От Cocer Peptides 
1 месяц назад
ВСЕ СТАТЬИ И ИНФОРМАЦИЯ О ПРОДУКЦИИ, ПРЕДОСТАВЛЕННЫЕ НА ЭТОМ ВЕБ-САЙТЕ, ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ДЛЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ЦЕЛЕЙ.
Продукты, представленные на этом сайте, предназначены исключительно для исследований in vitro. Исследования in vitro (лат. *in glass*, что означает «в стеклянной посуде») проводятся вне человеческого тела. Эти продукты не являются фармацевтическими препаратами, не были одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) и не должны использоваться для профилактики, лечения или лечения каких-либо заболеваний или недомоганий. Законом строго запрещено вводить эти продукты в организм человека или животного в любой форме.
Обзор
Старение характеризуется постепенным снижением физиологических функций и увеличением восприимчивости к болезням. Понимание признаков и характеристик старения имеет решающее значение для выяснения биологических механизмов старения и разработки стратегий замедления старения и предотвращения связанных с ним заболеваний.
Рисунок 1. Механизм против морщин.
Признаки и характеристики старения
(1) Геномная нестабильность
Геномная нестабильность является ключевым фактором старения. Накопление повреждений ДНК происходит под действием эндогенных факторов, таких как активные формы кислорода (АФК), образующихся в ходе метаболических процессов, а также экзогенных факторов, таких как ультрафиолетовое излучение и химические вещества. С возрастом организмов эффективность механизмов репарации ДНК снижается, что приводит к неустранимому повреждению ДНК. Если двухцепочечные разрывы ДНК не устранены должным образом, они могут привести к хромосомным структурным аномалиям и перестройкам генов, влияя на экспрессию генов и клеточные функции. В стареющих клетках изменения в экспрессии ключевых белков пути реакции на повреждение ДНК снижают толерантность клетки к повреждению ДНК, тем самым ускоряя процесс старения. Эта геномная нестабильность не только влияет на нормальную клеточную функцию, но также тесно связана с возникновением и прогрессированием различных возрастных заболеваний, таких как рак и нейродегенеративные заболевания.
(2) Истощение теломер
Теломеры — это повторяющиеся последовательности ДНК на концах хромосом, которые действуют как защитные колпачки, предотвращая слияние и деградацию концов хромосом. Во время деления клеток теломеры постепенно укорачиваются, поскольку ДНК-полимераза не может полностью реплицировать концы хромосом. Когда теломеры укорачиваются до определенной степени, клетки переходят в состояние старения или подвергаются апоптозу. Это связано с тем, что короткие теломеры распознаются клетками как повреждение ДНК, тем самым активируя контрольные точки клеточного цикла, чтобы предотвратить дальнейшее деление клеток. Теломераза может увеличивать длину теломер, но ее активность в большинстве соматических клеток низкая. С возрастом теломеры продолжают укорачиваться, становясь важным маркером клеточного старения. Некоторые исследования показали, что активация теломеразы или использование генной терапии для увеличения длины теломер могут в некоторой степени задержать клеточное старение, что дает новую информацию для исследований в области борьбы со старением.
(3) Эпигенетические изменения
Эпигенетическая регуляция играет ключевую роль в пространственно-временной специфичности экспрессии генов, а процесс старения сопровождается широко распространенными эпигенетическими изменениями. Изменения в характере метилирования ДНК являются одним из распространенных эпигенетических изменений. С возрастом общий уровень метилирования ДНК снижается, но некоторые специфические области промотора генов проявляют гиперметилирование, что приводит к молчанию этих генов. Гены, связанные с регуляцией клеточного цикла, репарацией ДНК и т. д., испытывают снижение экспрессии из-за гиперметилирования промотора, тем самым влияя на нормальные клеточные функции. Модификации гистонов, такие как ацетилирование и метилирование, также претерпевают изменения, влияя на структуру хроматина и доступность генов. Эти эпигенетические изменения могут регулировать клеточные процессы, такие как пролиферация, дифференцировка и старение, влияя на экспрессию генов, а эпигенетические изменения обладают определенной степенью обратимости, обеспечивая потенциальные мишени для вмешательства в старение.
