Diagnóstico SENS. Biomarcadores intracelulares de “lixo”

Durante toda a vida do organismo, são formados componentes nas células que, por várias razões, tornam-se incapazes de desempenhar suas funções fisiológicas normalmente. Estruturas como, por exemplo, antigas mitocôndrias defeituosas, tornam-se "lixo" intracelular. Se esse lastro estivesse constantemente se acumulando dentro da célula, isso impossibilitaria a ocorrência de processos intracelulares normais e levaria à morte celular. Para impedir que isso aconteça, existem "instalações de incineração" especiais nas células - lisossomos.

Os lisossomos são organelas de membrana única com um diâmetro de 0,2 a 2 microns. Para acomodar as estruturas celulares destinadas à degradação, os lisossomos são capazes de assumir muitas formas diferentes. Em média, uma única célula pode ter várias centenas de lisossomos. A degradação de componentes celulares e macromoléculas destinadas à utilização ocorre no lisossomo sob a influência de enzimas degradantes especiais (cerca de 60 tipos diferentes no total), a principal das quais é a fosfatase ácida.

Com o tempo e sob a influência de vários fatores, o lisossomo pode começar a lidar pior com suas tarefas. O que leva ao acúmulo de "detritos intracelulares" que interferem na vida da célula. Esse problema é especialmente relevante para células pós-mitóticas, como células musculares cardíacas e neurônios. O acúmulo progressivo de "detritos" intracelulares leva a interrupções no funcionamento normal das células, o que pode levar a doenças e envelhecimento acelerado.


Deposição de lipofuscina na célula do coração. Lf - lipofuscina, m - mitocôndrias, mf - miofibril

Um exemplo típico de uma célula tão entupida é a nossa guarda imunológica - um macrófago. Sabe-se que os macrófagos, cuja função é proteger as paredes internas da artéria, são ao mesmo tempo um elo fundamental no desenvolvimento da aterosclerose. Em um organismo jovem e saudável, os macrófagos são capazes de fazer seu trabalho absorvendo e degradando substâncias perigosas para as artérias, como lipoproteínas modificadas. Mas se houver mais dessas substâncias nas artérias do que o macrófago pode digerir, materiais tóxicos se acumulam dentro dela. E isso leva à disfunção dos macrófagos e sua transformação em uma célula espumosa, que já está diretamente envolvida negativamente no desenvolvimento da aterosclerose.

Os autores do conceito SENS veem uma solução para o problema do acúmulo patológico e relacionado à idade de resíduos intracelulares na modificação de lisossomos. Eles sugerem que, como o principal problema é a incapacidade dos lisossomos de destruir parte das inclusões intracelulares, a solução lógica é fornecer novas enzimas aos lisossomos que possam lidar com essa tarefa. Como é conhecido hoje, essas enzimas existem, por exemplo, em bactérias e fungos do solo que decompõem resíduos orgânicos. Assim, a ideia do SENS é encontrar as enzimas usadas por esses organismos para digerir os resíduos lisossômicos, modificá-los para que possam trabalhar no ambiente dos lisossomos humanos e depois entregá-los às células.

À primeira vista, essa abordagem pode parecer tecnicamente difícil de implementar, mas já há evidências diretas de sua viabilidade. Eles foram obtidos no tratamento de patologias genéticas, os chamados doenças de armazenamento lisossômico (Doenças de Armazenamento Lisossômico), como a doença de Gaucher, usando "terapia de reposição enzimática". Essas doenças são de natureza genética e, como resultado, as enzimas lisossômicas não funcionam como deveriam. E hoje, várias dessas doenças são tratadas com sucesso pela injeção de pacientes com enzimas lisossômicas modificadas para se moverem através da membrana celular. Continua o trabalho nessa direção, usando a terapia gênica, para que as células sobrecarregadas com resíduos comecem a produzir as enzimas necessárias para a degradação do “lixo”.

Um dos tipos de “detritos” intracelulares, que também podem servir como um biomarcador do envelhecimento, hoje são os grânulos de lipofuscina. A lipofuscina é um pigmento que consiste em proteínas e lipídios oxidados e reticulados, o que dificulta a degradação e a remoção das células. A lipofuscina foi descoberta por R. Virkhov em 1847. Mas, apesar disso, ainda não há uma compreensão clara dos mecanismos de sua formação ou de seu papel no corpo em geral e nos processos de envelhecimento em particular.

