تشخيصات SENS. المؤشرات الحيوية للسكر في البروتين

لا يمكن تطوير علاج الشيخوخة بدون تشخيص موثوق للشيخوخة. لا يبدو من المعقول توقع وفاة شخص أو ظهور مرض مميت لكي نفهم: هل قمنا بإبطاء عملية الشيخوخة أم لا ، مع هذا العلاج أو ذاك. يجب أن نرى على الفور الصورة الموضوعية التي تسببها تدخلاتنا لمكافحة الشيخوخة.

في الممارسة السريرية ، لا يوجد حتى الآن "تشخيص كبير للشيخوخة". أي أنه لا يمكن للمريض والطبيب المعالج الكشف عن التغيرات المرتبطة بالعمر على المستوى الجزيئي الذي يسبق ظهور الأمراض. نريد سد هذه الفجوة أولاً وقبل كل شيء بوصف جميع العلامات الرئيسية للتغيرات المرتبطة بالعمر والمستوى التكنولوجي المتاح لقياسها.

سنستمر في تقديم مفهوم تشخيص SENS للشيخوخة ، استنادًا إلى حقيقة أن برنامج SENS (تحقيق الشيخوخة التي لا تذكر من خلال الأساليب الهندسية) يصف بشكل كامل النهج لزيادة عمر الإنسان.

لقد سمع الكثير عن ارتباط البروتين بالجليكوز ، والمنتجات النهائية للسكريات (CNG ، AGE) ، والضرر الذي يلحقونه بالجسم. ولكن ، تجدر الإشارة إلى أن إضافة السكريات إلى جزيئات أخرى أبعد ما يكون عن علم الأمراض. يعتبر الارتباط بالجليكوزيل نفسه عملية فسيولوجية شائعة ومهمة للغاية في الكائنات الحية. لذلك ، يخضع جزء كبير من جميع البروتينات التي يتم تصنيعها في الخلايا لعملية الارتباط بالجليكوزيل الأنزيمي ، وهو أمر ضروري لعملها الطبيعي.

بشكل أساسي ، يشارك اثنان من الجليكان (جزء الكربوهيدرات في الرباط هو جزيء عضوي) في الارتباط بالجليكوزيل: N-glycans (مرتبط بمجموعة amide من الأسباراجين) و O-glycans (مرتبط بمجموعة الهيدروكسيل من سيرين أو ثريونين). بسبب الشيخوخة ، نحن مهتمون أكثر بـ N-glycans. يوصف أنه مع الشيخوخة ، يتغير طيف سلاسل السكر ، التي ترتبط بالبروتينات المناعية أثناء الارتباط بالجليكوزين N. ومثل هذا التغيير يلعب دورًا رئيسيًا في الزيادة المرتبطة بالعمر في الالتهاب العام في الجسم. وبالتالي ، يمكن لمستوى الأجسام المضادة IgG glycosylated التنبؤ بالعمر البيولوجي للشخص بشكل أكثر دقة من طول التيلوميرات [1].

بالإضافة إلى ذلك ، أثبت اثنان من الجليكان ، NGA2F و N2AF ، أنهما واعدان بالعلامات الحيوية القديمة. كجزء من برنامج البحث الأوروبي MARK - AGE حول العلامات الحيوية الشيخوخة ، والذي انتهى في عام 2013 ، تم تطوير اختبار GlycoAgeTest لتحديد العمر البيولوجي للشخص. ويستند إلى نسبة عدد الغليكان NGA2F (يزداد مع تقدم العمر) و N2AF (ينخفض ​​مستواه مع تقدم العمر). هناك مؤشر حيوي آخر محتمل للشيخوخة والأمراض المرتبطة بالشيخوخة (القلب والأوعية الدموية والسكري) الموصوفة في دراسة MARK - AGE وهو بروتين جليكوبروتين ، الذي يشارك في تثبيت الهياكل البروتينية [2].

