Biomarker stárnutí je parametr organismu, který lépe odráží funkční stav organismu než chronologický věk.
Termín „biomarker stárnutí“ se začal používat v 80. letech 20. století. Původní definice, která se používá dodnes, je [1] :
"Biomarker stárnutí je biologický parametr, který v nepřítomnosti onemocnění může předpovídat funkční stav těla lépe než chronologický věk."
Chronologický věk totiž zdaleka není vždy přesným odhadem stavu těla a tím spíše rychlosti stárnutí a předpokládané doby smrti. Jeden člověk může být v 80 v dobré kondici a nebude mít vážné kognitivní problémy, zatímco jiný v 60 bude mít vážné problémy se zdravím a duševními schopnostmi.
Existuje několik kritérií, která musí biologický parametr splňovat, aby mohl být použit jako biomarker stárnutí. Mezi různými autory existují určité rozdíly, ale seznam kritérií vypracovaný Americkou federací pro výzkum stárnutí [2][3] je obecně přijímán :
Třetí kritérium je často doplněno postulátem, že odhad parametru by neměl nejen způsobit újmu, ale také by neměl ovlivnit průběh stárnutí jako celku. Toto kritérium však zůstává nejschůdnější (viz níže).
Z kritérií a definice hned vyplývá několik problémů, které mohou nastat při hledání biomarkerů stárnutí. První problém je jeden z definice, totiž že parametr by měl určovat rychlost stárnutí v nepřítomnosti onemocnění. Poměrně často je stárnutí doprovázeno senilními chorobami (s věkem souvisejícími chorobami), jako je cukrovka , Parkinsonova a Alzheimerova choroba atd. Tyto jevy často vedou k neméně globálním změnám v těle než samotné stárnutí a je obtížné je rozlišit. od druhého. Hlavní problém však pochází z kritéria 2. Faktem je, že stárnutí je proces, který není zdaleka plně pochopen, vědecká komunita má daleko k tomu, aby pochopila, co přesně je jeho hlavní příčinou, takže dnes je druhým kritériem ve skutečnosti , nemožné splnit. Dá se říci, že do dnešního dne nebyl nalezen jediný biomarker stárnutí [4] , který by splňoval všechna obecně uznávaná kritéria, proto je zvykem hovořit o potenciálních biomarkerech stárnutí. Takových biomarkerů byly již objeveny desítky a výzkum v tomto směru je poměrně aktivně veden po celém světě.
Háďátko Caenorhabditis elegans (C. elegans) je klasický modelový organismus charakterizovaný pevným počtem buněk v dospělém organismu. Vývojová biologie C. elegans byla podrobně studována až po osud každé jednotlivé buňky. Díky tomu je dobrým cílem pro studium stárnutí a zejména pro hledání jeho biomarkerů. Prvním potenciálním biomarkerem je mobilita červů (svalová síla). Několik studií prokázalo korelaci mezi pohyblivostí a životností červů. Pokud jedinec není aktivní, pak s největší pravděpodobností zemře dříve než aktivnější jedinci. Univerzálnějším biomarkerem použitelným pro jiná zvířata je akumulace lipofuscinového pigmentu v buňkách , která se zvyšuje s věkem [5] . Na molekulární úrovni jsou zajímavé některé miRNA, změny v jejich expresi ovlivňují délku života [6] .
Jedním z prvních potenciálních biomarkerů, který přichází na mysl, je délka telomer . Telomery jsou složité struktury na koncích chromozomů u lidí a dalších eukaryot. Telomerická DNA se skládá z krátkých repetic a je spojena s mnoha proteiny. S každým buněčným dělením se telomerická DNA zkracuje, a to pokračuje, dokud replikace DNA (a tedy dělení) není nemožná (buňka dosáhne tzv. Hayflickova limitu ). Čím vyšší je replikační stáří buňky, tím kratší jsou telomery. Polovina studií však nenašla žádnou korelaci mezi zkrácenými telomerami a mírou úmrtnosti. Stojí však za zvážení, že mnoho z nich nebralo v úvahu další faktory, které mohou délku telomer ovlivnit, a takových faktorů je mnoho (zánět, fyzická aktivita, index tělesné hmotnosti, konzumace alkoholu atd.) [7] .
Dalším molekulárním mechanismem, který je potenciálním biomarkerem, je metylace DNA . S věkem se úroveň metylace některých oblastí DNA zvyšuje, zatímco jiných naopak klesá. V roce 2013 vyšla velká práce o tzv. epigenetické hodiny. Ukazuje, že mírou metylace lze velmi přesně určit věk bez ohledu na mnoho faktorů, jako je pohlaví a typ tkáně (oproti telomerám je to velká výhoda). Navíc se ukázalo, že tato metoda je použitelná i u šimpanzů [8] . Jsou tak splněna téměř všechna kritéria biomarkeru stárnutí kromě prvního. Faktem je, že metylace přesně odráží chronologický věk, což znamená, že nedokáže předpovědět rychlost stárnutí lépe než ona.
Na úrovni tkání a organismu je velká pozornost věnována zánětlivým procesům a změnám v imunitním systému, jako potenciálním zdrojům biomarkerů stárnutí. Například u lidí se s věkem snižuje počet naivních buněk imunitního systému, zatímco počet paměťových buněk se zvyšuje [4] .
Dalším slibným biomarkerem stárnutí je akumulace glykovaných proteinů (tzv. AGE produktů) ve tkáních. V průběhu času proteiny v buňkách procházejí spontánní (neenzymatickou) glykací, to znamená přidáním monosacharidů k aminoskupinám a karbonylům. To vede ke snížení funkčnosti proteinů a také zabraňuje jejich degradaci. Produkty AGE se tak časem hromadí a narušují funkčnost buněk a tkání. To je zvláště výrazné v kardiovaskulárním systému, kde cévy s věkem ztrácejí elasticitu v důsledku zesíťování kolagenu způsobeného glykací [9] .
Oxidační stres je běžně spojován se stárnutím . Může způsobit poškození molekul DNA, z nichž nejčastější je přeměna guaninu na 8-oxo-2'-deoxyguanin . Přítomnost posledně jmenovaných se zvyšuje s věkem a může také sloužit jako biomarker stárnutí [10] .
| Dlouhověkost | |
|---|---|
| Stárnutí |
|
| Prodloužení života |
|
| Nesmrtelnost | |
| Evidence |
|
| geny dlouhověkosti | |
| viz také | |