Онтогенетическое развитие человека, старение и болезни

Эпигенетические эффекты обычно связаны со значимыми для выживания сигналами. Такими сигналами может быть недостаточная обеспеченность пищевыми ресурсами или пребывание в хищниче­ском, враждебном окружении. Состояния, которые при этом возни­кают, характеризуются как стресс. В организме в ответ на угрожающие сигналы среды усиливается активность системы реаги­рования на стрессовые воздействия. Эта система основана на меха­низмах нейроэндокринной регуляции и включает в себя центральные отделы (кора мозга, лимбическая система, гиппокамп, гипоталамус, гипофиз) и периферические структуры (надпочечники, иммунная си­стема, различные органы и ткани). Важнейшим химическим регуля­тором при этом является гормон надпочечников кортизол.

Онтогенетическое программирование

Эффекты стресса на разных стадиях жизненного пути неодно­значны. Если организм испытывает стрессовые воздействия на самых ранних этапах развития (пренатально), то с помощью эпигенетиче­ских сигналов механизмы управления его геномом программируются таким образом, чтобы соответствовать опасностям в течение всей по­следующей жизни. На каком-то этапе это имеет адаптивное значение, но в отдалённой перспективе сопровождается нарушениями обмена веществ. Ранние воздействия оказывают программирующее влияние на систему стресс-реагирования и через неё — на различные системы организма, вызывая изменения, которые проявляют себя через значи­тельные промежутки времени в виде тех или иных заболеваний.

Онтогенетическое программирование

Рис. 1. Схема онтогенетического программирования. Внутриутробный период и переходные моменты (от незрелости к новорождённости, Н-Н, от новорождённости к детству, Н-Д, период адренархе, АД и полового созревания, ПС) являются наиболее чувствительными к неблагоприятным воздействиям.

Большинство заболеваний человека характеризуются относи­тельно поздним началом, возникая после 45-55 лет. В то же время программа их возникновения, как свидетельствуют современные данные, формируется на самых ранних этапах развития — пренаталь­но, вскоре после рождения и далее в узловых «переходных» перио­дах развития ребёнка (периодах адренархе и пубертата) (рис. 1). Это явление получило название «онтогенетического программиро­вания» — организм как бы готовится прожить свою жизнь в соответ­ствии с тем уровнем питания и защиты, которые он испытывал в утробе матери и на ранних этапах после появления на свет, а также в какой-то степени и позже, вплоть до пубертата.

Как видно из представленной схемы, каждый предшествующий период развития создаёт предпосылки для определённых свойств и качеств более позднего периода. Особенно сильно влияет внутриутробное обеспечение питательными веществами. Недостаточное питание плода проявляется при рождении как несоответствующая гестационному возрасту масса тела. Низкий вес при рождении (нужно учитывать длительность вынашивания и размеры тела родителей) приводит к повышенному риску заболеваний, связанных с пищевым поведением, — диабета 2-го типа, метаболического синдрома, гипер­липидемии. С этими состояниями обычно связана гипертензия, кардиоваскулярная и цереброваскулярная патология, возникающая через десятки лет после рождения. Причинами снижения массы новорож­дённого могут быть неполноценное питание плода или стресс, испы­тываемый матерью. В обоих случаях плод испытывает влияние повышенных концентраций кортизола. В то же время, эти причины могут быть взаимосвязанными. Психопатология матери, слишком ранняя беременность (незрелость материнской психики) или иные влияния, обусловливающие нарушения пищевого поведения матери, могут служить причиной стресса у плода.

Для объяснения этих наблюдений разработана гипотеза «запасливого фенотипа». Формирование «запасливого фенотипа» можно рассматривать как следствие «полуголодного» существования плода в утробе матери. В организме вырабатывается склонность к перманентным нарушениям в системе регуляторов аппетита и функции β-клеток поджелудочной железы. В силу этого формируется компенсирующий поведенческий стиль в сознательном возрасте, направленный на восполнение и запасание ресурсов. «Эпидемия» ожирения среди подростков и распространённость метаболического синдрома среди лиц среднего возраста, отмечаемые в последние десятилетия в развитых странах, могут быть отражением повсеместной доступности высококалорийной пищи тем слоям населения, чьи родители в своё время не имели возможности питаться полноценно или испытывали выраженный психосоциальный стресс в период становления и перехода к репродуктивному возрасту.

С другой стороны, в современном обществе отмечается нарас­тающая тенденция к повышению распространённости и тяжести анорексии — отказа от питания, присущего преимущественно женщинам и создающего серьёзные проблемы для их репродуктивных возмож­ностей. Давление социума в виде рекламы и повсеместно продвигае­мых нефизиологических нормативов женской красоты при несоответствии указанным нормативам выступает в качестве ярко выраженного индивидуального стрессора со всеми вытекающими из этого последствиями. Сочетающееся с этим поведение матерей, стремящихся сохранить формы тела, может иметь последствия в виде нарушений пищевого поведения их потомства, которые могут проявиться не сразу, а по достижении периода полового созревания. Возможно, именно так нефизиологическое родительское поведение программирует соответствующее поведение детей.

