СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2012, том 26, № 1, с. 3-10
ОБЗОР
УДК 577.354.2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ УСКОРЕННОГО СТАРЕНИЯ СЕТЧАТКИ: ЯПОНСКИЙ ПЕРЕПЕЛ
COTURNIX JAPONICA
© 2012 г. П. П. Зак, А. В. Зыкова1, Н. Н. Трофимова, Э. Н. Эскина1,
М. А. Островский
ИБХФ им. Н.М. Эмануэля РАН, 119334 г. Москва, ул. Косыгина, д. 4 E-mail: pavelzak@mail.ru 1ГОУ ВПО ГКА им. Маймонида, 115035 г. Москва, ул. Садовническая, д. 52/45
Поступила в редакцию 15.09.2011 г.
В настоящее время японский перепел Coturnix japónica рассматривается как одна из наиболее удачных животных моделей ускоренного старения. По данным современной научной литературы, старение сетчатки и ретинального пигментного эпителия человека и перепела имеет чрезвычайно сходный характер по многим морфологическим субклеточным параметрам, по биохимическим механизмам оксидативного стресса и системам антиоксидантной защиты. При этом необратимые возрастные изменения, характерные для очень старых людей, в сетчатке перепела накапливаются уже к годичному возрасту. В настоящем обзоре систематизированы существующие данные по основным клеточным маркерам старения сетчатки, единым для человека и перепела.
Ключевые слова: старение, японский перепел, сетчатка, ретинальный пигментный эпителий, фотоповреждение, липофуциновые гранулы, меланин, мембрана Бруха, друзы, оксикаротиноиды.
По мере старения человека, его острота зрения постепенно падает. В значительной степени это связано с гибелью колбочек центральной области сетчатки и ее ретинального пигментного эпителия (РПЭ). На клеточном уровне основными факторами старения являются: накопление в клетках РПЭ фототоксичных соединений; падение эффективности антиоксидантных систем; снижение транспортной проводимости мембраны Бруха; образование так называемых "друз", нарушающих контакт между РПЭ и сосудистой оболочкой; локальная гипоксия. Микроскопический объем центральной зоны сетчатки (около 0.5 мкл) и медленное развитие процессов старения делает практически невозможным прижизненные наблюдения возрастных изменений сетчатки и РПЭ. В этой связи в качестве экспериментальной модели старения сетчатки во многих лабораториях сейчас используют мелкую домашнюю птицу -японского перепела C. japonica. Естественный срок жизни этой птицы составляет около двух лет, и к полутора годам в ее сетчатке проявляются характерные симптомы старения, развивающиеся у человека к 70-80 годам. Дополнительную
привлекательность этой модели старения придает сходный с человеком оксикаротиноидный ан-тиоксидантный обмен сетчатки, отсутствующий у традиционных лабораторных животных (мыши и крысы). К данному времени японский перепел C. japonica уже использовался для изучения патологических процессов, возникающих при глаукоме (Dkhissi et al., 1999), альбинизме (Takatsuji et al., 1984), возрастных ретинальных дистрофиях (Khachik et al., 2002; Toyoda et al., 2002; Bhosale et al., 2007; Toomey, McGraw, 2007) и при световых повреждениях сетчатки (Thomson et al., 2002). Ведутся также работы по направленной селекции японского перепела с целью дальнейшего улучшения этой породы птиц, как экспериментальных животных, предрасположенных к ускоренному развитию разных видов глазной патологии (Dkhissi et al., 1999; Mizutani, 2002).
В настоящем обзоре приведены сравнительные данные по старению сетчаток человека и перепела C. japonica, с описанием одинаковых, наиболее характерных маркеров старения.
ЛИПОФУСЦИНОВЫЕ ГРАНУЛЫ РЕТИНАЛЬНОГО ПИГМЕНТНОГО ЭПИТЕЛИЯ
Наибольшим проявлением старения сетчатки человека является постоянное накопление липо-фусциновых гранул (ЛГ) в клетках РПЭ в течение жизни (Feeney-Burns et al., 1984; Feeney-Burns, Eldred, 1984). При офтальмологических обследованиях накопление ЛГ диагностируется по автофлюоресценции глазного дна (Dorey et al., 1989; Weiter et al., 1986). Эти объекты (ЛГ) сформированы клеточным "шлаком" - остатками фагоцитированных белково-липидных обломков наружных сегментов фоторецепторов (Feeney-Burns, Eldred, 1984; Katz et al., 1986; Kennedy et al., 1995). Накопление ЛГ представляет собой двойную опасность. Во-первых, они переполняют жизненное пространство клеток РПЭ, и, во-вторых, они содержат токсичные производные ретиналя - витамина А (Boulton et al., 1993; Radu et al., 2004; Jang et al., 2005).
У человека резкое накопление ЛГ в 2 раза происходит первые десять лет жизни, а к 80-90-летнему возрасту их количество увеличивается еще вдвое (Feeney-Burns et al., 1984). По мнению авторов, резкое накопление ЛГ в детском возрасте связано с фототоксическим действием синего света, так как детские хрусталики слишком прозрачны в этой области спектра. Подробная статистика спектров пропускания хрусталиков человека в зависимости от возраста приведена в работе Федорович с соавторами (Федорович и др., 1994). О том, что накопление ЛГ в клетках РПЭ человека зависит от освещенности, свидетельствуют также данные (Weiter et al., 1986), в которых показано, что индивидуальное содержание липофусцина в РПЭ обратно пропорционально концентрации меланина, который ослабляет свет, попадающий на тела клеток РПЭ.
