать, поскольку функция препаратов, которые его активируют, таких как ресвератрол, не была подтверждена во всех лабораторных исследованиях и было показано, что в регуляции продолжительности жизни более важную роль играют другие механизмы. Белок SIR-2 – не единственный клеточный сиртуин. После обнаружения SIR-2 у дрожжей были идентифицированы семь сиртуинов млекопитающих, действующих в разных субклеточных органеллах и компартментах (в ядре, цитоплазме и митохондриях)[61]. Эти гомологи в клетках млекопитающих действительно играют важную роль, которую я не собираюсь преуменьшать, и сейчас функция этих сиртуинов активно изучается. Они служат ключевыми регуляторами клеточных процессов, о чем мы даже не подозревали в то время, когда впервые идентифицировали SIR-2: в частности, они задействованы в репарации ДНК и регуляции метаболизма, функции митохондрий, транскрипции, дифференцировки жиров, чувствительности к инсулину, липидном обмене и взаимодействиях между хозяйскими клетками и вирусами. Возможно, SIR-2 не является единственным или самым главным регулятором продолжительности жизни, но повышение уровня его экспрессии в дрожжах, червях и дрозофилах действительно продлевает жизнь, а у млекопитающих он влияет на реакцию на стресс, так что и у них выполняет какую-то функцию в регуляции продолжительности жизни. При этом ресвератрол и SIR-2 могут играть очень важную роль, ослабляя пагубное влияние избыточного питания, однако, судя по всему, несмотря на первичный энтузиазм в отношении потенциальной важности SIR-2, влияние ПО не сводится исключительно к функции этого гена.

Мой скептицизм в отношении ресвератрола, возникший после прочтения первой статьи Синклера о дрожжах, где он только вкратце в самом конце упоминает о дрозофилах и червях, заставил меня провести самостоятельные исследования. Я растворила ресвератрол в этиловом спирте и распределила по чашкам с бактериями, а затем сравнила продолжительность жизни червей, живших на этих чашках, и червей, живших на чашках, обработанных только спиртом. Я обнаружила, что в присутствии ресвератрола продолжительность жизни невероятным образом увеличивалась на 45 %. Интересно, что такой результат имел место только со старыми чашками. Эффект ресвератрола ослабевал, если бактерии были свежими. Это могло означать, что бактерии на чашках переваривали лекарство. Но первый результат был вполне убедительным.

Поиски регуляторов: TOR и многие другие регуляторы ПО

Продолжительность жизни животных в условиях пищевых ограничений может увеличиваться за счет нескольких других метаболических путей, кроме пути с участием SIR-2[62]. Многие исследователи пытаются понять смысл этих условий, идентифицировать сигнальные пути, сообщающие о них животным, и, наконец, выявить клеточные процессы, приводящие к увеличению продолжительности жизни.

В середине 2000-х годов было сделано много открытий относительно молекулярных основ продления жизни в условиях ПО. Некоторые из этих открытий тем или иным образом касались пищевого сенсора и регулятора роста TOR (мишени рапамицина, target of rapamycin)[63]. Рапамицин (или сиролимус) – это маленькая молекула, которая впервые была выделена Суреном Сегалом в 1972 году из почвенной бактерии с острова Пасхи (другое название Рапануи – отсюда рапамицин). Белок mTOR – это “механистическая” версия TOR, или версия “млекопитающих”. Он представляет собой серин-треониновую протеинкиназу (фермент сигнального пути, фосфорилирующий аминокислотные остатки серина или треонина в белке – присоединяющий к ним фосфатные группы), которую активно изучали в связи с ее противогрибковым, иммуносупрессорным и противоопухолевым действием[64]. Белок образует два комплекса – mTORC1 и mTORC2 (другие названия соответственно Raptor и Rictor), которые имеют разную чувствительность к входным сигналам и формируют разные выходные сигналы.