Влияние эпигенетических явлений на старение организма и развитие болезней

В последнее время накапливаются данные о нарастающих изме­нениях степени метилирования генов человека по мере старения. Уровень метилирования наиболее высок в раннем детстве, а затем он прогрессивно снижается. Возможно, это механизм, ускоряющий ста­рение. На существующую генетическую программу «накладываются» эпигенетические метки, появление которых связано со стрессовыми жизненными событиями, неблагоприятными обстоятельствами, в том числе, психосоциальными факторами. Хорошо известно, что неблаго­приятные периоды в истории стран и народов сопровождаются ран­ней смертностью, высокой заболеваемостью, высоким уровнем самоубийств и проявлений агрессии. Жизнь, прожитая в состоянии хронического стресса, сопровождается обычно ранним старением и ранней смертностью.

Роль питания и накапливающихся стрессов хорошо видна на примере изучения эпигенетических явлений у монозиготных близнецов. Как известно, монозиготные близнецы являются в генетическом отношении точными копиями (клонами) друг друга. Это касается уникального генетического набора, т. е. гено­типа, однако совсем не обязательно — эпигенетического профиля. Здесь всё зависит от контекстных факторов: обеспеченности пита­тельными веществами в утробе матери, степени психологической травматизации каждого из сиблингов на ранних этапах развития, воз­никновения заболеваний, других событий негативного характера.

Онтогенетическое развитие монозиготных близнецов при синдроме обкрадывания

Рис. 2. Различия между монозиготными близнецами вследствие отличий в поступлении питательных веществ и накопление эпигенетических маркеров в геноме с возрастом (от 3 до 50 лет)

На рис. 2 представлены различия в массе тела между монозиготными близнецами, один из которых стал жертвой синдрома обкрадывания — недостаточного кровоснабжения в силу «перехвата» кровотока вто­рым близнецом. Это явление особенно характерно для монозиготных близнецов, обладающих одной плацентой. Сформировавшиеся в результате не­однородного питания различия компенсируются лишь частично, они сохраняются и в раннем возрасте, и далее, в течение всей жизни. Бо­лее того, специальный анализ на содержание метильных меток в ге­номе показывает, что с возрастом, даже у внешне совершенно одинаковых близнецов, выраженность различий в геноме растёт. Это понятно, поскольку по мере взросления, уменьшения степени близости, появления собственного круга друзей, собственных семей нарас­тает дифференцирующее влияние среды, появляются разные стрессо­ры и разные жизненные ситуации, несущие стрессы и угрозы.

Представления о сущности эпигенетических меток и об их связи с условиями существования позволяют по-новому взглянуть на про­блему старения, основных неинфекционных заболеваний человека (инфаркт, инсульт, гипертензия, диабет), а также заставляют заду­маться о природе и механизмах такого явления, как канцерогенез (рак). Многочисленные исследования указывают на слабую связь между возникновением рака и выраженностью стрес­сов, сопровождающих человека в течение жизни. Возможно, эпигене­тические феномены нарушают слаженную работу генов, контролирующих пролиферацию и стимулирующих размножение клеток. Нарушение баланса между ними влечёт за собой патологию.

Эпигенетическая гипотеза также в последнее время активно используется для объяснения ухудшающегося психического здоровья подростков и мо­лодых людей. Возможно, всё нарастающий уровень психосоциального стресса, информационные нагрузки, слишком большое количество доступной информации и стрессовый темп окружающей жизни откладывают отпечаток на ге­номе, вызывая нарушения поведения. Исследования показывают, что родительский (материнский) стиль является фактором, формирующим через эпигенетические механизмы способы реагирования на стресс. Уровень мате­ринской заботы через самые простые тактильные ощущения оказывает влия­ние на генотип и, если речь идёт о взаимоотношениях матерей и детёнышей самок, формирует стиль их материнского поведения при достижении детородного возраста.

Эпигенетические трансформации находят во всё большем числе ситуаций и патологических состояний. В последние годы обнаружено, что многие интоксикации, в том числе обусловленные экологическими загрязнителями, эффекты некоторых пищевых добавок, эффекты малых доз радиации сопровождаются изменением профиля активности генома. Значительное количество генов в результате этих воздействий в разных органах и тканях «замолкает» или, наоборот, активизируется. Если эти воздействия происходят в ранние, чувствительные периоды развития, долговременные последствия могут становиться причиной серьёзных нарушений в организме и появления затем той или иной патологии, включая злокачественный рост. Это объясняет повышенную чувствительность детей к экологическим за­грязнителям. Аналогичные механизмы выявлены при раннем курении и потреблении алкоголя.

Понимание сущности и многообразия эпигенетических транс­формаций заставляет также обратить внимание на все вмешательства и нефизиологические процедуры, связанные с зачатием, беременно­стью и родами. Период зачатия особенно важен, поскольку именно с момента оплодотворения в делящейся зиготе идут волны метилиро­вания-деметилирования, и устанавливается новый профиль метилиро­вания ДНК. Поэтому в ближайшие годы процедуру искусственного оплодотворения ещё предстоит оценить по отдалённым последствиям для здоровья детей, зачатых и родившихся этим способом.

Источник: Розанов, В. А. Биология человека и основы генетики: Учебное пособие / В. А. Розанов. – Одесса: ВМВ, 2012. – 435 с.

Связанные статьи:

Эпигенетика человека и её механизмы. Эпимутации

Процессы взросления и старения человека с позиций генетики

Геномика и биоинформатика. Микрочипы

Строение генома человека и других организмов

Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован.

Вы можете использовать HTML- теги и атрибуты:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>