XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Актуальность. Старение — это сложный биологический процесс, затрагивающий все уровни организации живого: от молекул до целых органов и систем. Одним из ключевых механизмов, лежащих в основе старения на клеточном уровне, является клеточная сенесценция — состояние устойчивой пролиферативной остановки, при котором клетка сохраняет жизнеспособность, но теряет способность к делению. Хотя сенесценция изначально рассматривалась как защитный механизм против опухолевой трансформации, в последние десятилетия стало очевидно, что накопление сенесцентных клеток играет центральную роль в развитии возраст-ассоциированных патологий, включая атеросклероз, нейродегенерацию, фиброз и метаболические нарушения [1].

Цель данного исследования: рассмотреть патофизиологические механизмы клеточного старения и сенесценции, их молекулярные регуляторы, функциональные последствия и роль в патогенезе заболеваний.

Цель исследования предполагает решение следующих задач:

1. Проанализировать определение клеточной сенесценции и классифицировать её основные типы (репликативная, стресс-индуцированная, онкогенно-индуцированная) с учётом этиологических факторов и молекулярных особенностей.

2. Раскрыть ключевые молекулярные механизмы сенесценции: роль теломерной дисфункции и ответа на повреждение ДНК (DDR), сигнальные пути p53/p21 и p16INK4a/RB, эпигенетические перестройки (SAHF), метаболическую перестройку и регуляцию сенесцентного секреторного фенотипа (SASP).

3. Оценить физиологическую значимость сенесценции: онкозащитную функцию, участие в эмбриогенезе и заживлении ран.

4. Выявить патогенетическую роль хронической сенесценции в развитии возраст-ассоциированных заболеваний (атеросклероз, нейродегенерация, сахарный диабет 2 типа, фиброз, остеоартрит) через механизмы «инфлейминга», паракринной сенесценции и подавления регенераторного потенциала тканей.

5. Обобщить современные подходы к терапевтической модуляции сенесценции (сенолитики, сеноморфики) на основании экспериментальных и клинических данных.

Объект исследования - клеточное старение как универсальный биологический феномен, охватывающий процессы утраты пролиферативного потенциала, метаболической перестройки и формирования секреторного фенотипа в соматических клетках млекопитающих.

Предмет исследования - патофизиологические механизмы клеточной сенесценции — включая молекулярные триггеры (теломерная дисфункция, окислительный стресс, онкогенная активация), сигнальные пути остановки клеточного цикла (p53/p21, p16INK4a/RB), формирование сенесцентного секреторного фенотипа (SASP) и их роль в развитии возраст-ассоциированных заболеваний.

Методы исследования: библиографический анализ, сравнительно-аналитический метод, системный анализ.

1. Определение и типы клеточной сенесценции

Клеточная сенесценция — это устойчивое, необратимое (в большинстве случаев) состояние прекращения пролиферации, которое возникает в ответ на различные внутренние или внешние стрессовые сигналы, при сохранении метаболической активности и жизнеспособности клетки. Это не апоптоз и не некроз: сенесцентные клетки остаются живыми, но теряют способность к делению даже при наличии митогенных стимулов.

Впервые феномен был описан Леонардом Хейфликом в 1961 году, когда он обнаружил, что нормальные человеческие фибробласты in vitro могут пройти лишь ограниченное число делений (около 40–60), после чего входят в состояние ростовой остановки — так называемый «лимит Хейфлика» [2].

Современное определение, предложенное консорциумом экспертов (Gorgoulis et al., 2019), подчёркивает, что сенесценция — это сложная адаптивная реакция, которая включает:

- устойчивую остановку клеточного цикла;

- резистентность к апоптозу;

- глобальные эпигенетические и транскрипционные перестройки;

- формирование специфического секреторного профиля — SASP (Senescence-Associated Secretory Phenotype);

- метаболическую перестройку (усиление гликолиза, митохондриальная дисфункция).

Важно подчеркнуть: сенесценция не является синонимом старения организма, хотя и является одним из его ключевых механизмов. Она может возникать как у молодых, так и у пожилых особей — например, при заживлении ран или в ответ на острую инфекцию.