Следует сказать, что роль TOR в проведении пищевых сигналов и в регуляции роста за счет влияния на трансляцию была известна раньше, так что его связь с продолжительностью жизни и метаболизмом не вызывает удивления. Лучше всего mTOR описан в качестве пищевого сенсора, который интегрирует информацию, поступающую по многим сигнальным путям, включая пути инсулина и факторов роста. Как обычно, впервые связь между TOR и продолжительностью жизни была продемонстрирована на модели червей: при снижении уровня TOR (у червей он кодируется геном с удачным названием let-363 – его полная потеря летальна) продолжительность жизни увеличивалась[65]. Вскоре после этого Панкадж Капахи из лаборатории Сеймура Бензера в Калифорнийском технологическом институте установил, что повышенная экспрессия ингибиторов TOR TSC1 и TSC2 и ингибирование TOR и киназы S6 продлевали жизнь дрозофил, причем эффект зависел от типа питания[66]. Эти результаты для дрозофил и червей подтверждали, что сигнальный путь TOR связан с регуляцией продолжительности жизни в дополнение к уже известной функции в регуляции роста и иммунитета. Снижение активности TOR в результате отключения или обработки рапамицином у дрожжей увеличивало как репликативный, так и хронологический срок жизни, а Мейлен Хансен из лаборатории Кеньон показала, что ослабление его трансляции у червей опосредует удлинение жизни в условиях пищевых ограничений[67]. Протеинкиназа AMPK реагирует на уровень АТФ и АМФ – высоко- и низкоэнергетических форм нуклеотида – и за счет своей фосфорилирующей активности передает другим белкам информацию об их количестве. Особенно важно, что при недостатке АТФ AMPK активирует TOR, воспринимая информацию о соотношении АМФ/АТФ; в результате при малом энергетическом запасе происходит активация TOR. У исследователей появилась возможность связать уровень питательных веществ с относительным и абсолютным содержанием АТФ и с регуляторами транскрипции, участвующими в контроле продолжительности жизни.

Подозревая, что в увеличении продолжительности жизни в условиях НД какую-то роль играют транскрипционные факторы, аналогичные DAF-16/FOXO, исследователи из лаборатории Энди Диллина применили метод РНКи для отключения 15 белков из семейства forkhead в мутанте eat-2 C. elegans и обнаружили, что потеря гомолога FoxA белка PHA-4 полностью блокирует продление жизни как в мутантах eat-2, имитирующих условия ПО, так и в реальных условиях недостатка бактериальной пищи. Позже в лаборатории Сьюзен Манго было показано, что TOR/let-363 у червей и Raptor (daf-15) блокируют активность PHA-4 за счет регуляции активности киназы rsks-1/S6, что приводит к увеличению продолжительности жизни[68]. В результате сложилось понимание всего сигнального пути – от активации TOR и киназы S6, а также сигналов AMPK до активности PHA-4/FoxA[69]; недостаток питательных компонентов приводит к активации PHA-4, который, как DAF-16, далее увеличивает продолжительность жизни. Позднее Алекс Сукас и Гэри Равкан обнаружили, что комплекс Rictor/TORC2 тоже регулирует все эти процессы: метаболизм жиров, рост и продолжительность жизни[70].

Данные Анн Брюне относительно C. elegans поначалу выглядели противоречащими остальным результатам, поскольку она показала, что энергетический сенсор AMPK играет роль в продлении жизни в условиях пищевых ограничений и для этого нуждается в активности DAF-16/FOXO[71], что не совпадало с предыдущими результатами Эндрю Диллина о продлении жизни мутантов eat-2 при наличии транскрипционного фактора PHA-4/FoxA. Аспирант из лаборатории Брюне Эрик Грир начал подробнее изучать генетику C. elegans в условиях ПО. Грир и Брюне установили, что в этих условиях реализуются несколько сигнальных путей – в зависимости от источника пищи, генетических мутаций (eat-2), разведения бактерий в жидкой среде или на чашке и временного режима питания[72]. Их детальный анализ объяснял, почему разные исследовательские группы получали не совпадающие, на первый взгляд, результаты: за продление жизни при разных режимах питания отвечают разные молекулярные сенсоры, сигнальные молекулы и нижестоящие транскрипционные регуляторы (PHA-4, HSF-1, SKN-1 или DAF-16).

