تشخيصات SENS. العلامات الحيوية داخل الخلايا "القمامة"

طوال حياة الكائن الحي ، تتشكل مكونات في الخلايا التي ، لأسباب مختلفة ، تصبح غير قادرة على أداء وظائفها الفسيولوجية بشكل طبيعي. تصبح الهياكل ، على سبيل المثال ، الميتوكوندريا المعيبة القديمة ، "قمامة" داخل الخلايا. إذا كان هذا الصابورة يتراكم باستمرار داخل الخلية ، فهذا يجعل من المستحيل حدوث العمليات الطبيعية داخل الخلايا ويؤدي إلى موت الخلية. لمنع حدوث ذلك ، هناك "نباتات حرق" خاصة في الخلايا - الليزوزومات.

الليزوزومات هي عضيات ذات غشاء واحد يبلغ قطرها 0.2 إلى 2 ميكرون. من أجل استيعاب الهياكل الخلوية المعدة للتدهور ، فإن الليزوزومات قادرة على اتخاذ العديد من الأشكال المختلفة. في المتوسط ​​، يمكن أن تحتوي الخلية الواحدة على عدة مئات من الليزوزومات. يحدث تحلل المكونات الخلوية والجزيئات الضخمة المعدة للاستخدام في الليزوزوم تحت تأثير إنزيمات تحلل خاصة (حوالي 60 نوعًا مختلفًا في المجموع) ، وأهمها حمض الفوسفات.

بمرور الوقت وتحت تأثير عوامل مختلفة ، يمكن أن يبدأ الليزوزوم في التعامل بشكل أسوأ مع مهامه. الأمر الذي يؤدي إلى تراكم "الحطام داخل الخلايا" الذي يتعارض مع حياة الخلية. هذه المشكلة ذات صلة بشكل خاص بالخلايا اللاحقة للعدوى ، مثل خلايا عضلة القلب والخلايا العصبية. يؤدي التراكم التدريجي "للحطام" داخل الخلايا إلى اضطرابات في الأداء الطبيعي للخلايا ، مما قد يؤدي إلى أمراض وتسارع الشيخوخة.


ترسب الليبوفوسين في خلية القلب. Lf - ليبوفوسين ، م - الميتوكوندريا ، mf - myofibril

مثال نموذجي على مثل هذه الخلية المسدودة هو حارسنا المناعي - البلاعم. من المعروف أن البلاعم ، التي تتمثل وظيفتها في حماية الجدران الداخلية للشريان ، هي في الوقت نفسه رابط رئيسي في تطور تصلب الشرايين. في الكائنات الحية والشباب ، تكون البلاعم قادرة تمامًا على القيام بعملها عن طريق امتصاص المواد المهينة التي تسبب الشرايين ، مثل البروتينات الدهنية المعدلة وتدهورها. ولكن إذا كان هناك المزيد من هذه المواد في الشرايين أكثر مما تستطيع البلعم هضمه ، تتراكم المواد السامة داخله. وهذا يؤدي إلى خلل في الخلايا البلعمية وتحويلها إلى خلية رغوية ، والتي تشارك بالفعل بشكل سلبي مباشر في تطور تصلب الشرايين.

يرى مؤلفو مفهوم SENS حلاً لمشكلة تراكم النفايات داخل الخلايا المرتبط بالعمر والمرض في تعديل الليزوزومات. يقترحون أنه نظرًا لأن المشكلة الرئيسية هي عدم قدرة الليزوزومات على تدمير جزء من الشوائب داخل الخلايا ، فإن الحل المنطقي هو توفير إنزيمات جديدة لليزوزومات التي يمكنها التعامل مع هذه المهمة. كما هو معروف اليوم ، توجد مثل هذه الإنزيمات ، على سبيل المثال ، في بكتيريا التربة والفطريات التي تتحلل المخلفات العضوية. وبالتالي ، فإن فكرة SENS هي العثور على الإنزيمات التي تستخدمها هذه الكائنات لهضم نفايات الليزوزومات وتعديلها حتى تتمكن من العمل في بيئة الليزوزومات البشرية ، ومن ثم توصيلها إلى الخلايا.