(4) Потеря белкового гомеостаза
Белковый гомеостаз является основой поддержания нормальной клеточной функции, включающей такие процессы, как сворачивание, транспорт и деградация белка. С возрастом механизмы белкового гомеостаза внутри клеток постепенно нарушаются. Экспрессия и функция молекулярных шаперонов, таких как белки теплового шока, снижаются, что препятствует правильному сворачиванию вновь синтезированных белков, что приводит к накоплению неправильно свернутых белков внутри клеток. Функции протеасомной и аутофагально-лизосомной систем также ухудшаются, снижая их способность очищать неправильно свернутые и поврежденные белки. Накопление этих аномальных белков образует агрегаты, которые нарушают нормальные физиологические процессы внутри клеток, активируют внутриклеточные сигнальные пути стресса и приводят к клеточному старению. При нейродегенеративных заболеваниях неправильно свернутые белки, такие как β-амилоид и тау-белки, накапливаются в больших количествах, вызывая дисфункцию и смерть нейронов, что тесно связано с потерей белкового гомеостаза в процессе старения.
(5) Нарушение регуляции передачи сигналов питательных веществ
Пути восприятия питательных веществ играют ключевую роль в росте клеток, метаболизме и старении. В качестве примера возьмем путь mTOR (мишень рапамицина у млекопитающих); он может определять состояние питания внутри клеток и регулировать такие процессы, как синтез белка, рост клеток и аутофагия. Когда питательных веществ много, mTOR активируется, способствуя росту и пролиферации клеток; однако чрезмерная активация пути mTOR связана со старением, поскольку она ингибирует аутофагию, что приводит к накоплению поврежденных органелл и белков, а также способствует воспалительным реакциям. Умеренное ограничение калорий может ингибировать активность mTOR, активировать аутофагию и очищать клеточные отходы, тем самым замедляя старение. Сигнальный путь инсулина/инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1) также тесно связан с регуляцией питания и старением; нарушение регуляции этого пути влияет на клеточный метаболизм и продолжительность жизни. Регулируя пути восприятия питательных веществ, можно улучшить метаболические состояния клеток, тем самым замедляя процесс старения.
(6) Митохондриальная дисфункция
Митохондрии, как клеточные электростанции, играют центральную роль в процессе старения. С возрастом структура и функции митохондрий претерпевают существенные изменения. Митохондриальная ДНК (мтДНК), лишенная защиты гистонов и расположенная вблизи мест производства АФК, склонна к окислительному повреждению, что приводит к накоплению мутаций мтДНК. Эти мутации нарушают функцию комплексов дыхательной цепи митохондрий, снижают эффективность продукции АТФ и увеличивают продукцию АФК. Чрезмерное количество АФК еще больше повреждает митохондрии и другие биомолекулы внутри клеток, создавая порочный круг. Дисбаланс в динамике митохондрий (включая слияние и деление) также влияет на функцию и распределение митохондрий. В стареющих клетках чрезмерное деление митохондрий приводит к образованию коротких фрагментированных митохондрий с нарушенной функцией. Нарушения энергетического обмена, вызванные митохондриальной дисфункцией, и повышенный окислительный стресс являются ключевыми особенностями клеточного и организменного старения, тесно связанными с возникновением и прогрессированием различных возрастных заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания и нейродегенеративные заболевания.
(7) Клеточное старение
Клеточное старение означает потерю пролиферативной способности и переход в относительно стабильное, необратимое состояние остановки роста. Стареющие клетки обладают уникальными фенотипическими характеристиками, включая увеличенный объем клеток, уплощенную морфологию и повышенную активность β-галактозидазы. Запускающие механизмы клеточного старения разнообразны, включая укорочение теломер, повреждение ДНК и окислительный стресс. Стареющие клетки секретируют ряд цитокинов, хемокинов и протеаз, образуя ассоциированный со старением секреторный фенотип (SASP). SASP не только оказывает паракринное воздействие на окружающие клетки, вызывая воспалительные реакции и ремоделирование внеклеточного матрикса, но также может способствовать фиброзу тканей и формированию опухолевого микроокружения. Хотя клеточное старение может в некоторой степени подавлять пролиферацию опухолевых клеток, долгосрочное накопление стареющих клеток в организме может отрицательно влиять на функции тканей и органов, ускоряя процесс старения.