А как в эту картину вписывается периодическое голодание (ПГ)? Исследователи из лаборатории Нисиды в Университете Киото добивались продления жизни червей за счет чередования кормления и голодания и обнаружили, что сигнал периодического голодания поступает через TOR и ГТФазу RHEB-1, которая, в свою очередь, регулирует активность TOR и затем DAF-16[73]. Периодическое голодание также ослабляет экспрессию ins-7 (инсулиноподобного пептида, связь которого с регуляцией продолжительности жизни я впервые обнаружила во время работы после защиты диссертации)[74], а он, в свою очередь, проводит сигналы через DAF-2 и DAF-16. ПГ напоминает как минимум один из режимов с ограничением питательных компонентов, изученных Гриром и Брюне, что связывает между собой сигнальные пути инсулина и ПО и размывает границу между этими механизмами, хотя раньше их считали генетически независимыми. Таким образом, генетические эксперименты с C. elegans позволили выявить несколько путей индукции долгожительства за счет пищевых ограничений.

Клеточная биология пищевых ограничений

Полногеномный анализ ПО

Но что именно происходит в клетке, когда все эти регуляторы сообщили организму, что он находится в условиях ограниченности пищевых компонентов, и почему это помогает дольше жить? Для ответа на этот вопрос нужно заглянуть в клетку. В отличие от пути инсулин/FOXO, для которого еще до идентификации транскрипционных мишеней были обнаружены и клонированы элементы киназного каскада от рецептора инсулина/ИФР-1 до PI3-киназы и регуляции фосфорилирования DAF-16, многие эффекты ПО были выявлены до открытия его регуляторов и сигнальных молекул. Дело в том, что многие исследовательские группы анализировали транскрипционные изменения, вызванные ограничением калорийности питания, у дрозофил, мышей и приматов, применяя новую технологию микрочипов.

В 1999 году группа Томаса Проллы из Университета Висконсина в Мичигане выполнила один из самых первых экспериментов на микрочипах в области исследований старения с целью выявить изменения экспрессии генов в стареющих скелетных мышцах в условиях ограничения калорийности питания[75]. Исследователи исходили из того, что в мышцах происходят очевидные возрастные изменения (саркопения, или вырождение скелетной мускулатуры), а поскольку все мышечные клетки являются постмитотическими (то есть не возобновляются по мере старения), наблюдаемые транскрипционные изменения могут предоставлять полезную информацию. Этот скрининг не был полногеномным (технология микрочипов только зарождалась, и многие чипы того времени были неполными), но полученные данные об изменениях генов и предотвращении этих изменений в условиях НД в значительной степени соответствовали более поздним результатам. В частности, были обнаружены гены, связанные с энергетическим метаболизмом, реакцией на стресс, протеостазом (гомеостазом белков) и репарацией повреждений. В целом категории генов, влияющих на продолжительность жизни животных в условиях НД, соответствовали категориям генов, контролируемых инсулиновым сигналом с участием транскрипционных факторов FOXO, даже если конкретные гены не совпадали. Позднее те же тенденции были выявлены в условиях НД при анализе транскрипции в других тканях, таких как жировая ткань и головной мозг, но также были идентифицированы гены, специфичные для некоторых видов тканей.