للوهلة الأولى ، قد يبدو هذا النهج صعبًا من الناحية التقنية ، ولكن هناك بالفعل دليل مباشر على قابليته للتطبيق. تم الحصول عليها في علاج الأمراض الوراثية ، ما يسمى أمراض تخزين الليزوزومات (أمراض تخزين الليزوزومات) ، مثل مرض جوشر ، باستخدام "العلاج ببدائل الإنزيم". هذه الأمراض ذات طبيعة وراثية ، ونتيجة لذلك لا تعمل إنزيمات الليزوزوم كما يجب. واليوم ، يتم علاج عدد من هذه الأمراض بنجاح عن طريق حقن المرضى الذين يعانون من إنزيمات الليزوزوم المعدلة للتنقل عبر غشاء الخلية. يستمر العمل الإضافي في هذا الاتجاه ، باستخدام العلاج الجيني ، بحيث تبدأ الخلايا المحملة بالنفايات في إنتاج الإنزيمات اللازمة لتدهور "القمامة".

أحد أنواع "الحطام" داخل الخلايا ، والذي يمكن أن يعمل أيضًا كمؤشر حيوي للشيخوخة ، اليوم هو حبيبات الليبوفوسين. Lipofuscin عبارة عن صبغة تتكون من البروتينات والدهون المؤكسدة والمترابطة ، مما يجعل من الصعب تحللها وإزالتها من الخلايا. تم اكتشاف Lipofuscin بواسطة R. Virkhov في عام 1847. ولكن على الرغم من ذلك ، لا يوجد حتى الآن فهم واضح لآليات تكوينها ، أو دورها في الجسم بشكل عام وفي عمليات الشيخوخة بشكل خاص.

تم إدخال مصطلح "ليبوفوسين" في التداول العلمي في عام 1912 ويعني حرفيا "الدهون الداكنة" ، بسبب اللون البني للصباغ. قبل ذلك ، كانت حبيبات ليبوفوسين تسمى "ceroids" ، في مكان تكوينها - في خلايا الكبد ، في الكبد المعرضة لتليف الكبد. يختلف حجم الحبيبات في المتوسط ​​من 0.5 إلى 1.5 ميكرون. اليوم ، يوجد ليبوفوسين في خلايا جميع الأنواع الحية ، من الأوليات إلى الرئيسيات. الأمر الذي يلقي بظلال الشك على الدور المرضي البحت لليبوفوسين ، والذي يتم إصلاحه لسبب ما من خلال التطور في جميع الكائنات الحية. من ناحية أخرى ، يمكن أن يشارك ليبوفوسين في الموت المبرمج للكائنات الحية ، والتي توصفها نظرية التظاهر التي اقترحتها الأكاديمي ف.سكولاشيف.

يحتوي Lipofiscin على الدهون (20-50٪) والبروتينات (30-60٪). يتم تمثيل الدهون بشكل رئيسي عن طريق الفوسفوليبيدات (السيفالين ، الليسيثين ، السفينغوميلين) ، وكذلك الكوليسترول ، الدهون الثلاثية ومنتجات بيروكسيد وبلمرة الأحماض الدهنية. قد يتضمن تكوين حبيبات الليبوفيسين جميع الأحماض الأمينية المعروفة ، والتي تعتمد نسبتها الكمية على العضو الذي تم عزل الليبوفيسين منه. ولكن في أكبر كمية في جميع حبيبات lipofuscin هي أربعة أحماض أمينية: الجلايسين ، الفالين ، الألانين والبرولين.

بعض بروتينات الليبوفيسين هي بروتينات إنزيم ، من بينها أكبر عدد من الفوسفاتاز الحمضي (الإنزيم الرئيسي لليزوزومات) واستريزات غير محددة. بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على القواعد النيتروجينية ومشتقات البنزين ومركبات الفينول والمكونات غير العضوية - الكربون والنيتروجين والفوسفور والكبريت والمغنيسيوم والألمنيوم - في حبيبات الليبوفيسين [1].

