Biomarcadores de envelhecimento. Fragilidade do painel. Parte 1

Estrutura proteica da trombospondina-2

No final de julho deste ano, foi publicado um grande estudo de um grupo internacional de pesquisadores dedicado à busca de biomarcadores eficazes do envelhecimento, no âmbito do conceito de fragilidade (fragilidade ou astenia senil).

O termo "fragilidade" foi introduzido na circulação científica de JH Friend em 1954, soado pela primeira vez no artigo Science "Alas for Human Frailties!" . Atualmente, o próprio conceito de fragilidade é definido como a presença de tais sinais em uma pessoa idosa: perda de peso (sarcopenia), redução dinamicamente comprovada da força da escova, fraqueza severa e aumento da fadiga, diminuição da velocidade de movimento, diminuição significativa da atividade física. É geralmente aceito que a fragilidade (astenia senil) ocorre quando há três ou mais sintomas, mas se houver um ou dois sintomas, esse é um desconforto senil.

Os Estados Unidos O Conselho Federal do Envelhecimento cunhou o termo “fragilidade” para um grupo especial de idosos com “deficiências físicas, cognitivas e emocionais significativas que precisam de atenção adicional” . Segundo estimativas modernas, o número de idosos que podem ser classificados como fragilidade é de 12,9% hoje, a incapacidade senil é de 48,9%, que, na ausência de medidas adequadas de tratamento e reabilitação, entra em um formulário detalhado dentro de 4-5 anos.

Os autores deste estudo definem fragilidade como “o principal fenótipo do envelhecimento acelerado que descreve a disfunção de múltiplos órgãos ou a multi- morbidade (ou seja, a presença de 2 doenças crônicas ou mais, etiologicamente e patogenicamente não relacionadas), juntamente com o aumento da vulnerabilidade a doenças adicionais em idosos” .

Os cientistas usaram bancos de dados de expressão gênica (http://genomics.senescence.info/genes, incluindo GenAge, AnAge, LongevityMap, CellAge, DrugAge, Digital Aging Atlas) para identificar genes que são regulados durante o envelhecimento, longevidade e doenças relacionadas à idade. Ao mesmo tempo, eles prestaram atenção especial aos fatores e moléculas secretados encontrados nos fluidos biológicos como biomarcadores em potencial.

Na primeira etapa do trabalho, foram identificados fatores amplamente expressos e associados a vários caminhos de “sinais distintivos de envelhecimento”, além daqueles já utilizados como biomarcadores no diagnóstico de patologias relacionadas à idade. Em seguida, esse conjunto de biomarcadores foi expandido de acordo com a experiência dos autores do estudo.

A busca por biomarcadores foi realizada em seis direções, seis “sinais de envelhecimento”:

1. Inflamação
2. Mitocôndrias e apoptose
3. Homeostase do cálcio,
4. Fibrose
5. NMJ (junção neuromuscular) e neurônios
6. O citoesqueleto e hormônios.

Foram analisados ​​44 potenciais biomarcadores, dos quais 19 receberam uma pontuação de alta prioridade, 22 foram identificados como de prioridade média.

Como resultado, os pesquisadores identificaram um painel principal e expandido de biomarcadores de fragilidade de seis pontos.

Inflamação Alterações gerais no sistema imunológico, afetando as respostas imunes adaptativas e inatas, tornaram-se um dos mais importantes "sinais de envelhecimento", e os fatores imunológicos estavam entre os primeiros marcadores descritos para astenia senil. O processo de envelhecimento está intimamente relacionado ao aumento sistêmico de mediadores pró-inflamatórios de várias naturezas. Esse aumento pode estar diretamente relacionado à exposição sustentada a agentes infecciosos ao longo da vida ou a alterações relacionadas à idade na microbiota intestinal.

A razão para isso pode ser a disfunção metabólica observada na obesidade, bem como a secreção de antígenos causados ​​pela morte celular e o subsequente acúmulo de detritos celulares. Em geral, a inflamação leva à estimulação crônica das células imunológicas, que se traduzem em inflamações de baixo grau e longo prazo, que afetam as respostas imunes inatas e adaptativas.

Além disso, o envelhecimento leva a mudanças visíveis nos fenótipos e funções das células imunológicas. Em geral, esse fenótipo, chamado “imunogenicidade”, promove o acúmulo de danos celulares e moleculares nos tecidos envelhecidos, potencializa muitos distúrbios relacionados à idade (por exemplo, aterosclerose, diabetes e doenças neurodegenerativas) e, mais importante, reduz a resposta eficaz a infecções, câncer e outros danos nos tecidos. .

