Неферментативные природные и синтетические антиоксиданты

Д. Харман не только сформулировал концепцию о роли свободных радикалов в старении, но и предложил использовать антиоксиданты для продления жизни [716]. В экспериментах самого Хармана и его последователей было показано, что природные и синтетические антиоксиданты (гидрохлорид цистеина или 2-меркаптоэтиламина, дигидрохлорид 2,2-диаминодиэтилсульфида, аскорбиновая кислота, 2-меркаптоэтанол) при регулярном добавлении к пище или питьевой воде действительно могут продлевать жизнь экспериментальных животных, однако действие их было непостоянным и не всегда воспроизводилось [718, 717].

Первые попытки продлить жизнь животных с помощью α-токоферола (витамина E) оказались неудачными. При нормальном содержании витамина Е в корме лабораторных мышей и крыс обеспечивается его поступление в организм на уровне 30—50 мг/кг. Эксперименты на животных показывают, что длительное потребление низких и средних доз витамина Е (до 400 мг/кг корма) не сказывается на средней продолжительности жизни. Содержание мышей линии CD-1/UCadiz (быстро стареющие животные) начиная с 28 недели на диете с высоким содержанием витамина Е (5 г RRR-a-токоферолацетата на 1 кг корма) увеличивало среднюю продолжительность жизни у самцов на 40 %, максимальная продолжительность возрастала на 17 % [1202]. Одновременно с увеличением продолжительности жизни витамин Е ингибировал возрастное снижение активности электронтранспортной цепи и NO-синтазы в митохондриях мозга. Содержание, начиная с 14 месяца, мышей линии C57BL/6XC3H на диете, обогащенной коэнзимом Q₁₀ (100 мг/кг) или липоевой кислотой (600 мг/кг), не сказывалось на продолжительности жизни [987]. Длительное добавление в пищу мышам витамина С также не влияло на продолжительности их жизни [1485].

В 1970 г. знаменитый американский ученый Лайнус Карл Полинг (Linus Carl Poul- ing) выдвинул гипотезу, согласно которой ежедневные дозы витамина С должны быть увеличены в 100—200 раз. К такому заключению Полинг пришел путем теоретических рассуждений, он считал, что если бы человек, подобно другим приматам, обеспечивал все свои калории (2500 ккал в сутки) свежими овощами, фруктами и листьями растений, то в его организм поступало бы ежедневно не менее 5 г аскорбиновой кислоты. Однако человек в результате эволюции перешел к потреблению более концентрированных источников калорий: зерен растений, мяса, рыбы, жиров, которые содержали мало витаминов. В человеческом обществе, в результате отхода от обычной для обезьян пищи, возник хронический авитаминоз, и ликвидация его с помощью синтетических витаминных препаратов могла бы иметь огромное значение для здоровья, иммунитета и долголетия. Гипотеза Полинга вызвала полемику и критические комментарии в медицинских и биохимических журналах. Было известно, что уровень аскорбиновой кислоты в крови не должен превышать 10 мг/л, так как увеличение концентрации кислот в крови могло изменить нейтральную реакцию плазмы и привести к удалению избыточной кислоты через почки. Менять рекомендуемые дозы витаминов без множества дополнительных исследований не было оснований. Вполне возможно, что эти споры могли бы заглохнуть через 2—3 года без особых последствий, если бы Полинг не был знаменитым ученым и лауреатом двух Нобелевских премий. Кроме того, в 1972 г. в Сан- Франциско умерла бездетная и очень богатая вдова.

В литературе постоянно появляются данные о положительном эффекте применения аскорбиновой кислоты при болезни Паркинсона, шизофрении, депрессии, болезни Альцгеймера и старческом слабоумии [1023]. Так как витамин С участвует в синтезе различных нейромедиаторов (норадреналина, серотонина и др.), то ясно, что увеличение его концентрации может положительно сказываться на функции головного мозга. На клеточных культурах 10 различных опухолевых тканей было показано, что для 5 из них аскорбиновая кислота проявляла цитотоксичность в концентрации менее 4 мМ, при этом для клеток здоровых тканей не наблюдалось цитотоксического действия вплоть до концентрации 20 мМ [447]. Исследование механизмов селективного антиканцерогенного действия аскорбиновой кислоты показало, что оно связано с внеклеточным образованием Н₂О₂ и радикалов аскорбата. Цитотоксические противоопухолевые концентрации аскорбиновой кислоты (выше 1 мМ) в организмах животных могут достигаться посредством парентерального (внутривенного или внутрибрюшинного) введения аскорбата [448]. На добровольцах было показано, что при пероральном введении аскорбиновой кислоты максимально достигаемая концентрация в крови составляет 200 мкМ, что недостаточно для эффективного цитотоксического действия [1258]. В высоких дозах витамин С снижал атеросклеротическое поражение сосудов у гиперхолестериновых кроликов, при низких дозах такого эффекта не наблюдалось [522]. Несмотря на то, что аскорбиновая кислота является перспективной в плане терапии возрастных патологий, вопрос применения высоких доз витамина С остается спорным. Дело в том, что в присутствии ионов металлов переменной валентности аскорбиновая кислота проявляет прооксидантные свойства посредством восстановления Cu²+ и Fe³+.