Плетчер и Партридж обнаружили у дрозофил похожий набор генов[76] и другие гены, связанные с врожденным иммунитетом и репродукцией, которые подвергаются регуляции в ответ на ограничение калорийности питания. Важно заметить, что Плетчер использовал преимущества полногеномного экспрессионного анализа, чтобы доказать, что нарушения происходят в специфических участках генома, однако выяснилось, что специфические изменения появляются с возрастом. (Стив Маккэролл и я пришли к такому же выводу при исследованиях стареющих червей и инсулиновых мутантов[77].) В полном соответствии с результатами анализа экспрессии в условиях ПО Пандит с коллегами (2014 год) установили, что мишенями PHA-4 в долгоживущих мутантах eat-2 являются регуляторы аутофагии, протеостаза (опосредованное убиквитином расщепление белков, фолдинг белков) и метаболизма, а также микро-РНК, которые образуют сигнальные петли, способствующие распространению сигнала[78]. Опять-таки, хотя конкретные гены, регулируемые PHA-4, отличаются от генов – мишеней DAF-16, категории этих генов аналогичны категориям в мутантах с нарушениями инсулинового сигнального пути.

Позже исследователи из лаборатории Цзин-Дун Джеки Хан использовали системный подход для идентификации трех основных транскрипционных модулей, непрерывно регулируемых в условиях ПО и ПГ у C. elegans. Один модуль с участием rheb-1 и TOR обеспечивает ранний ответ на ПО; второй модуль с участием DAF-16 регулирует ответ на уровне транскрипции; третий модуль “голодания” связан с активностью АМФ-киназы (aak-2) и кальциневрина (tax-6)[79]. Аддитивные генетические манипуляции с этими модулями позволили вызвать ответ в виде увеличения продолжительности жизни. Эта работа подтверждает концепцию, сформулированную ранее в лаборатории Анн Брюне при помощи генетического анализа: влияние ПО осуществляется за счет многочисленных входных и выходных сигнальных путей, которые перекрываются только частично и действует как на уровне трансляции, так и на уровне транскрипции.

Неавтономная сигнализация при ПО: координация на системном уровне

Как клетки животного узнают об ограниченной доступности калорий? Некоторые эффекты ПО являются прямым результатом метаболических изменений, другие распространяются по всему организму за счет межтканевой сигнализации. Нейроны C. elegans, чувствующие снижение количества питательных компонентов, для координации ответа передают сигналы всей системе, особенно обширным метаболическим тканям. Например, транскрипционный фактор SKN-1, необходимый для развития и ответа на окислительный стресс, нужен еще и для увеличения продолжительности жизни в условиях ПО[80]. Интересно, что для стимуляции механизма продления жизни в ответ на ПО достаточно экспрессии SKN-1 всего в двух чувствительных нейронах в голове червя (нейроны ASI), что указывает на наличие неавтономного системного ответа, координированного активностью SKN-1 в нейронах (мы пока не знаем, какие сигналы действуют на последующих этапах пути). Аналогичным образом регуляция активности кофактора CRTC-1 под действием AMPK в нейронах C. elegans влияет на регуляцию метаболизма в клетках других типов в остальных частях тела животного при участии октопамина, что приводит к оздоровлению митохондрий в других клетках и продлению жизни[81].

При голодании в печени млекопитающих вырабатывается фактор роста фибробластов 21 (FGF21; он же “гормон голода”), который координирует различные ответы в системе в целом. Гормон FGF21 передает сигнал нескольким тканям, что происходит за счет его поглощения через однопроходный трансмембранный рецептор β-Klotho (это один из первых идентифицированных “факторов долгожительства”; он получил название в честь мойры Клото – одной из трех богинь судьбы в греческой мифологии, которая прядет нить человеческой жизни). Сигнальная система FGF21/β-Klotho контролирует передачу инсулинового сигнала жировой ткани, где он регулирует метаболизм посредством AMPK и TOR, усиливая захват глюкозы при участии PGC-1α. Кроме того, гормон FGF21 посылает сигнал в головной мозг; он проникает через гематоэнцефалический барьер и поглощается в тех участках, где синтезируется β-Klotho, например в супрахиазматическом ядре[82].