كيف يتشكل الليبوفوسين في الخلايا؟ لا توجد إجابة دقيقة لهذا السؤال اليوم. يشير وجود إنزيمات الليزوزوم (حمض الفوسفوتاز) في ليبوفوسين إلى أن الليبوفوسين قد يظهر بسبب الإجهاد التأكسدي. ونتيجة لذلك ، تتراكم "الأجسام المتبقية" في الخلية - منتجات أكسدة الدهون والأكسدة غير قابلة للتحلل بواسطة إنزيمات الليزوزومات. تم العثور على إنزيمات الميتوكوندريا ، وشظايا من الميتوكوندريا والشبكة الإندوبلازمية أيضًا في حبيبات ليبوفوسين. لذلك ، يمكن أيضًا أن ترتبط طبيعة تراكم الليبوفوسين في الخلايا بتدمير العضيات الخلوية التي لم تستخدمها الليزوزومات [2]. وبالتالي ، فإن الميتوكوندريا هي الأكثر عرضة للتحلل في حبيبات ليبوفوسين (ميتوليبوفوسين) [3].

لقد تم وصف أن الحديد يعزز تكوين الليبوفوسين ، ويفترض أنه يزيد من أكسدة الدهون التي يسببها الحديد. حدد بعض الباحثين شكلًا منفصلاً من الليبوفوسين ، غنيًا بشكل خاص بالحديد - الهيموسيديرين. أثناء الشيخوخة ، يتأثر تراكم الليبوفوسين بشدة بالخلل في الميتوكوندريا والضغط التأكسدي المصاحب (وهنا يمكنك رؤية تقاطع القسمين من SENS - mytoSENS و lysoSENS). لذا ، فإن الإنتاج الزائد للميتوكوندريا المعيبة لبيروكسيد الهيدروجين يؤدي إلى حقيقة أن البيروكسيد ينتشر في الليزوزومات المحملة بالحديد ، ويعزز تكوين الليبوفوسين. تحتوي الميتوكوندريا أيضًا على الفيريتين ، الذي يمكن أن يخضع للتدهور من خلال البلعمة الذاتية ، والذي يوفر مصدرًا إضافيًا للحديد الحر لزيادة إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية. بما في ذلك خلال اختزال أيونات الحديد Fe2 + إلى Fe3 + في تفاعل فنتون. زيادة الإجهاد التأكسدي الذي يحفزه الحديد يتسبب في ضرر فوق الأكسدة لليزوزومات (نفاذية غشاءها) ، مما يؤدي إلى تسرب الحديد ، وبالتالي يزيد من إجمالي الحديد. وهنا نلاحظ سلسلة كاملة من الأحداث التحفيزية المميزة للأمراض: ضعف الميتوكوندريا والضغط التأكسدي يؤدي إلى سلسلة من ردود الفعل ، والنتيجة هي زيادة في تراكم الليبوفوسين. ويرتبط هذا التسلسل من الأحداث بشكل مباشر بشكل خاص من أشكال موت الخلايا - التليف الفيروسي ، والذي يحدث على خلفية نقص أحد مضادات الأكسدة ، الجلوتاثيون ، وفي ظروف الحديد الزائد والإجهاد التأكسدي [4].

في أوقات مختلفة ، تم تقديم اقتراحات حول الدور الفسيولوجي المحتمل لليبوفوسين. لذلك ، في تكوين حبيبات lipofuscin ، بالإضافة إلى البروتينات والدهون ، الباحثون السوفييت V.V.Karnaykhov و A.B. وجدت Tatarunas مواد تشارك بنشاط في استقلاب الخلية - الكاروتينات [5 ، 6]. وفي هذا الصدد ، اقترح أن يقوم ليبوفوسين ببعض الوظائف. من المفترض أنه يمكن أن يشارك في إنتاج الطاقة تحت ظروف نقص الأكسجة في الأنسجة المستهلكة للطاقة ، على سبيل المثال ، في العضلات. على سبيل المثال ، من المعروف أنه في خلايا العضلات تزداد كمية الليبوفوسين تحت تأثير المجهود البدني الثقيل.