ننتقل الآن إلى النظر في الجزء المرضي من هذه الظاهرة. بالإضافة إلى إنزيم الغليكوزيل الذي ينظمه الجسم ، هناك شكل غير إنزيمي لهذه العملية ، ما يسمى تفاعل مايلارد ، والنتيجة هي ظهور مجموعة متنوعة من منتجات السكر في الجسم. وتجدر الإشارة إلى أن عملية الارتباط بالجليكوزيل غير الإنزيمي لا يتم تنظيمها عمليًا. على الرغم من وجود إمكانية "تقييد" الارتباط بالجليكوزيل من خلال التهجين ، حيث يتم استهلاك الجلوتاثيون ، والبوليامين ، والثيول ، والأحماض الأمينية الحرة ، على سبيل المثال ، التورين واللايسين. وأيضًا من خلال تعطيل methylglyoxal بواسطة نظام glyoxalase: يقوم glyoxalase I بتحويل methylglyoxal وخفض الجلوتاثيون إلى lactoylglutathione ، والذي يتم استقلابه بعد ذلك إلى D-lactate بواسطة glyoxalase II.

هيكل Methylglyoxal

من بين منتجات glycation ، تتميز منتجات glycation المبكرة (منتجات Amadori) والمتأخرة (أو النهائية). يحدث الارتباط بالجليكوزيل غير الإنزيمي في عدة مراحل. تبدأ هذه العملية بحقيقة أن الجلوكوز والسكريات البسيطة الأخرى تتحد مع المجموعة الأمينية وتؤدي إلى سلسلة من التفاعلات الإضافية. في البداية ، أثناء التفاعل بين مجموعة الألدهيد للسكريات والمجموعة الأمينية ، يتم تكوين مجموعة ألديمين غير مستقرة (قاعدة شيف) ، والتي يمكن أن تتحول إلى عدد من المركبات الأخرى الأكثر استقرارًا ، ومنتجات الارتباط بالجليكوزيل المبكرة ، ما يسمى منتجات أمادوري. أحد أقدم منتجات إضافة الجلوكوز إلى البروتين هو Ne - fructosyl - lysine ، والذي ، بدوره ، يتحلل ، يشكل منتجات نهائية مختلفة من glycation (CNG). يتم إنتاج Hydroimidazolones ، ومشتقات بقايا أرجينين المعدلة بواسطة glyoxal ، methylglyoxal و 3-deoxyglucosone (3-DG) ، بأكبر كميات مثل CNG. CNGs الأخرى المدروسة جيدًا هي Nδ - carboxymethyl - lysine (CML) و Nδ - carboxyethyl - lysine (CEL) ، بالإضافة إلى glucosepane و pentosidine ، وهما من خصائص الارتباط المتبادل للبروتين [3]. أحد أنواع أنواع CNG الأكثر تحديدًا هو pentosidine ، الذي يتراكم ، على سبيل المثال ، في أوتار العضلات الكبيرة للشخص (أي ، حيث تتباطأ سرعة دوران الكولاجين) من سن 20 عامًا ويزداد تركيزه خطيًا إلى الشيخوخة.

حتى وقت قريب ، كان يعتقد أن الجلوكوز هو المادة الرئيسية لتشكيل CNG. لكن التحديد الدقيق للمعدلات المختلفة للتكوين داخل الخلايا وخارجها من الغاز الطبيعي المضغوط أظهر أن الأمر ليس كذلك. السكريات مثل الفركتوز ، الجلوكوز 6-فوسفات و glyceraldehyde-3-phosphate لها معدل أعلى من تكوين CNG داخل الخلايا. تم وصف التأثير السلبي لغليسيرالدهيد على جزيء بروتين الأكتين الانقباضي والخلوي الهيكلي الرئيسي ، مما يؤدي إلى تكوين روابط متشابكة pentosidine و bithyrosine وفقدان وظائف الأكتين [4].