В продлении физической и умственной активности и замедлении процесса старения организма большое значение отводится мелатонину [8, 261]. В организме позвоночных животных главный источник мелатонина — эпифиз, или шишковидная (пинеальная) железа. Мелатонин синтезируется из незаменимой для человека аминокислоты триптофана, поступающей в организм с пищей. Попав с кровотоком в эпифиз, триптофан превращается в серотонин в два этапа, с участием триптофангидроксилазы и 5-окситриптофанде- карбоксилазы; затем с помощью N-ацетилтрансферазы и оксииндол-О-метилтрансфера- зы из серотонина образуется мелатонин [94]. Синтезируемое вещество не накапливается в эпифизе, а немедленно выбрасывается в кровяное русло и спинномозговую жидкость. Большая часть выброшенного в кровь гормона связывается с альбумином и таким способом защищается от быстрого распада и транспортируется к клеткам-мишеням, период его полужизни в организме человека составляет от 30 до 50 мин. Зародыши и новорожденные млекопитающие, включая человека, сами не образуют мелатонина, а пользуются материнским, поступающим через плаценту, а потом — с молоком матери. Секреция гормона начинается лишь на третьем месяце развития ребенка. С возрастом синтез мелатонина в эпифизе резко увеличивается и достигает максимума уже в первые годы жизни (не позднее 5 лет), а затем в течение всей жизни человека постепенно и плавно снижается. Во многих исследованиях выявлены уникальные антиоксидантные свойства мелатонина [261], хотя вопрос его антиоксидантного действия в организме остается спорным [147].

Удаление эпифиза в молодом возрасте приводит к существенному уменьшению продолжительности жизни крыс по сравнению с контролем. Пересадка в область шишковидной железы старых мышей (возраст 16—22 месяца) клеток эпифиза от молодых доноров (3—4 месяца) приводила к увеличению продолжительности жизни животных [1326].

Таблица 21

Функциональные изменения иммунных клеток при старении и действии антиоксидантов [250, 534]

Мелатонин способен стимулировать клетки иммунной системы организма, нормализовать возрастные нарушения жироуглеводного обмена, усиливать активность протеасом в клетках мозга и снижать содержание липофусцина, продлевать циклическую деятельность яичников у самок, предупреждать развитие как спонтанных, так и индуцируемых различными химическими канцерогенами и ионизирующей радиацией новообразований [225, 261].

Первые весомые аргументы в пользу возможности продления жизни с помощью синтетических антиоксидантов были получены в исследованиях, которые проводились в США по заказу пищевых компаний. Ежегодно для нужд пищевой промышленности производятся десятки тонн синтетических антиоксидантов. Одним из наиболее распространенных пищевых антиоксидантов является бутилокситолуол (БОТ, 2(6)-трет- бутил-4-гидроксиметилфенол). Содержание, начиная с 8 или 11 недели, мышей линии BALB/c на диете, обогащенной БОТ (0,75 % от сухого веса корма), повышало среднюю продолжительность жизни самцов на 30 % и самок на 25 % [7]. Несмотря на то, что действие антиоксидантов в разных условиях и разных экспериментальных животных было неоднозначным, все исследователи отмечают положительный эффект действия антиоксидантов на иммунный статус старых организмов (табл. 21).

В живых организмах отдельные антиоксиданты действуют не сами по себе, а формируют антиоксидантные цепи, вступая в кооперацию с другими соединениями. Для ингибиторов органических пероксирадикалов (ROp такая цепь позволяет переводить высокореакционные радикалы из липидной фазы (мембраны, липопротеины) в водную, где ускоряются реакции их детоксикации:

RO’ ^ (токоферол)’ ^ (CoQ₁₀)· ^ (аскорбиновая кислота)· ^ (мочевая кислота)·

Таким образом, можно говорить о своеобразных (антиоксидантных) цепях переноса электронов, эффективность работы которых определяется работой всех компонентов [147]. Существенное увеличение экзогенным введением концентрации одного компонента антиоксидантной цепи может привести к инверсии переноса электронов. По этой причине многие исследователи отмечают, что в биологических системах грубые растительные экстракты действуют более эффективно по сравнению с выделенными компонентами. Исследования показали, что добавление в корм мышей экстрактов куркумы или в воду экстрактов зеленого чая повышало продолжительность жизни животных на 11,7 % (84 дня) и 6,4 % (52 дня) соответственно [321].