Интересно, что кроме роли в метаболизме и циркадном ритме FGF21 также может влиять на пристрастие к сладкому и спиртному, возможно, за счет создания подкрепляющей обратной связи в регуляции соответствующего поведения[83]. При этом кроме координации ответа тканей на голод и индукции метаболических эффектов, необходимых в ситуации голода (таких как стимуляция захвата глюкозы и прекращение затрат на рост), увеличение уровня циркулирующего гормона FGF21 заставляет животное искать недостающие питательные вещества, а именно – сахар, чтобы быстрее вернуться к нормальным условиям. Удивительно, что повышение экспрессии FGF21 значительно увеличивает продолжительность жизни и самцов, и самок трансгенных мышей без снижения потребления пищи[84]. Как минимум отчасти это увеличение продолжительности жизни может быть связано с ингибированием сигнала инсулиноподобного фактора роста 1 (ИФР-1) в печени, что вновь связывает модель ПО с инсулиновым сигнальным путем.

Клеточная биология пищевых ограничений: трансляция и ядрышко

Какие еще эффекты вызывает режим ПО, кроме влияния на транскрипцию? Самая важная информация по этому поводу была получена благодаря первым скринингам долгожительства с применением РНКи, когда были идентифицированы некоторые компоненты пути ПО и необходимые элементы биосинтеза белка (например, TOR/let-363 и rsks-1/S6-киназа), в их числе гены рибосомных белков и трансляционного аппарата. Выяснилось, что отключение синтеза рибосомных белков и факторов инициации трансляции увеличивает продолжительность жизни дрожжей, дрозофил и червей[85]. Эти эффекты не зависят от функции DAF-16 и не суммируются с эффектом ПО или отключения TOR, что говорит о том, что сигнальные пути TOR и киназы S6 в конечном итоге упираются в пути трансляции белка. (Студент из нашей лаборатории Дэниел Лью собрал все данные по экспрессии генов долгоживущих мутантов, какие только смог, и построил гигантскую тепловую карту[60]; гены, регулируемые daf-2/daf-16, выпадали из общего ряда, но был один общий фактор для всех долгоживущих мутантов C. elegans любого генетического происхождения – снижение экспрессии генов рибосомных белков. Этот результат позволяет предположить, что все пути долгожительства, даже в мутантах daf-2, хотя бы отчасти связаны с ингибированием трансляции белков.) Таким образом, вне зависимости от влияния ПО на транскрипционные сигналы эффект диеты в значительной степени связан с сигналами, приводящими к ослаблению трансляции.

Изменения трансляции отражаются на уровне клеточной биологии. Ядрышко – странная и не такая известная клеточная органелла, как ядро или митохондрии, но она играет ключевую роль в регуляции продолжительности жизни; здесь происходит сборка больших и малых субъединиц рибосом, осуществляющих трансляцию мРНК в белок. Неудивительно, что ингибирование трансляции приводит к сжатию ядрышка. В 2018 году У с коллегами проанализировали связь между трансляцией, ядрышком, рибосомами, TOR, метаболизмом жиров, PHA-4 и выживанием C. elegans в условиях голода: проведя скрининг мутантов червей с избытком жировой ткани, они обнаружили рибосомный белок RRP-8, локализованный в ядрышке[86]. Белок RRP-8 нужен для процессинга рибосомной РНК (рРНК), который нарушается при стрессовом воздействии на ядрышко. Ядрышковый стресс активирует транскрипцию PHA-4 через сигнальный путь TOR, после чего PHA-4 индуцирует экспрессию генов биосинтеза жиров. Таким образом, судя по всему, PHA-4 – “сенсор ядрышкового стресса”, обеспечивающий выживание в условиях голода за счет метаболизма жиров. У PHA-4 есть и другие транскрипционные мишени, которые влияют на другие функции клеток, обеспечивающие сопротивляемость стрессу[87]. Вообще говоря, корреляция между малым размером ядрышка (снижением функции рибосомных белков в ядрышке) и увеличением продолжительности жизни согласуется с идеей, что снижение уровня рибосомных белков понижает уровень трансляции. В лаборатории Адама Антеби было показано, что размер ядрышка может быть хорошим показателем (обратная корреляция) общей продолжительности жизни и продолжительности здоровой жизни – от червей и дрозофил до мышей и даже человеческих клеток. Иными словами, если ядрышко маленькое, с большой вероятностью животное будет здоровым и проживет долго, а если оно крупное – это плохой признак[88][61]. Таким образом, размер ядрышка (органеллы, о которой часто забывают) может быть самым информативным индикатором здоровья, учитывая его ключевую роль в регуляции трансляции и восприятии пищевого стресса.