تشابك جزيئات الكولاجين مع الجلوكوزبان.

يعتقد الآن أن الارتباط بالجليكوزيل غير الإنزيمي و CNG يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمجموعة من الأمراض المعتمدة على العمر ، مثل مرض السكري والتهاب المفاصل الروماتويدي وتصلب الشرايين ومرض باركنسون والزهايمر والتصلب الجانبي الضموري وإعتام عدسة العين والسرطان [5]. تصبح البروتينات المعرضة للجلوكوز في تفاعل مايلارد مترابطة بشكل مفصلي ، بينما تفقد خصائصها. يمثل هذا مشكلة كبيرة بشكل خاص للبروتينات طويلة العمر (على سبيل المثال ، جزيئات الكولاجين في الجلد ، وفقًا لعدد من الدراسات ، يبلغ عمر النصف 15 عامًا والغضاريف أكثر من 100 عام) ، والتي تشكل جزءًا مهمًا من جميع البروتينات في الجسم - حوالي الثلث. ينتهك الارتباط المتبادل الإضافي الناتج بين الجزيئات وظائف هذه البروتينات ، مما يؤدي إلى فقدان مرونة الأنسجة وغالبا ما يلاحظ مع الشيخوخة والأمراض. يسبب الجليكشن أيضًا أن يصبح بروتين الكولاجين الذي تم تجديده ببطء بالفعل أكثر عمرًا طويلًا - بعد الجليكوز يكتسب مقاومة للعمل الفسيولوجي للكولاجينازات الداخلية ، التي توفر تجديد الأنسجة.


يوضح الشكل (أ) مخططًا لألياف الكولاجين وتكوين الجلوكوزيبان ، الذي يربط تساهميًا السلاسل الجانبية لليسين والأرجينين. (ب) يظهر التركيب الكيميائي للجلوكوزوبان ، والذي يربط اللايسين (الأزرق) مع الأرجينين (الأحمر). (ج) يظهر نموذج جزيئي للجلوكوزوبان.

يوصف مشاركة عامل النمو الأرومات الليفية c-FGF في تشكيل التليف. يؤدي تحريك تسلسل arg-gli-asp لبروتين فبرونيكتين إلى انتهاك القدرة التجددية الوعائية وتطور أمراض الأوعية الدموية. تتراكم CNGs في العدسة والشبكية مع تقدم العمر. تكون البلورات ، البروتينات الهيكلية الرئيسية لعدسة العين ، عرضة للجلوكوز والربط المتبادل. يؤدي تحريك بروتينات العدسة إلى إعتام عدسة العين. الهيموغلوبين السكري ، الذي يستخدم لتحديد متوسط ​​مستوى السكر في الدم على مدى الأشهر الثلاثة الماضية ، يفقد القدرة على نقل الأكسجين إلى الأنسجة ، مما يؤثر سلبًا على العديد من العمليات الكيميائية.

ومن المعروف أيضًا أن البروتين السكري وتشكيل CNG يرافقهما زيادة في نشاط الجذور الحرة وبيروكسيد الدهون ، مما يساهم في تطور الأمراض المرتبطة بالعمر. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه في عملية سائل البروتين ، يتم إطلاق عمليات الأكسدة التلقائية للسكر ، مصحوبة بزيادة في إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS). بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي ارتباط CNG بمستقبل CNG (RAGE) أيضًا إلى تكوين ROS التفاعلي والتفعيل اللاحق لعامل النسخ الحساس للإجهاد التأكسدي NF-kB المرتبط بالالتهاب وتصلب الشرايين.