(8) Истощение стволовых клеток
Стволовые клетки обладают способностью самообновляться и дифференцироваться в различные типы клеток, играя решающую роль в развитии, поддержании и восстановлении тканей и органов. С возрастом функция стволовых клеток постепенно снижается, снижается способность к самообновлению и ограничивается потенциал дифференцировки. В процессе старения баланс дифференцировки гемопоэтических стволовых клеток в различные клеточные линии крови нарушается, что приводит к нарушению функции иммунной системы. Способность мезенхимальных стволовых клеток к пролиферации и дифференцировке также ослабевает, влияя на восстановление и регенерацию костной, хрящевой и жировой тканей. Причинами истощения стволовых клеток являются изменения микроокружения, нарушение регуляции внутриклеточных сигнальных путей и накопление повреждений ДНК. Потеря функции стволовых клеток снижает способность тканей и органов к восстановлению, делая их неспособными эффективно реагировать на травмы и болезни, что приводит к старению организма.
(9) Изменения внутриклеточной коммуникации
Межклеточная коммуникация имеет решающее значение для поддержания гомеостаза тканей и органов. В процессе старения внутриклеточная коммуникация претерпевает существенные изменения. С возрастом связь между клетками через щелевые соединения уменьшается, что влияет на обмен веществ и передачу сигналов между клетками. Кроме того, изменяется и функция эндокринной системы, что приводит к гормональному дисбалансу. Изменения в секреции и действии гормонов, таких как инсулин и гормон роста, влияют на системный метаболизм и клеточные функции. Активация воспалительных сигнальных путей является еще одним важным аспектом изменения внутриклеточной коммуникации. Стареющие клетки секретируют факторы SASP, которые запускают хронические воспалительные реакции, нарушая нормальную межклеточную связь и тканевое микроокружение. Эти изменения во внутриклеточной коммуникации приводят к нарушению координации между тканями и органами, тем самым способствуя прогрессированию старения.
Взаимосвязь маркеров и характеристик старения
Различные маркеры и характеристики старения не изолированы друг от друга, а взаимосвязаны и оказывают взаимное влияние, в совокупности управляя процессом старения. Геномная нестабильность приводит к повреждению ДНК, что, в свою очередь, вызывает клеточное старение и истощение стволовых клеток. Истощение теломер также активирует реакцию на повреждение ДНК, усугубляя нестабильность генома. Эпигенетические изменения могут влиять на экспрессию генов, тем самым регулируя такие процессы, как гомеостаз белков, регуляция питательных веществ и функция митохондрий. АФК, вызванные митохондриальной дисфункцией, могут дополнительно повредить ДНК, что приведет к нестабильности генома, а также затронет внутриклеточные сигнальные пути и изменит межклеточную связь. Клеточное старение и истощение стволовых клеток ухудшают восстановление и регенеративную способность тканей, а изменения в микроокружении тканей, в свою очередь, влияют на клеточное старение и функцию стволовых клеток.
Применение маркеров и характеристик старения в здравоохранении и заболеваниях
(1) Как биомаркеры
Маркеры и характеристики старения могут служить биомаркерами для оценки степени старения и состояния здоровья человека. Например, измеряя длину теломер, характер метилирования ДНК и показатели функции митохондрий, можно в некоторой степени предсказать биологический возраст человека и риск развития возрастных заболеваний. Эти биомаркеры помогают на ранней стадии выявления потенциальных проблем со здоровьем, обеспечивая основу для персонализированного управления здоровьем и вмешательства. При профилактике сердечно-сосудистых заболеваний обнаружение в крови биомаркеров старения, связанных с воспалением, помогает выявить людей из группы высокого риска и позволяет принять меры раннего вмешательства, такие как корректировка образа жизни или медикаментозная терапия.