O termo "lipofuscina" foi introduzido em circulação científica em 1912 e significa literalmente "gordura escura", devido à cor marrom do pigmento. Antes disso, os grânulos de lipofuscina eram chamados de "ceróides", no local de sua formação - nos hepatócitos, no fígado propenso a cirrose. O tamanho dos grânulos varia em média de 0,5 a 1,5 mícrons. Hoje, a lipofuscina é encontrada nas células de todas as espécies vivas, de protozoários a primatas. O que põe em dúvida o papel puramente patológico da lipofuscina, que por algum motivo é fixado pela evolução em todos os organismos vivos. Por outro lado, a lipofuscina pode participar da morte programada de organismos, descrita pela teoria da fenoptose proposta pelo acadêmico V. Skulachev.

Lipofiscin contém gorduras (20-50%), proteínas (30-60%). As gorduras são representadas principalmente por fosfolipídios (cefalina, lecitina, esfingomielina), além de colesterol, triglicerídeos e produtos de peroxidação e polimerização de ácidos graxos. A composição dos grânulos de lipofiscina pode incluir todos os aminoácidos conhecidos, cuja razão quantitativa depende do órgão do qual a lipofiscina foi isolada. Mas na maior quantidade em todos os grânulos de lipofuscina existem quatro aminoácidos: glicina, valina, alanina e prolina.

Algumas proteínas lipofiscinas são proteínas enzimáticas, dentre as quais existe o maior número de fosfatases ácidas (a principal enzima dos lisossomos) e esterases inespecíficas. Além disso, bases nitrogenadas, derivados de benzeno, compostos fenólicos e componentes inorgânicos - carbono, nitrogênio, fósforo, enxofre, magnésio e alumínio - foram encontrados nos grânulos de lipofiscina [1].

Como a lipofuscina é formada nas células? Hoje não há resposta exata para essa pergunta. A presença de enzimas lisossômicas (fosfotases ácidas) na lipofuscina sugeriu que a lipofuscina pode aparecer devido ao estresse oxidativo. Como resultado disso, "corpos residuais" se acumulam na célula - produtos de oxidação e peroxidação lipídica que não são passíveis de degradação por enzimas lisossômicas. Enzimas mitocondriais, fragmentos de mitocôndrias e retículo endoplasmático também foram encontrados nos grânulos de lipofuscina. Portanto, a natureza do acúmulo de lipofuscina nas células também pode estar associada à destruição de organelas celulares que não foram utilizadas pelos lisossomos [2]. Assim, as mitocôndrias são mais propensas à degradação em grânulos de lipofuscina (mitolipofuscina) [3].

Foi descrito que o ferro melhora a formação de lipofuscina, presumivelmente aumentando a peroxidação dos lipídios causados ​​pelo ferro. Alguns pesquisadores identificaram uma forma separada de lipofuscina, particularmente rica em ferro - hemossiderina. Durante o envelhecimento, o acúmulo de lipofuscina é fortemente influenciado pela disfunção mitocondrial e pelo estresse oxidativo associado (e aqui você pode ver a interseção das duas seções do SENS - mytoSENS e lysoSENS). Assim, o excesso de produção de mitocôndrias defeituosas de peróxido de hidrogênio leva ao fato de que o peróxido se difunde em lisossomos sobrecarregados com ferro e melhora a formação de lipofuscina. As mitocôndrias também contêm ferritina, que pode sofrer degradação por autofagia, que fornece uma fonte adicional de ferro livre para melhorar ainda mais a produção de espécies reativas de oxigênio. Incluindo durante a redução dos íons de ferro Fe2 + a Fe3 + na reação de Fenton. O aumento do estresse oxidativo catalisado pelo ferro causa danos peroxidativos aos lisossomos (permeabilidade de sua membrana), o que leva ao vazamento de ferro e, por sua vez, aumenta o pool total de ferro. E aqui observamos toda uma cascata de eventos catalíticos cruzados característicos das patologias: a disfunção mitocondrial e o estresse oxidativo levam a uma cadeia de reações, cujo resultado é um aumento no acúmulo de lipofuscina. E essa cascata de eventos está diretamente relacionada a uma forma especial de morte celular - a ferroptose, que ocorre no contexto de uma deficiência de um dos antioxidantes, a glutationa, e em condições de excesso de ferro e estresse oxidativo [4].

