Некоторые исследователи делали попытки замедлить возрастные изменения в коллагене с помощью гормонов. Так, введение гормона роста, пептида из передней доли гипофиза, стимулирует пролиферацию фибробластов, образование соединительной ткани и синтез коллагена. При гипофизэктомии не только замедляется рост крыс, но уменьшается содержание коллагена и тормозится его синтез в различных тканях [17]. Значительно замедляются также превращение лизина в полуальдегид α-аминоадипиновой кислоты и полимеризация коллагена [73]. Оказалось также, что после гипофизэктомии уменьшается синтез лизилаксидазы.
Другие гормоны — тироксин, АКТГ, кортикостероиды и половые гормоны — оказывают влияние на метаболизм коллагена. У гипотиреоидных крыс содержание коллагена уменьшается, а введение тироксина его нормализует [17]. Катаболизм коллагена сильно уменьшается и при гипертироидизме, и при гипотироидизме. Кортикостероиды в основном ингибируют синтез коллагена. Аналогичным образом влияет АКТГ. Тестостерон усиливает синтез коллагена. У кастрированных самцов крыс синтез коллагена в коже уменьшается, а доля нерастворимого коллагена увеличивается. Эффект эстрогена на метаболизм коллагена неясен. Механизм действия всех этих гормонов еще необходимо установить. При этом следует учесть, что очень важно правильно дозировать вводимый гормон: нефизиологические дозы могут вызвать различные побочные эффекты и привести к ошибочным результатам.
Для изучения влияния гормонов на молекулярную структуру коллагена либо удаляли специфические эндокринные железы, либо вводили гормоны. Синтез коллагена и других белков после гипофизэктомии замедляется. Спустя три недели после этой операции в сухожилии хвоста крыс сильно уменьшается доля α-цепей (рис. 4.10). Кроме того, вообще уменьшается количество вновь синтезируемого коллагена, а его физические свойства становятся похожими на свойства коллагена у старых крыс, т. е. растворимость коллагена понижается, точка разрыва повышается, а развивающееся напряжение увеличивается. Однако коллаген, экстрагированный из тканей крыс значительно позже, имеет свойства, подобные коллагену молодых крыс. Крысы, у которых гипофиз был удален в возрасте 800 сут, имели волокна коллагена с такой же растворимостью (рис. 4.2) и такими другими физическими свойствами, какие наблюдаются у крыс 400-дневного возраста. Гипофизэктомия замедляет также старение коллагена кожи крыс [91]. Полагают, что после удаления гипофиза замедляется превращение лабильных поперечных сшивок в стабильные, но как это происходит, неизвестно. Данное предположение подтверждается тем фактом, что у крыс, лишенных гипофиза, лизилоксидаза не определяется, но ее активность приближается к норме, если крысы получают гормон роста и кортизон [38]. При гипофизэктомии, однако, уменьшается продолжительность жизни крыс. Так как крысы после операции едят меньше, чем в норме, можно предположить, что замедление старения их коллагена связано с более низким потреблением пищи. Однако, когда сравнивают коллаген этих крыс с коллагеном интактных животных, получавших такие же количества пищи, оказывается, что старение замедляется у первых гораздо сильнее. Следовательно, гипофиз играет определенную роль в старении коллагена.
Рис. 4.10. Уменьшение количества α-субъединиц во вновь синтезируемом коллагене 25 дней спустя после гипофизэктомии, свидетельствующее об уменьшении синтеза коллагена [20]
Тироидэктомия, как и гипофизэктомия, сначала ускоряет старение коллагена, а позже — замедляет. Начальный эффект может заключаться в понижении синтеза коллагена. Если крысам, подвергнутым тироидэктомии, дают тироксин, то коллаген стареет, причем это происходит только тогда, когда возрастает потребление пищи. Эстроген стимулирует активизацию лизилоксидазы и ускоряет созревание коллагена. Он способствует увеличению содержания коллагена в костях и в матке [69].
Эти исследования показывают, что на возрастные структурные изменения, или старение, коллагена оказывают влияние гормоны, и, следовательно, эти изменения являются вторичными причинами старения. В разные периоды жизни уровень гормонов меняется, а это может приводить к изменению физических свойств коллагена.
Коллаген — это структурный белок, содержащийся в тканях животных в больших количествах и легко экстрагируемый. Поэтому ряд исследователей изучали его свойства в зависимости от возраста. Структура коллагена представляет собой фибриллы, состоящие из мономеров. Каждый мономер — это тройная спираль из трех полипептидных цепей. Существует два типа цепей — α1 и α2, поэтому коллагену присущ молекулярный полиморфизм. Имеется четыре варианта цепей типа α1. Цепь каждого типа кодируется специфическим геном. В тканях обнаружен коллаген четырех основных типов, которые определяются тем, из каких a-цепей сформированы тройные спирали: коллагены типа I, II, III и IV, имеющие строение соответственно [α1(I)]2α2, [α1(II)]3, [α1(III)]3 и [α1(IV)]3. В разных тканях синтезируются разные цепи коллагена в разных соотношениях, причем эти соотношения меняются по мере развития животного.
В полисоме синтезируются про-α-цепи. Пролиновые и лизиновые остатки гидроксилируются соответствующими гидроксилазами в ходе и после окончания образования цепи. Гликозилтрансферазы гликозилируют оксилизиновые остатки в клетке. Связыванию друг с другом трех α-цепей способствуют S — S-связи, которые образуются цистеиновыми остатками, имеющимися в COOH-концевом участке. Это связывание происходит в шероховатом эндоплазм этическом ретикулуме; в результате образуется тройная спираль мономера проколлагена, которая затем выделяется в межклеточный матрикс. Две разные проколлагенпептидазы удаляют пропептидные фрагменты с NH2-и COOH-концов проколлагена. Лизиновые остатки окислительно дезаминируются при участии лизилоксидазы. В результате появляется аллизин, который образует поперечные сшивки, взаимодействуя с лизиновым или аллизиновым остатками α-цепи того же или соседнего мономера. Таким образом возникают фибриллы коллагена. Содержание ферментов, ответственных за эти модификации, на протяжении жизни животного меняется. Изменение содержания ферментов может быть причиной возрастных структурных изменений коллагена. Итак, по-видимому, связанные с возрастом структурные изменения коллагена обусловлены изменениями активности ферментов, необходимых для его структурной модификации, и, следовательно, являются вторичными причинами старения.
1. Anttinen H., Myllyla R., Kivirikko K. I. Biochem. J., 175, 737–742 (1978).
2. Anttinen H., Oikarinen A., Kivirikko K. I. Clin. Chim. Acta, 76, 95-101 (1977).
3. Bailey A. J., Robins S. P. In: Frontiers of Matrix Biology, Vol. I, p. 130 (L. Robert and B. Robert, Eds.), S. Karger, Basel (1973).
4. Bailey A. J., Robins S. P. Science Prog., 63, 419–444 (1976),
5. Bailey A. J., Robins S. P., Balian G. Nature, 251, 105–109 (1974).
6. Barnes M. J., Constable B. J., Morton L. F., Kodicek E. Biochem. J., 125, 925–928 (1971).
7. Barnes M. J., Constable B. L, Morton L. F., Royce P. M. Biochem. J., 139, 461–468 (1974).
8. Bates C. H., Bailey A. J., Prynne С J., Levene C. I. Biochim. Biophys. Acta, 278, 372–390 (1972).
9. Bjorksten J. In: Protein Crosslinking, Nutritional and Medical Consequences (M. Friedman, Ed.), 579–602, Plenum Press, New York (1977).