في المقابل ، يؤدي تنشيط NF-κB إلى زيادة التعبير عن RAGE ، مما يخلق دورة تغذية مرتدة إيجابية تعزز إنتاج المروج الالتهابية. بالإضافة إلى ذلك ، ينشط تفاعل CNG-RAGE أوكسيديز NADPH (مركب من الإنزيمات التي تنتج superoxide) ، مما يزيد من الإجهاد التأكسدي داخل الخلايا. وزيادة الضغط التأكسدي بواسطة NADPH oxidase استجابة لتفاعل AGE-RAGE ينشط بدوره NF-κB. وهنا يمكننا أن نلاحظ عددًا من "الدوائر المفرغة" - دورات مع ردود فعل إيجابية.

يساهم تحضير بروتينات سلسلة الجهاز التنفسي الميتوكوندريا أيضًا في هذه العملية: يعمل تعطيل السلسلة التنفسية كمصدر ثابت لجذور الأكسيد الفائق. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون التكوين في الميتوكوندريا والهياكل الأخرى تحت تأثير تحلل الغازات المركزة CNGs غير القابلة للتحلل مسؤولاً عن تنفيذ ظاهرة مثل "الذاكرة الأيضية". عندما يكون لدى مرضى السكري من النوع 2 ، لم يعد التحكم الصارم في نسبة السكر في الدم يمنع تطور المضاعفات المرتبطة بأمراض القلب والأوعية الدموية. من المفترض أن الغاز الطبيعي المضغوط الذي لا يمكن تفكيكه يلعب دورًا رئيسيًا في هذه الظاهرة [6].

أيضا ، مع نسبة السكر في الدم ، تحدث زيادة في العمليات الالتهابية. لذا ، أثناء عملية غليكوزيل الكولاجين ، تتراكم المنتجات النهائية لهذه العملية في المصفوفة خارج الأوعية الدموية ، والتي يعتبرها الجسم غريبة. وبسبب هذا ، ستظهر استجابة مناعية تؤدي خلالها الخلايا المناعية - البلاعم - إلى زيادة إفراز السيتوكينات المؤيدة للالتهابات (TNF-α ، interleukin-6 ، إلخ) ، والمعروفة بقدرتها على التأثير السلبي على مقاومة الأنسولين وتصلب الشرايين [7].

بالإضافة إلى ذلك ، تغير البروتينات "المترابطة" البنية (التصوير النانوي) وتزيد من صلابة المصفوفة خارج الخلية ، ومن خلال المستقبلات الميكانيكية الغشائية والهيكل الخلوي للخلية ، جنبًا إلى جنب مع جزيئات الإشارة تؤثر على التعبير عن الجينات ، ووظيفة الخلايا والأنسجة والجسم ككل. علاوة على ذلك ، وبفضل البرولين ، تجري جزيئات الكولاجين موجات كهرومغناطيسية ضعيفة تتولد من الخلايا والأنسجة ، وربما ، بالإضافة إلى الإشارات الميكانيكية والكيميائية ، تشكل نظامًا وحيدًا للإشارة الكهربائية الحيوية للجسم. من المثير للاهتمام ملاحظة أنه من خلال تغيير تضاريس الإشعاع المتوسط ​​أو الكهرومغناطيسي ، لا يمكنك التحكم في دورة الخلية فحسب ، بل يمكنك أيضًا تحويل الخلايا الجسدية البالغة إلى خلايا جذعية دون مساعدة الفيروسات مع ناقلات عوامل Yamanaka.

حتى التغييرات الطفيفة في معامل القص والمرونة اللزجة للوسط بين الخلايا لها تأثير قوي على الخلايا - يمكن أن تحد المصفوفة "القديمة" خارج الخلية بشكل كبير من فعالية استخدام سينوليتيك وعلاج الخلايا الجذعية. لذا ، تتكاثر الخلايا الليفية "الصغيرة" بسرعة في المصفوفة القديمة والعكس صحيح - تفقد الخلايا "القديمة" علامات النمط الظاهري الإفرازي المرتبط بالشيخوخة في المصفوفة "الصغيرة".