На сегодняшний день выделяют три основных типа клеточной сенесценции, различающихся по этиологическому фактору и молекулярным характеристикам:

А. Репликативная сенесценция (Replicative Senescence)

- Этиология: развивается вследствие прогрессирующего укорочения теломер — концевых участков хромосом, состоящих из повторяющихся нуклеотидных последовательностей (TTAGGG у человека). Из-за «проблемы концевой ДНК-репликации» ДНК-полимераза не может полностью скопировать 3'-конец линейной хромосомы, что приводит к потере 50–200 пар нуклеотидов при каждом делении.

- Механизм: когда теломеры достигают критической длины (~5–7 кб у человека), они теряют способность связывать белковый комплекс шелтерин (shelterin), который маскирует их от систем ДНК-ответа. В результате укороченные теломеры распознаются как двунитевые разрывы ДНК (DSBs), что запускает каскад DDR (DNA Damage Response):

1) активация киназ ATM/ATR → фосфорилирование H2AX (γH2AX-фокусы);

2) стабилизация и активация транскрипционного фактора p53;

3) индукция экспрессии p21CIP1(/WAF1) — мощного ингибитора циклин-зависимых киназ (CDKs);

4) блокада перехода из G1 в S-фазу клеточного цикла.

- Особенности:

1) преимущественно наблюдается у соматических клеток, не экспрессирующих теломеразу (фермент, удлиняющий теломеры);

2) играет роль в ограничении продолжительности жизни клеточной линии;

3) является одной из причин возрастного снижения регенераторного потенциала тканей.

Б. Стресс-индуцированная прематурная сенесценция (Stress-Induced Premature Senescence, SIPS)

- Этиология: возникает до достижения лимита Хейфлика под действием различных экзогенных и эндогенных стрессоров:

1) окислительный стресс (повышенный уровень АФК — активных форм кислорода);

2) ультрафиолетовое (УФ) и ионизирующее излучение;

3) химиотерапевтические агенты (например, доксорубицин);

4) гипоксия или гипергликемия;

5) нарушения протеостаза (накопление неправильно свёрнутых белков).

- Механизм: стрессовые факторы вызывают повреждение ДНК, липидов и белков, что также активирует DDR-путь через p53/p21. Однако при сильном окислительном стрессе может доминировать альтернативный путь через p16INK4a/RB:

1) АФК активируют MAPK-сигнальные пути (p38, JNK);

2) это усиливает транскрипцию гена CDKN2A, кодирующего p16INK4a;

3) p16 ингибирует CDK4/6 → гипофосфорилированный RB связывает E2F → блокада транскрипции генов, необходимых для S-фазы.

- Особенности:

1) может развиваться у молодых клеток;

2) часто наблюдается при хронических заболеваниях (сахарный диабет, ХОБЛ, атеросклероз);

3) более устойчива к обратному развитию, чем репликативная сенесценция.

В. Онкогенно-индуцированная сенесценция (Oncogene-Induced Senescence, OIS)

- Этиология: запускается при активации онкогенов (например, RAS, BRAFV^600E, MYC, Cyclin E) или потере функции супрессоров опухолей (например, PTEN). Это своего рода «аварийный тормоз», предотвращающий злокачественную трансформацию.

- Механизм: активированные онкогены вызывают:

1) гиперпролиферативный сигнал → репликативный стресс → коллапс репликационных вилок → DSBs;

2) повышенное образование АФК → окислительное повреждение ДНК;

3) активация DDR → p53/p21 и/или p16/RB.

Особенностью онкоген-индуцированного старения (OIS) является формирование гетерохроматина, ассоциированных со старением (SAHF) — плотных ядерных структур, которые эпигенетически «выключают» пролиферативные гены (например, E2F-мишени).

- Особенности:

1) обнаруживается в предраковых поражениях (например, невусы с мутацией BRAF);

2) является важным барьером против рака на ранних стадиях;

3) может быть обойдена при дополнительных мутациях (например, потеря p53).

Г. Дополнительные формы (менее изученные):

- Терапевтически-индуцированная сенесценция — возникает как побочный эффект химио- и лучевой терапии у раковых больных, что может способствовать рецидивам и побочным эффектам.

- Эмбриональная сенесценция — временная, программируемая форма, участвующая в морфогенезе (например, формирование пальцев у эмбриона); такие клетки быстро удаляются макрофагами.

Все типы объединяет активация сигнальных путей, зависящих от p53/p21 и p16INK4a/RB, которые блокируют прогрессию клеточного цикла на этапе G1/S [1].