Соединяем фрагменты: как пищевые ограничения замедляют старение

Когда животному не хватает питательных веществ, логично: (1) незамедлительно прекратить выполнение энергетически затратных клеточных функций, таких как рост и репродукция, и даже память; (2) сохранить питательные вещества ради самых важных для выживания процессов, таких как сенсорное восприятие пищи; (3) найти способы добычи пищи за счет изменения поведения. Для реализации этих задач важно прекратить синтезировать новые белки (остановить трансляцию и понизить экспрессию компонентов рибосом), сохранить уже имеющиеся (за счет протеостаза и репарации повреждений), найти все доступные источники энергии (например, путем рецикла веществ по механизму аутофагии), координировать ответы на клеточном уровне (при участии TOR) и на уровне организма в целом (за счет сигналов FGF21), а также стимулировать активность мозга, которая поможет найти еду. Увеличение продолжительности жизни в целом и продолжительности здорового отрезка жизни вряд ли является главным результатом ПО (за исключением тех случаев, когда репродукция тоже замедляется) – скорее это удачный побочный эффект изменения клеточного метаболизма.

Можно задуматься, почему режим ПО влияет на продолжительность жизни посредством таких разнообразных механизмов. Вероятно, это связано со сложностью питания большинства животных и разнообразием их требований. Может быть, разные компоненты пищи запускают разные механизмы, чтобы вызвать соответствующее поведение или клеточный ответ. Например, если вам не хватает какого-то определенного питательного компонента, вы все еще способны выполнять одни функции, но уже не можете выполнять другие. Недостаток аминокислот преимущественно замедляет развитие и рост, недостаток нуклеиновых кислот может препятствовать быстрому размножению, недостаток сахаров влияет на работу мозга, а недостаток жиров изменяет метаболизм. И временнáя динамика тоже имеет значение: длительное голодание отличается от периодического голодания и обычного суточного цикла питания. Каждый такой механизм имеет специфические для него сенсорные элементы и сигнальные пути, но некоторые из этих путей в какой-то момент соединяются, регулируя поведение всей системы в целом.

Например, путь TOR чувствителен к изменению содержания аминокислот. Фермент трансфераза разветвленных аминокислот BCAT1 действует специфическим образом на аминокислоты с разветвленной цепью и регулирует продолжительность жизни, как минимум отчасти через путь TOR, тогда как инсулиновый путь чувствителен к содержанию углеводов (сахаров). К эффектам этой регуляции на последующих стадиях относятся протеостаз, изменения в митохондриях и аутофагия, и все это помогает клетке либо накапливать энергию, либо “вычищать” поврежденные элементы, что в конечном итоге позволяет организму жить дольше. На основании этих данных можно предположить, что восприятие уровня питательных веществ, сигнальные пути TOR и AMPK, а также трансляция – общие элементы в регуляции продолжительности жизни в ответ на ПО.