ما هي أسباب البروتينات السكرية و CNG؟ ويعتقد أن العنصر الرئيسي للإنسان الحديث اليوم هو الوجبات السريعة. تمثل القشرة البنية السوداء المقلية على المنتجات مجموعة CNG ، التي تشكلت بسبب المعالجة الحرارية للمنتجات (قلي اللحوم ، البطاطس ، إلخ) في درجات حرارة عالية. يعتبر لحم الخنزير المقدد المقلي حامل الرقم القياسي لعدد CNGs المشكلة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يسهم استهلاك الأطعمة التي تحتوي على العديد من الكربوهيدرات السريعة (الحلويات والمشروبات السكرية ، وما إلى ذلك) في نسبة السكر في البروتين وتشكيل CNG. هناك منتجات معروفة تساعد ، على العكس من ذلك ، على مقاومة تراكم الغاز الطبيعي المضغوط - الفجل الأسود ، الفجل ، البروكلي ، بفضل مادة السلفورافان الموجودة فيها. ليس من المستغرب ، ولكن مع الذواقة ، يزود المدخنون أنفسهم بانتظام بجرعات عالية من CNG. يحتوي دخان التبغ على السموم السكرية التي تتفاعل مع بقايا اللايسين والأرجينين لتكوين CNG. ربما هذا هو السبب في أن المدخنين لديهم التهاب مزمن في الجهاز التنفسي [8].

كما ذكرنا من قبل ، بالإضافة إلى تأثير العوامل الخارجية ، يحدث تكوين CNG أيضًا بشكل طبيعي (أي داخل الجسم) في ظل الظروف الفسيولوجية. على الرغم من أن هذه العملية بطيئة وغير ذات أهمية ، إلا أنها تزداد بشكل ملحوظ مع زيادة تركيز الجذور الحرة ، مع مقاومة الأنسولين ومرض السكري وزيادة نسبة الجلوكوز في الدم. يتراكم في الجسم ، CNG يسحب الشخص إلى "مستنقع" العمليات المرضية ، والتي بعد ذلك ليس من السهل الخروج منها.

في التعبير المجازي لمؤلفي SENS ، يعمل الارتباط المتبادل للبروتين بمثابة "أصفاد" جزيئية تربط جزيئات البروتين ، وبالتالي تنتهك وظيفتها. يرى مؤلفو SENS حلاً لهذه المشكلة في تطوير الأدوية التي يمكن أن تتفاعل مع الارتباط المتبادل وكسرها دون تدمير السمات الهيكلية الأخرى للجزيئات. في رأيهم ، فإن الظرف المناسب في هذه العملية هو أن الروابط المتقاطعة التي تحدث كحوادث كيميائية في هياكل جزيئات البروتين لدينا لها بنية كيميائية غير عادية للغاية ، والتي لا تحدث عادة في المواد التي ينتجها الجسم. ما الذي يجب أن يسهل البحث وخلق عوامل علاجية.

بالإضافة إلى ذلك ، حدد مؤلفو SENS عددًا من الأساليب الواعدة لحل هذه المشكلة. مثل إيجاد أو تطوير إنزيمات ، بدلاً من الأدوية ، لكسر الروابط المتقاطعة. بالإضافة إلى تطوير بروتينات "يمكن التخلص منها" من شأنها أن تدمر الترابط المتبادل ، ثم يتم تدميرها في هذه العملية. من المعروف أن مثل هذه البروتينات موجودة لأغراض أخرى ، على سبيل المثال ، MGMT DNA تجديد البروتين [9]. لصالح نهج للبحث عن الإنزيمات ، فإن حقيقة أن الإنزيمات المجففة موصوفة في الكائنات الحية. لذلك ، في الفطريات والبكتيريا ، تم العثور على الإنزيمات المقاومة للسكريات السكرية ، الفركتوزوليسين 6-كيناز frlD و fructosolysin-6-phosphate deglycase frlB ، والتي تعمل على مركبات جزيئية منخفضة الوزن الجزيئي مع السكريات ، [10]. في الفقاريات ، تم العثور على إنزيمات fructosamine-3-kinase (FN3K) وبروتينها المرتبط FN3K-RP ، وهي قادرة على تحطيم منتجات glycation داخل الخلايا في العمليات المعتمدة على ATP [11].