2. Молекулярные механизмы сенесценции

2.1. Теломерный кризис и ответ на повреждение ДНК (DNA Damage Response, DDR)

Теломерная дисфункция является классическим триггером репликативной сенесценции. Теломеры — нуклеопротеиновые структуры на концах хромосом, состоящие из повторов (TTAGGG) у человека и комплекса белка шелтерина (TRF1, TRF2, POT1, TIN2, TPP1, RAP1). Их функция — предотвращать распознавание концов хромосом как двуцепочечных разрывов (DSBs).

При каждом делении теломеры укорачиваются на 50–200 п.н. из-за «проблемы концевой репликации ДНК» (неспособности ДНК-полимеразы синтезировать 3'-конец новой цепи). При достижении критической длины шелтерин-комплекс диссоциирует, обнажая теломерные концы. Это приводит к:

1) активации киназ ATM/ATR — сенсоров повреждений ДНК;

2) фосфорилированию гистона H2AX в позиции Ser139 (образование γH2AX-фокусов — маркера DSBs);

3) рекрутированию медиаторов репарации (53BP1, MDC1) в теломерные локусы — формирование участков повреждения ДНК, расположенных на теломерах (Telomere-Associated Foci, TAFs) [10].

TAFs функционируют как хронические источники сигнала DDR, что обеспечивает устойчивость остановки клеточного цикла. [3].

2.2. Ключевые сигнальные пути остановки клеточного цикла: p53/p21 и p16INK4a/RB

2.2.1. Путь p53/p21CIP1(/WAF1):

- p53 — «страж генома», транскрипционный фактор, стабилизирующийся при фосфорилировании (Ser15, Ser20) киназами ATM/Chk2 или ATR/Chk1 в ответ на повреждения ДНК.

- Стабильный p53 активирует транскрипцию гена CDKN1A, кодирующего p21 — ингибитора циклин-зависимых киназ (CDK2, CDK4/6).

- Ингибирование CDKs предотвращает фосфорилирование ретинобластомного белка (RB). Негипофосфорилированный RB связывает транскрипционные факторы E2F, блокируя экспрессию генов, необходимых для перехода G1→S (циклин E, DNA-полимераза, тимидилатсинтаза) [9].

Этот путь доминирует на ранних этапах сенесценции и более характерен для репликативной и стресс-индуцированной сенесценции.

2.2.2. Путь p16INK4a/RB

- p16INK4a— продукт гена CDKN2A, экспрессия которого возрастает с возрастом и при хроническом стрессе.

- p16 специфически связывает и ингибирует CDK4/6, что также предотвращает фосфорилирование RB.

- В отличие от p21, p16 обеспечивает долгосрочную стабильность сенесцентного состояния и менее зависим от постоянного сигнала DDR [4].

Интересно, что p16 и p21 могут функционировать параллельно или последовательно: сначала активируется p53/p21, а затем — при хронизации стресса — накапливается p16, «запирая» клетку в сенесценции.

2.3. Сенесцентный секреторный фенотип (SASP)

Сенесцентные клетки не просто «молчат» — они активно секретируют провоспалительные цитокины (IL-6, IL-8), хемокины, протеазы (MMPs), факторы роста и другие медиаторы. Этот феномен получил название SASP (Senescence-Associated Secretory Phenotype). SASP может оказывать паракринное воздействие: усиливать воспаление, стимулировать фиброз, нарушать регенерацию тканей и даже индуцировать сенесценцию в соседних клетках [6].

Функциональное значение SASP двойственно:

- Положительное: привлечение иммунных клеток (макрофагов, NK-клеток) для клиренса сенесцентных клеток; стимуляция временной пролиферации соседних клеток при заживлении ран.

- Отрицательное: при хроническом накоплении — развитие «стерильного воспаления» (инфлейминга), фиброза, ангиогенеза опухолей, индукции паракринной сенесценции [7].

Регуляторные механизмы SASP:

1. NF-κB — главный транскрипционный активатор генов IL-6, IL-8. Активируется через:

- Путь DDR → ATM → IKK;

- IL-1α-зависимую аутокринную петлю (мембранный IL-1α → рецептор IL-1R → MyD88 → IKK).

2. C/EBPβ — кооперируется с NF-κB для максимальной транскрипции генов цитокинов.

3. mTOR — киназа, регулирующая трансляцию мРНК цитокинов. Ингибирование рапамицином подавляет SASP, не влияя на остановку клеточного цикла (такие препараты называют сеноморфиками) [8].