لكن معظم الباحثين يرون أن تراكم الليبوفوسين في الخلايا يعتمد على العمر ، مما يجعل من الممكن استخدامه كمؤشر حيوي للشيخوخة. ربما تكون العلاقة الأكثر وضوحًا بين الليبوفوسين والشيخوخة هي نظرية الميتوكوندريا الليزوزومية للشيخوخة. وفقًا لذلك ، يرتبط تراكم الليبوفوسين الذي يحظر الليزوزوم المرتبط بالعمر ارتباطًا وثيقًا باضطراب البلعمة الذاتية التدريجي والإجهاد التأكسدي واختلال الميتوكوندريا. ما الذي يتسبب في التراكم التدريجي المرتبط بالعمر للميتوكوندريا التالفة والعضيات الأخرى والبروتينات التالفة ، ونتيجة لذلك ، اختلال وظيفي للخلية بعد الانقسام ، وخلل في الأعضاء والشيخوخة [7].

من المعروف أنه مع تقدم العمر ، هناك زيادة في تراكم الدهون في الخلايا المختلفة: في خلايا الدماغ والقلب والشبكية والعضلات الهيكلية والجلد [8]. بالنسبة للخلايا غير المنقسمة ، يجب أن يكون الازدحام المرتبط بالعمر مع ليبوفوسين مشكلة كبيرة. لذلك ، تم وصف الدور السلبي لهذا الصباغ في العمليات التنكسية العصبية وعلاقته المحتملة بأمراض الأعصاب (الزهايمر ، باركنسون ، إلخ) [9]. لذلك ، يبدو أن استخدام الليبوفوسين كمؤشر حيوي للشيخوخة منطقي تمامًا.

يتم استخدام العديد من التفاعلات النسيجية الكيميائية لتحديدها في الخلايا اليوم: تفاعل هويك (تلطيخ بصبغة النيل الأزرق) ، تفاعل شمورل (ليبوفوسين وصبغة ميلانين أخرى مصبوغة باللون الأزرق الداكن) ، طريقة زيل-نيلسون (تلطيخ باللون الأحمر الفاتح) carbol-fuchsin) [10].

إحدى طرق تحديد الليبوفوسين التي تحظى بشعبية اليوم هي الصبغ مع صبغة السودان الأسود- B (السودان الأسود- B ، SBB) والتماثلية المتعلقة بالبيوتين (تسمى GL 13) ، والتي ثبت أنها فعالة للغاية في الكشف عن الليبوفوسين [11 ، 12].

في عام 2015 ، وصف الباحثون الصينيون طريقة فعالة لقياس الليبوفوسين في اللعاب والبلازما. أظهر تحليل مقارن لمستويات الليبوفوسين في اللعاب والدم لدى الشباب والكبار ارتباطًا كبيرًا في اتجاه زيادته مع التقدم في العمر [13]. يتيح لك استخدام هذه الطريقة لتحديد الليبوفوسين كمؤشر حيوي للشيخوخة.

لسوء الحظ ، في الوقت الحالي لا توجد طرق فعالة لإبطاء تراكم الليبوفوسين ، أو إزالة حبيبات الليبوفوسين. لذا ، فإن طريقة Ulrich Schraermeyer (Ulrich Schraermeyer) الحاصلة على براءة اختراع في عام 2008 لعلاج مرض Stargardt (المرتبط بتراكم الليبوفوسين في الظهارة الصباغية للشبكية) باستخدام tetrahydropyridoether (tetrahydropyridoethers) ، على الرغم من أنها أظهرت نتائج مشجعة في التجارب على قرود المكاك ، التطبيقات السريرية [14].

لا توجد أخبار عن آثار الأكسجين عالي الضغط على محتوى الليبوفوسين في الدماغ [15]. إن فعالية الميلاتونين ، والأيزوتريتينوين ، وبيتا سيكلودكسترين ، و "المذيب" لكل من الليبوفوسين واللويحات التصلب العصيدي ، وأدوية أخرى ، تتطلب المزيد من البحث [16-18].

مؤلفو المراجعة: دينيس أودينوكوف ، أليكسي رزيشيفسكي.

يتبع ...

في الجزء الثالث التالي ، سنتحدث عن المؤشرات الحيوية لمجموعات البروتين المرتبطة بأمراض الأعصاب المرتبطة بالعمر.