Em conexão com a inflamação, os seguintes biomarcadores foram identificados:

1. Antígeno CD14 . Esta é uma glicoproteína que é expressa principalmente por monócitos e macrófagos. Como parte do complexo TLR 4 - CD14, participa da resposta imune do corpo - a ligação de lipopolissacarídeos bacterianos.
2. Fractalkin (CX3CL1) . O Fractalkin é produzido principalmente em células endoteliais ativadas, células musculares lisas e macrófagos. Aumenta a migração de leucócitos da corrente sanguínea para o tecido, aumentando a ligação mediada por selectina, causando adesão e, finalmente, a migração de leucócitos através da camada endotelial. CX3CL1 também possui propriedades anti-apoptóticas.
3. Pentraxina (PTX3) . A pentraxina atua como um componente da imunidade inata humoral e é induzida por várias citocinas inflamatórias em leucócitos do sangue periférico e células dendríticas mielóides.
   
   A pentraxina também é secretada por células endoteliais, células musculares lisas vasculares, fibroblastos e adipócitos, promovendo a diferenciação de fibrócitos e desempenhando um papel na angiogênese e na remodelação tecidual.
4. Moléculas de adesão SVCAM / sICAM (molécula de adesão intercelular tipo 1, molécula de adesão endotelial vascular tipo 1). Eles pertencem à superfamília da imunogolobulina. O ICAM-1 é expresso em células epiteliais e dendríticas, fibroblastos, macrófagos teciduais e VCAM-1 - em macrófagos teciduais, células dendríticas, fibroblastos ósseos, mioblastos e fibras musculares.
5. Interleucina 6 (IL-6) . É um dos mediadores mais importantes da fase aguda da inflamação. Expressa em vários tecidos, incluindo músculo esquelético, bexiga, vesícula biliar, apêndice, esôfago, medula óssea, pulmões, glândulas supra-renais, próstata e tecido adiposo. A IL-6 é produzida principalmente nos locais de inflamação e induz uma resposta inflamatória transcricional através da IL-6RA (receptor de IL-6-alfa).
6. O interferon γ é uma proteína induzível (IP-10) , outra designação é quimiocina CXCL10 CXC 10. É uma quimiocina induzida por IFN da subfamília CXC e um ligante para o receptor CXCR3, que é expresso principalmente por linfócitos T e fibroblastos ativados.

A ligação de CXCL10 a CXCR3 leva à migração de células T, à estimulação de monócitos e células NK, bem como à modulação da expressão da molécula de adesão e à indução de apoptose.

Mitocôndrias e apoptose . As mitocôndrias desempenham um papel central na produção de ATP, bem como na redução da taxa metabólica basal e no desempenho físico. As disfunções dependentes da idade das mitocôndrias incluem uma diminuição na taxa de transferência de elétrons, aumento da permeabilidade em relação ao H + da membrana interna e diminuição da síntese de ATP.

Além disso, mutações no DNA mitocondrial se acumulam durante o envelhecimento. Todas as células, especialmente neurônios e células musculares, são muito sensíveis à disfunção mitocondrial associada ao dano oxidativo, uma vez que grandes quantidades de ATP são necessárias para manter os processos neuronais e a função contrátil.

Em relação à disfunção mitocondrial, foram identificados os seguintes biomarcadores:

Fator de diferenciação de crescimento -15 (fator de diferenciação de crescimento 15, GDF15). Citocina pleiotrópica, uma proteína da superfamília do fator de crescimento transformador beta. Envolvido na resposta inflamatória e regulação da apoptose em caso de dano e durante vários processos patológicos.
Irizina (domínio da fibronectina tipo III contendo 5, FNDC5). Proteína de membrana, um precursor do hormônio peptídeo irisina. Regula positivamente a diferenciação da gordura marrom, promove a biogênese mitocondrial, preserva a função das mitocôndrias em condições de hipóxia, protege contra a apoptose e possui atividade anti-inflamatória.
Vimentina (VIM) . Uma proteína que desempenha um papel importante na manutenção da integridade celular. Envolvido em processos de apoptose.

Homeostase do cálcio .

O cálcio desempenha um papel importante em muitos processos fisiológicos e fisiopatológicos, extracelulares e intracelulares. Os níveis fisiológicos de cálcio têm limites bastante estreitos e até pequenas alterações podem levar a uma enorme disfunção.

O cálcio é absorvido no intestino, excretado pelos rins e seus níveis são regulados principalmente pelos hormônios da paratireóide. O cálcio é encontrado principalmente nos músculos, coração e ossos. Dentro da célula, o retículo endoplasmático (ER) e as mitocôndrias são o principal armazenamento e, em condições homeostáticas, concentrações relativamente baixas de cálcio estão presentes no citoplasma.

A viabilidade celular e a atividade de um grande número de enzimas dependem do cálcio. Portanto, não surpreende que os distúrbios da homeostase do cálcio estejam associados a disfunções orgânicas, velhice e muitas doenças.