4. GATA4 — фактор транскрипции, стабилизирующийся при сенесценции (из-за подавления аутофагии). Активирует NF-κB через взаимодействие с TRAF3IP2.

2.4. Эпигенетические перестройки:

- Формирование SAHF (Senescence-Associated Heterochromatin Foci): плотные ядерные фокусы, обогащённые гистоном H3K9me3, HP1γ и макросателлитной ДНК. Они эпигенетически «выключают» пролиферативные гены (например, CCNA2, PCNA) [9].

- Глобальная гипометилляция ДНК с одновременной гиперметилляцией промоторов генов-супрессоров опухолей — характерная «метилляционная сигнатура старения».

- Перераспределение ламина B1: снижение уровня этого ядерного ламина приводит к нарушению ядерной архитектуры и активации гетерохроматиновых областей.

2.5. Метаболическая перестройка:

- Митохондриальная дисфункция: фрагментация митохондрий, снижение трансмембранного потенциала ΔΨm, повышение продукции АФК (митохондриальный стресс усиливает DDR и стабилизирует сенесценцию) [10].

- Усиление гликолиза (эффект Варбурга): повышение экспрессии GLUT1, HK2, LDHA — даже при нормальном уровне кислорода. Обусловлено активацией HIF-1α и mTOR.

- Нарушение аутофагии и лизосом: накопление повреждённых органелл и белков. Одновременно повышается активность лозосомальной β-галактозидазы (SA-β-gal) — классический гистохимический маркер сенесценции (активна при pH 6.0).

- Нарушение протеостаза: накопление агрегатов белков из-за снижения активности протеасомы и хаперонов.

3. Патофизиологическая роль сенесценции

Клеточная сенесценция представляет собой эволюционно консервативный механизм, обладающий двойственной природой: в остром, транзиторном виде она выполняет защитные функции, однако при хроническом накоплении становится мощным драйвером возраст-ассоциированных патологий. Ниже представлено детальное рассмотрение обеих сторон этого феномена.

3.1. Положительные аспекты

- Защита от рака (через OIS);

- Участие в эмбриогенезе и раннем развитии. Сенесцентные клетки временно появляются в апикальном эктодермальном гребне конечностей (формирование пальцев), мезонефральных протоках (регрессия мужских структур у самок), эндокардиальных (атриовентрикулярных) подушках сердца (формирование клапанов).

- Временная роль в заживлении ран (привлечение иммунных клеток) [1].

3.2. Отрицательные последствия при хроническом накоплении

С возрастом эффективность иммунного клиренса сенесцентных клеток снижается. Их накопление приводит к:

- Хроническому «стерильному» воспалению («инфлейминг»);

- Нарушению тканевой архитектуры и функции;

- Ингибированию стволовых клеток;

- Ускорению старения всего организма.

Эксперименты на мышах показали, что удаление сенесцентных клеток с помощью «сенолитиков» (например, дазатиниб + кверцетин) продлевает здоровую продолжительность жизни и замедляет развитие атеросклероза, остеопороза и нейродегенерации [5].

Заключение

Сенесценция — это адаптивный механизм с временной функцией, который становится патогенным при нарушении баланса между индукцией и клиренсом. Её двойственность объясняет, почему эволюция сохранила этот процесс: он необходим для онкозащиты и развития, но не «рассчитан» на долгую жизнь организма. В условиях увеличения продолжительности жизни человека хроническое накопление сенесцентных клеток превращается в ключевой патофизиологический механизм множества заболеваний старения. Будущее «медицины старения», вероятно, будет связано с целенаправленным удалением или модуляцией сенесцентных клеток. Терапевтическая модуляция сенесценции (сенолитики, сеноморфики) открывает принципиально новый подход к профилактике и лечению возраст-ассоциированных патологий — не по отдельным нозологиям, а по общему патогенетическому звену.

Списоклитературы

1. López-Otín C, Blasco MA, Partridge L, Serrano M, Kroemer G. Hallmarks of aging: An expanding universe. Cell. 2023 Jan 19;186(2):243-278. doi: 10.1016/j.cell.2022.11.001. Epub 2023 Jan 3. PMID: 36599349.