В сетчатках перепела эти процессы происходят быстрее и интенсивнее: клетки РПЭ насыщаются ЛГ всего за 1-1,5 года, а количество липофусцина в клетках РПЭ увеличивается до 20 раз, за счет увеличения числа гранул и их размеров (Fite, Bengston, 1989; Зак и др., 2010). При этом в прямых экспериментах, проведенных на перепелах C. japónica (Fite et al., 1993), было показано, что избыточное освещение увеличивает накопление ЛГ в РПЭ. Эти авторы показали, что двукратная 18-часовая интенсивная световая экспозиция самок перепелов (первая в 4-месячном возрасте и повторная в 12-месячном возрасте) приводит к 3 0%-му повышению количества ЛГ в центральной зоне сетчатки спустя полтора месяца после
засветки. У самцов эти изменения оказались менее выражены. Предполагается, что самкам перепелов присуще более выраженное возрастное падение активности фаголизосомальных ферментных систем РПЭ. Согласно общепринятой точке зрения, наиболее вероятной причиной этих феноменов является избыток фоторецепторных мембран в фаголизосомах РПЭ, образовавшихся под действием света, с их последующим превращением в ЛГ.
ТОКСИЧНЫЕ ФЛЮОРОФОРЫ
ЛИПОФУСЦИНОВЫХ ГРАНУЛ
Основную вредоносность ЛГ несут содержащиеся в них фототоксичные ретиноиды - генераторы свободных радикалов (Островский и др., 1992; Boulton et al., 1993), а субстратом свободно-радикальных процессов, происходящих в РПЭ, служат легко окисляемые полиненасыщенные жирные кислоты фоторецепторных мембран, содержащиеся в фаголизосомах РПЭ (Dontsov et al., 1999). Наиболее исследованными токсичными ре-тиноидами оказываются димеры ретиналя, такие как А2Е (К-ретинил-К-ретинилиденэтаноламин), изо-А2Е, а также их окисленные эпоксиформы (Radu et al., 2004). Изомеры А2Е становятся токсичными под действием света синего диапазона (Wielgus et al., 2010), в то время как их эпокси-формы токсичны как сами по себе, так и могут дополнительно возбуждаться ультрафиолетовой областью спектра. Ретиноид А2Е и его производные способны высвобождаться под действием света из ЛГ (Донцов, Островский, 2006; Донцов и др., 2009) и таким образом поступать непосредственно в цитоплазму клеток РПЭ. У взрослого человека чувствительность эпокси-А2Е к ультрафиолету не представляет реальной опасности для сетчатки, так как хрусталик глаза эффективно поглощает свет с длиной волны короче 385 нм. Однако у детей хрусталики частично прозрачны в ультрафиолете (Федорович и др., 1994) и поэтому в детском возрасте эпоксиформы А2Е могут представлять определенную опасность. Согласно измерениям, проведенным авторами настоящего обзора, оптические среды глаза перепела C. japónica (роговица, хрусталик и стекловидное тело) полностью пропускают ультрафиолетовый диапазон от 320 нм и более. Это означает, что глаза перепела C. Japónica могут быть адекватной экспериментальной моделью и для исследований фотоиндуцированной детской патологии.
Показано, что ретиноиды РПЭ перепела, в том числе А2Е, изо-А2Е и их эпоксиформы, по сос-
таву и относительному уровню достаточно близки к их содержанию в РПЭ человека (Зыкова и др., 2010; Bhosale et al., 2009), а также, что с возрастом их содержание постоянно увеличивается (Bhosale et al., 2009). Наряду с А2Е и его производными в РПЭ человека и перепела присутствует ещё около десятка сходных, но не идентифицированных ретиноидов с неизвестным уровнем токсичности (Lamb, Simon, 2004; Яковлева и др., 2006; Фельдман и др., 2010; Bhosale et al., 2009).
МЕЛАНИНОВЫЕ ГРАНУЛЫ РЕТИНАЛЬНОГО ПИГМЕНТНОГО ЭПИТЕЛИЯ
В сетчатке и РПЭ как человека, так и перепела присутствуют два вида фотопротекторных антиок-сидантных систем. В первую очередь это меланин, локализованный в меланосомах апикальных отростков РПЭ и экранирующий от света нижерасположенные тела клеток РПЭ. В отечественной научной литературе эти данные систематизированы в обзоре Островского (Островский, 2005).
У всех позвоночных животных меланин РПЭ является одним из важных факторов поддержания жизнедеятельности его клеток. Во-первых, меланин РПЭ как светофильтр ослабляет интенсивность света, падающего на нижележащие тела клеток РПЭ, и, во-вторых, он же выступает мощным антиоксидантом, защищающим клетки РПЭ от токсичных продуктов темновых и светоинду-цированных свободнорадикальных реакций (Са-кина и др., 1986; Ostrovsky et al., 1987).
Показано, что с возрастом содержание меланина как в РПЭ человека (Feeney-Burns et al., 1984; Гуляев и др., 1993), так и в РПЭ перепела (Fite, Bengston, 1989) значительно снижается. Причем и для человека, и для перепела характерно выраженное возрастное падение содержания меланина в РПЭ с одновременным накоплением там ЛГ. В обоих случаях возрастное снижение содержания меланина основано на уменьшении числа ме-ланосом, в то время как концентрация меланина в меланосомах не меняется (Fite, Bengston, 1989; Гуляев и др., 1993). В целом у человека содержание меланина в РПЭ к 70 годам снижается в 3, а к 90 годам в 4 раза (Feeney-Burns et.al., 1984). Соответственно у перепела подобное снижение количества меланосом проя
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.