Os seguintes biomarcadores foram identificados aqui:

Proteína B de ligação ao cálcio S100 (proteína B de ligação ao cálcio S100, S100B). Pertence ao grupo das proteínas de ligação ao cálcio S100, é produzido nas células gliais, principalmente astrócitos, bem como nos adipócitos. Participa na sinalização intracelular e extracelular de cálcio. O S100B está envolvido na regulação de vários processos celulares, como progressão e diferenciação do ciclo celular.
Regucalcina (Regucalcina, RGN) . Também conhecido como marcador de envelhecimento proteína-30 (marcador de senescência proteína-30, SMP30). Expressa principalmente no fígado e rins. Ela desempenha um papel importante na homeostase do cálcio, está envolvida no estresse oxidativo induzido por cálcio.
Calreticulina (Calreticulina, CALR) . Uma proteína multifuncional que liga os íons Ca 2+. Atua nas mitocôndrias, na superfície das células pró-apoptóticas e no retículo endoplasmático, onde se liga a proteínas dobradas indevidamente para impedir sua exportação. Tem várias funções na apoptose e na resposta imune.

Fibrose .

A fibrose é o processo de formação de tecido fibroso, que pode fazer parte do processo normal de cicatrização de feridas após lesão. Ao mesmo tempo, o tecido fibroso também pode substituir permanentemente os tecidos funcionais como resultado do envelhecimento.

Como resultado, os tecidos fibrosos se acumulam em órgãos como coração, pulmões, rins, fígado e interferem na função normal dos órgãos. Isso leva à hiperproliferação e aumento da inflamação devido à presença de várias células inflamatórias (neutrófilos e macrófagos).

Além disso, a atividade descontrolada de protease interfere nos mecanismos normais de reparo, e isso pode levar a um aumento no tecido fibroso. Muitas citocinas, como IL-13 (interleucina 13), IL-21 (interleucina-21), TGF-beta e quimiocinas, como MCP-1 e MIP-1 beta, estão envolvidas na fibrose.

Além disso, fatores angiogênicos (por exemplo, VEGF (fator de crescimento endotelial vascular)), fatores de crescimento (por exemplo, PDGF (fator de crescimento derivado de plaquetas)) e componentes do sistema renina-angiotensina-aldosterona foram identificados como importantes reguladores da fibrose e estão sendo investigados como alvos potenciais. drogas anti-fibrosas.

Em relação à fibrose, foram identificados os seguintes biomarcadores:

1. Fator de Crescimento Transformador Beta (TGF-beta) . Proteína que controla a proliferação, diferenciação celular e outras funções na maioria das células. Um representante de citocinas está envolvido na resposta imune, câncer, doenças cardiovasculares, diabetes e muitas outras patologias.
2. Inibidor 1 do ativador do plasminogênio (PAI-1 ou Serpina E1). Inibe a atividade do ativador do plasminogênio tecidual e da uroquinase, que, por sua vez, ativam a transição do plasminogênio para a plasmina, que quebra a fibrina do coágulo sanguíneo. Assim, o PAI-1 afeta negativamente a fibrinólise e impede a dissolução de coágulos sanguíneos, o que aumenta o risco de complicações vasculares, vários tromboembolismos.
3. Ativador do plasminogênio da uroquinase ( ativador do plasminogênio da uroquinase, uPA). É uma serina protease secretada que converte o plasminogênio em plasmina. Está funcionalmente associado ao inibidor do ativador do plasminogênio descrito acima 1. A ativação da plasmina causa uma cascata proteolítica que, dependendo do ambiente fisiológico, está envolvida na trombólise ou degradação da matriz extracelular. Essa cascata está envolvida na doença vascular e na progressão do câncer.
4. Matrilisina, matriz metaloproteinase-7 (MMP-7) . A MMP-7 é expressa em vários órgãos e tecidos, incluindo fígado, pulmões, coração, glândula mamária, baço, cérebro, medula espinhal e hipófise. As funções do MMP-7 estão intimamente relacionadas a processos como morfogênese, angiogênese e reparo tecidual. A desregulação de sua ação está associada à fibrose, produção de citocinas inflamatórias e desequilíbrios endócrinos. Envolvido em várias patologias, como cirrose, artrite reumatóide e câncer.
5. Transglutaminase 2 (TGM2) . É o membro mais difundido da família das transglutaminase e é expresso em graus variados em quase todos os tipos de células. Ela desempenha um papel modulador no desenvolvimento do sistema nervoso, bem como um efeito regulador na morte de células neuronais. Envolvido em vários processos fisiopatológicos, como cicatrização de feridas, crescimento e sobrevivência celular, apoptose e autofagia.
6. Trombospondina-2 (THBS2) . Parte da família das proteínas trombospondinas está presente em vários tecidos, como epitélio e endotélio, tecido conjuntivo. Ativa o TGF-beta latente e desempenha um papel importante na regulação da proliferação celular, apoptose e angiogênese.
7. Angiotensinogênio (angiotensinogênio, AGT). O precursor da angiotensina é produzido no fígado e é convertido em angiotensina I pela ação da renina. Os níveis de angiotensinogênio aumentam com corticosteróides plasmáticos, estrogênio, hormônio tireoidiano e angiotensina II. Desempenha um papel fundamental na regulação da pressão arterial sistêmica, vasoconstrição, ingestão de água e retenção de sódio, nos processos pró-inflamatórios, pró-trombóticos e profibróticos.

Angiotensina I e II

Preparado por Alexey Rzheshevsky