2. Hayflick L. The limited in vitro lifetime of human diploid cell strains // Exp. Cell Res., 1965, v. 37, p. 614-636.

3. d'Adda di Fagagna F, Reaper PM, Clay-Farrace L, Fiegler H, Carr P, Von Zglinicki T, Saretzki G, Carter NP, Jackson SP. A DNA damage checkpoint response in telomere-initiated senescence. Nature. 2003 Nov 13;426(6963):194-8. doi: 10.1038/nature02118. Epub 2003 Nov 5. PMID: 14608368.

4. Campisi, Judith & d'Adda di Fagagna, Fabrizio. (2007). Campisi J, d’Adda di Fagagna FCellular senescence: When bad things happen to good cells. Nat Rev Mol Cell Biol 8:729-740. Nature reviews. Molecular cell biology. 8. 729-40. 10.1038/nrm2233.

5. Gorgoulis V, Adams PD, Alimonti A, Bennett DC, Bischof O, Bishop C, Campisi J, Collado M, Evangelou K, Ferbeyre G, Gil J, Hara E, Krizhanovsky V, Jurk D, Maier AB, Narita M, Niedernhofer L, Passos JF, Robbins PD, Schmitt CA, Sedivy J, Vougas K, von Zglinicki T, Zhou D, Serrano M, Demaria M. Cellular Senescence: Defining a Path Forward. Cell. 2019 Oct 31;179(4):813-827. doi: 10.1016/j.cell.2019.10.005. PMID: 31675495.

6. Coppé JP, Desprez PY, Krtolica A, Campisi J. The senescence-associated secretory phenotype: the dark side of tumor suppression. Annu Rev Pathol. 2010;5:99-118. doi: 10.1146/annurev-pathol-121808-102144. PMID: 20078217; PMCID: PMC4166495.

7. Acosta JC, Banito A, Wuestefeld T, Georgilis A, Janich P, Morton JP, Athineos D, Kang TW, Lasitschka F, Andrulis M, Pascual G, Morris KJ, Khan S, Jin H, Dharmalingam G, Snijders AP, Carroll T, Capper D, Pritchard C, Inman GJ, Longerich T, Sansom OJ, Benitah SA, Zender L, Gil J. A complex secretory program orchestrated by the inflammasome controls paracrine senescence. Nat Cell Biol. 2013 Aug;15(8):978-90. doi: 10.1038/ncb2784. Epub 2013 Jun 16. PMID: 23770676; PMCID: PMC3732483.

8. Laberge RM, Sun Y, Orjalo AV, Patil CK, Freund A, Zhou L, Curran SC, Davalos AR, Wilson-Edell KA, Liu S, Limbad C, Demaria M, Li P, Hubbard GB, Ikeno Y, Javors M, Desprez PY, Benz CC, Kapahi P, Nelson PS, Campisi J. MTOR regulates the pro-tumorigenic senescence-associated secretory phenotype by promoting IL1A translation. Nat Cell Biol. 2015 Aug;17(8):1049-61. doi: 10.1038/ncb3195. Epub 2015 Jul 6. Erratum in: Nat Cell Biol. 2021 May;23(5):564-565. doi: 10.1038/s41556-021-00655-4. PMID: 26147250; PMCID: PMC4691706.

9. Narita M, Nũnez S, Heard E, Narita M, Lin AW, Hearn SA, Spector DL, Hannon GJ, Lowe SW. Rb-mediated heterochromatin formation and silencing of E2F target genes during cellular senescence. Cell. 2003 Jun 13;113(6):703-16. doi: 10.1016/s0092-8674(03)00401-x. PMID: 12809602.

10. Correia-Melo C, Marques FD, Anderson R, Hewitt G, Hewitt R, Cole J, Carroll BM, Miwa S, Birch J, Merz A, Rushton MD, Charles M, Jurk D, Tait SW, Czapiewski R, Greaves L, Nelson G, Bohlooly-Y M, Rodriguez-Cuenca S, Vidal-Puig A, Mann D, Saretzki G, Quarato G, Green DR, Adams PD, von Zglinicki T, Korolchuk VI, Passos JF. Mitochondria are required for pro-ageing features of the senescent phenotype. EMBO J. 2016 Apr 1;35(7):724-42. doi: 10.15252/embj.201592862. Epub 2016 Feb 4. PMID: 26848154; PMCID: PMC4818766.

Код для цитирования: Скопировать