Em momentos diferentes, foram feitas sugestões sobre o possível papel fisiológico da lipofuscina. Assim, na composição dos grânulos de lipofuscina, além de proteínas e lipídios, os pesquisadores soviéticos V.N. Karnaykhov e A.B. Os tatarunas encontraram substâncias ativamente envolvidas no metabolismo celular - carotenóides [5, 6]. A esse respeito, sugeriu-se que a lipofuscina desempenhe algumas funções. Presumivelmente, ele pode participar da produção de energia sob condições de hipóxia nos tecidos que consomem energia, por exemplo, nos músculos. Por exemplo, sabe-se que nas células musculares a quantidade de lipofuscina aumenta sob a influência de esforço físico pesado.

Mas a maioria dos pesquisadores é da opinião sobre o acúmulo de lipofuscina dependente da idade nas células, o que torna possível usá-lo como um biomarcador do envelhecimento. Talvez a relação mais claramente formulada da lipofuscina com o envelhecimento seja a teoria mitocondrial-lisossômica do envelhecimento. De acordo com o qual o acúmulo relacionado à idade de lipofuscina bloqueando o lisossomo está intimamente associado a distúrbios progressivos da autofagia, estresse oxidativo e disfunção mitocondrial. O que causa o acúmulo gradual relacionado à idade de mitocôndrias danificadas, outras organelas e proteínas danificadas e, como resultado, disfunção celular pós-mitótica, disfunção orgânica e envelhecimento [7].

Sabe-se que, com a idade, há um aumento no acúmulo de lipofuscina em diferentes células: nas células do cérebro, coração, retina, músculo esquelético e pele [8]. Para células que não se dividem, a congestão relacionada à idade com lipofuscina deve ser um grande problema. Assim, o papel negativo desse pigmento nos processos neurodegenerativos e sua possível relação com neuropatologias (Alzheimer, Parkinson, etc.) são descritos [9]. Portanto, o uso da lipofuscina como biomarcador do envelhecimento parece bastante lógico.

Atualmente, várias reações histoquímicas são usadas para identificá-lo nas células: a reação Hueck (coloração com corante azul do Nilo), a reação Schmorl (lipofuscina e outro pigmento de melanina são coradas em azul escuro), o método Ziehl-Nielson (coloração em vermelho brilhante) carbol-fucsina) [10].

Um dos métodos para determinar a lipofuscina popular hoje em dia é a coloração com o corante Sudan Black-B (Sudão-Black-B, SBB) e seu análogo relacionado à biotina (chamado GL 13), que demonstraram ser altamente eficazes na detecção de lipofuscina [11, 12].

Em 2015, pesquisadores chineses descreveram um método eficaz para medir lipofuscina na saliva e no plasma. Uma análise comparativa dos níveis de lipofuscina na saliva e no sangue em jovens e idosos mostrou uma correlação significativa na direção de seu aumento com a idade [13]. Isso permite que você use esse método para determinar a lipofuscina como um biomarcador do envelhecimento.

Infelizmente, no momento não existem métodos eficazes para retardar o acúmulo de lipofuscina ou remover os grânulos de lipofuscina. Portanto, o método patenteado Ulrich Schraermeyer (Ulrich Schraermeyer) em 2008 para o tratamento da doença de Stargardt (associado ao acúmulo de lipofuscina no epitélio pigmentar da retina) usando tetrahidropiridoéter (tetrahidropiridoéteres), embora tenha mostrado resultados encorajadores em experimentos em macacos, aplicações clínicas [14].

Não há notícias sobre os efeitos da oxigenação hiperbárica no conteúdo de lipofuscina no cérebro [15]. A eficácia da melatonina, isotretinoína, beta-ciclodextrina, o “solvente” das placas de lipofuscina e aterosclerótica e outras drogas, requer mais pesquisas [16-18].

Autores da revisão: Denis Odinokov, Alexey Rzheshevsky.

Para continuar ...

Na próxima parte, falaremos sobre biomarcadores de agregados de proteínas associados a neuropatologias relacionadas à idade.