ويعتقد أن الجلوكوزيبان له أكبر الأثر على مسار الأمراض لدى كبار السن وبالتالي فهو هدف ذو أولوية للعلاج المضاد للشيخوخة.

لسوء الحظ ، لم يتم اختيار الجلوكوزيبان كهدف للأدوية المضادة للربط المتطور ، مثل Alagebrium / ALT-711 (Wolffenbuttel et al. ، 1998) ، C36 (Cheng et al. ، 2007) ، TRC4149 (Pathal et al. ، 2008 ) ، وعليه فقط أن يثبت دوره في آليات الشيخوخة. كانت هذه المواد تهدف إلى تحييد الكربوكسي ميثيل ليسين ، وهو منتج تفاعل ميلارد المتأخر الأكثر شيوعًا والذي يتراكم في الجسم مع مرض السكري.

في الوقت الحالي ، تعمل مجموعة من David Spiegel من جامعة Yale على تخليق الأجسام المضادة ضد البروتينات المحتوية على الجلوكوزيبان. يؤكد أوبري دي جراي على أهمية أبحاث الجلوكوز ، وأعلن مؤخرًا عن تسجيل Revel ، والذي على أساسه سيستمر البحث على الأرجح في الجامعة.

ومع ذلك ، من المحتمل ألا تكون الأجسام المضادة ولا الإنزيمات ، بسبب حجمها ، قادرة على الاختراق بين ألياف الكولاجين. علاوة على ذلك ، يتم استعادة الارتباط المتبادل الممزق للكولاجين بعد تناول الدواء ، الأمر الذي يتطلب دورة ثانية من العلاج.

لذلك ، يبدو أن المحفزات التي تشبه الإنزيمات الاصطناعية ، والتي يمكن أن تكون أحجامها أصغر عدة مرات من أحجام الإنزيمات الأصلية ، بديل أكثر إثارة للاهتمام. جزيئات مماثلة ذات نشاط تحفيزي معين - spiroligomeres - يتم تطويرها بواسطة مجموعة من Christian Schaffmeister من جامعة Temple.

كما لوحظ سابقًا ، نظرًا لأن المنتجات النهائية للسكريات السكرية تتراكم أثناء الشيخوخة ، يمكن أن يكون تحديدها كمؤشرًا حيويًا دقيقًا وموثوقًا للشيخوخة. ومع ذلك ، فإن كل من الكشف عن الغاز الطبيعي المضغوط في الجسم والتشخيص المبكر للتغيرات في تكوين وهيكل المصفوفة بين الخلايا أمر صعب بسبب طبيعة التغييرات ، محدودة بالأعضاء والأنظمة ، والحاجة إلى خزعات متعددة. حتى في كائن واحد ، تختلف النتائج اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على موقع الخزعة ونوع المنتج النهائي الذي يتم فحصه.

لا توفر الطرق المتاحة لتحديد منتجات السلك النهائي في الجلد ، مثل التألق الذاتي ، أي دون استخدام الأصباغ الخاصة (جهاز AGE-READER المصنوع من قبل الشركة الهولندية DiagnOptics BV) بيانات دقيقة ويمكن للعديد من العوامل التأثير على نتائج القياس ، على سبيل المثال ، التغيرات في الماء - .

– . - .

. ( , .). , –. . ( , ) .

, , , - (). , , . , , (RAGEs). RAGE , Nf-κB (, -, -6 C- ). , . , - , [12].

, - , . 6- Invecchiare in Chianti, 1.013 65 , , , , , , [13]. 2018 , D1-B2, , . [14]

- (, DOGDIC, MODIC GODIC), [15]. , – GOLD MOLD [16].

: , .