(2) Цели разработки лекарств
Различные маркеры и характеристики старения представляют собой множество целей для разработки лекарств. Для лечения геномной нестабильности можно разработать лекарства, способствующие восстановлению ДНК; при истощении теломер можно изучить препараты, активирующие теломеразу или защищающие теломеры; при нарушении белкового гомеостаза могут быть разработаны препараты, которые усиливают функцию молекулярных шаперонов или способствуют деградации белков и т. д. В последние годы исследования рапамицина и его аналогов, воздействующих на путь mTOR, достигли значительного прогресса в замедлении старения и продлении продолжительности жизни, предоставив успешную модель для разработки лекарств против старения. Что касается клеточного старения, разработка лекарств, которые могут очищать стареющие клетки или ингибировать SASP, может улучшить симптомы заболеваний, связанных со старением, и замедлить процесс старения.
(3) Стратегии медицинского вмешательства
На основе понимания маркеров и характеристик старения можно сформулировать соответствующие стратегии вмешательства в здравоохранение. Что касается диетического вмешательства, ограничение калорий и средиземноморская диета могут регулировать пути восприятия питательных веществ, улучшать метаболический статус и замедлять старение. Физические упражнения могут улучшить функцию митохондрий, способствовать пролиферации и дифференцировке стволовых клеток, а также улучшить межклеточную связь, и все это оказывает положительное влияние на замедление старения. Использование антиоксидантов может уменьшить окислительный стресс, защитить клетки от повреждения АФК и поддерживать нормальную клеточную функцию. Эти комплексные стратегии медицинского вмешательства помогают замедлить процесс старения и улучшить качество жизни пожилых людей.
Заключение
Маркеры и характеристики старения охватывают широкий спектр изменений от молекулярного до клеточного и тканевого/органного уровней, которые взаимосвязаны и взаимовлияют, в совокупности образуя сложные биологические механизмы старения. Понимание этих маркеров и характеристик обеспечивает теоретическую основу для профилактики, диагностики и лечения заболеваний, связанных со старением.
Источники
[1] Пинтеа А, Манеа А, Пинтеа С и др. Пептиды: новые кандидаты для профилактики и лечения старения кожи: обзор [J]. Биомолекулы, 2025,15(1},НОМЕР СТАТЬИ = {88).DOI:10.3390/biom15010088.
[2] Йылдыз С., Озилген М. Почему функции мозга могут ухудшаться с возрастом: термодинамическая оценка[J]. Международный журнал Exergy, 2021.
[3] Джозеф А.В., Джевита Шри Д.В., Салуджа КПС и др. Отслеживание движений глаз для понимания влияния старения на приложения для мобильных телефонов[C]//, Сингапур, 2021. Springer Singapore, 01.01.2021.DOI: 10.1007/978-981-16-0041-8_27.
[4] Джозеф А.В., Дв Дж., Салуджа К.С. и др. Отслеживание движений глаз для понимания влияния старения на приложения для мобильных телефонов[J]. Арксив, 2021, абс/2101.00792. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:230435965
[5] Висман А.И., Резич М.Т., О'Нил Дж. и др. Эпигенетические маркеры старения предсказывают нейронные колебания, обеспечивающие избирательное внимание[J]. Кора головного мозга, 2020, 30(3):1234-1243.DOI:10.1093/cercor/bhz162.
[6] Маррон М. М. Немощность и способность ходить как интегрированные маркеры старения и их метаболомные признаки, 2019[C]. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:202009741
[7] Ван Ю, Хуан Т, Ша Х и др. Модель самоорганизации раскрывает систематические характеристики старения[J]. Теоретическая биология &Медицинское моделирование, 2018,17.
[8] Юхас Д., Немет Д. [Изменения когнитивных функций при здоровом старении] [J]. Идеггиогьясати Сземле-Клиническая неврология, 2018,71(3-04):105-112.DOI:10.18071/isz.71.0105.