Один удивительный эффект, о котором мы поговорим в последней главе: можно заставить тело думать, что оно находится в режиме пищевых ограничений, хотя на самом деле это не так. Такой результат достигается с помощью “миметиков” – веществ, вызывающих эффект ПО без голодания. Эти вещества могут увеличить продолжительность жизни и ее здорового отрезка без болезненного и мучительного воздержания от пищи. Некоторые вещества такого рода действуют на AMPK или имитируют физическую нагрузку. Для фармацевтических компаний идеальное лекарство – такое лекарство, которое заставило бы ваше тело понять, что вы придерживаетесь диеты (хотя вы нормально питаетесь) или занимаетесь физическими упражнениями (хотя вы этого не делаете), однако для получения положительного результата такой препарат придется принимать всю жизнь.

Вероятно, исследователи из группы Угу Агиланью (тогда во Франции, теперь в Бразилии) нашли именно это: они провели скрининг, во время которого сначала ограничивали калорийность питания червей, а затем начали кормить их нормально, однако пищей были бактерии из библиотеки РНКи. Использование в пищу большинства бактериальных колоний приводило к отключению генов, не играющих важной роли в условиях ПО, и продолжительность жизни червей возвращалась к норме, поскольку, как мы обсуждали выше, при прекращении режима ПО прекращаются и все положительные эффекты, включая продление жизни[89]. Но один клон оказался удивительным: хотя черви опять стали нормально питаться, их жировой запас и продолжительность жизни напоминали соответствующие параметры у червей в условиях ПО. Начало диеты с последующим отключением специфической сфингозинкиназы с помощью РНКи привело к фиксации программы ПО во “включенном” состоянии, хотя черви вернулись к режиму нормального питания[62]. Лекарство, ингибирующее эту сфингозинкиназу, должно оказывать такое же действие. Как будто я попросила вас на несколько недель перейти на низкокалорийную диету, а потом сказала: “Хорошо, если будете принимать это лекарство, можете опять есть все что угодно и при этом по-прежнему будете получать пользу от режима ПО”. Не слишком ли красиво звучит, чтобы быть правдой? Где тут ловушка? Ловушка в том, что вы должны принимать это лекарство до конца своих дней, поскольку, если вы хоть чем-то похожи на дрозофилу Линды Партридж, эффект прекратится, как только вы перестанете придерживаться диеты.

Хотя в контролируемых экспериментах с модельными организмами было с очевидностью показано, что режим ПО приносит пользу, большинству людей все же чрезвычайно трудно придерживаться диеты, и поэтому возникает резонный вопрос, нужна ли она вообще. Недавно появились некоторые основания для скептического отношения к возможности переноса данных о пользе периодического голодания от модельных животных на человека. Например, некоторые варианты периодического голодания у мышей (одноразовое питание) показали меньший выигрыш в продолжительности жизни, чем простое ограничение калорийности пищи без периодов голодания (11 % при ПГ по сравнению с 28 % при НД)[90]. У дрозофил некоторые формы периодического голодания даже укорачивают срок жизни (вот так!), а для положительного эффекта прием пищи при такой диете необходимо производить в строго определенное время, и у взрослых животных метод работает только в определенный период жизни[91]. Для поддержания здоровья лучше обращать больше внимания на циркадные ритмы и меньше есть (то есть избегать ожирения), пока у нас нет очевидных клинических доказательств пользы интервального питания для здоровья человека[92]. Еще хуже, что ограничение калорийности питания, по-видимому, ослабляет функцию мозга[93], что, понятное дело, не способствует популярности диеты. Вот почему нам так важно понять молекулярные механизмы в основании диет. Если мы сможем выявить благоприятные и неблагоприятные последствия НД, нам удастся избежать нежелательного эффекта. Возможно, хорошим решением будет использование всей этой информации для имитации режима ПО, что избавит нас от необходимости морить себя голодом, и если мы лучше разберемся, какие сигнальные пути следует затронуть, а какие нет, мы сможем найти лекарство, которое действительно улучшит здоровье, не нанося вреда. Имитация ПО может быть эффективным способом поддержания здоровья без трудностей диеты или потенциально опасного физиологического эффекта голодания.

…Короче говоря, моя мама была бы счастлива.