SENS诊断。 细胞内“垃圾”生物标志物

在生物的整个生命中，由于各种原因，细胞中会形成成分，这些成分通常无法正常发挥其生理功能。 诸如旧的有缺陷的线粒体之类的结构成为细胞内的“垃圾”。 如果这种压载物不断地在细胞内部积累，那么将不可能发生正常的细胞内过程并导致细胞死亡。 为了防止这种情况的发生，细胞中有特殊的“焚化植物”-溶酶体。

溶酶体是单膜细胞器，直径为0.2到2微米。 为了适应旨在降解的细胞结构，溶酶体能够采取许多不同的形式。 平均而言，单个细胞可以具有数百个溶酶体。 在特殊的降解酶（总共约60种不同类型）的作用下，溶酶体中发生了打算利用的细胞成分和大分子的降解，其中主要是酸性磷酸酶。

随着时间的流逝，在各种因素的影响下，溶酶体可能会开始更加糟糕地应对其任务。 这导致“细胞内碎片”的积累，从而干扰细胞的寿命。 此问题与有丝分裂后细胞（如心肌细胞和神经元）特别相关。 细胞内“碎片”的逐渐积累导致细胞正常功能的破坏，这可能导致疾病和加速衰老。


脂褐素在心脏细胞中的沉积。 LF-脂褐素，M-线粒体，MF-肌原纤维

这种堵塞的细胞的典型例子是我们的免疫卫士-巨噬细胞。 众所周知，巨噬细胞的功能之一是保护动脉的内壁，同时也是动脉粥样硬化发展的关键环节。 在健康而年轻的生物体中，巨噬细胞非常有能力吸收和降解对动脉有害的物质，例如修饰的脂蛋白，从而发挥其作用。 但是，如果动脉中的此类物质多于巨噬细胞的消化能力，则有毒物质会在其内部积聚。 这会导致巨噬细胞功能障碍，并转变为泡沫细胞，而泡沫细胞已经直接与动脉粥样硬化的发展产生负面关系。

SENS概念的作者看到了溶酶体修饰中细胞内废物的年龄相关和病理性积累问题的解决方案。 他们认为，由于主要问题是溶酶体无法破坏部分细胞内包裹体，因此合理的解决方案是向溶酶体提供新的酶，以应对这一任务。 众所周知，这种酶例如存在于分解有机残留物的土壤细菌和真菌中。 因此，SENS的想法是找到这些生物体用来消化溶酶体废物的酶，对其进行修饰，使其可以在人溶酶体的环境中工作，然后将其传递到细胞中。

乍一看，这种方法在技术上似乎难以实施，但是已经有直接证据证明了该方法的可行性。 它们是通过治疗遗传病理学获得的，即所谓的 使用“酶替代疗法”的溶酶体贮积病（Lysosomal Storage Diseases），例如高雪氏病。 这些疾病具有遗传性，因此溶酶体酶无法正常发挥作用。 如今，通过向患者注射经过修饰以在细胞膜上移动的溶酶体酶，可以成功治疗许多此类疾病。 使用基因疗法，将继续朝这个方向开展进一步的工作，以使充满废物的细胞开始产生降解“垃圾”所必需的酶。

现在，脂褐素颗粒是细胞内“碎片”的一种类型，也可以用作衰老的生物标记。 脂褐素是一种由氧化和交联的蛋白质和脂质组成的色素，这使其很难降解并从细胞中去除。 脂褐素是R.Virkhov在1847年发现的。 但是，尽管如此，对于它的形成机理，或者它在人体中的总体作用，尤其是在衰老过程中的作用，仍然缺乏清楚的了解。

“脂褐素”一词在1912年被引入科学界，由于该颜料的褐色，其字面意思是“深色脂肪”。 在此之前，脂褐素颗粒在其形成的位置-在容易发生肝硬化的肝细胞中被称为“类固醇”。 颗粒的大小平均为0.5至1.5微米。 今天，脂腐素存在于从原生动物到灵长类动物的所有生物的细胞中。 这使人们对脂褐素的纯粹病理作用产生怀疑，脂褐素由于某种原因在所有活生物体中的进化都被固定。 另一方面，脂褐素可以参与机体的程序性死亡，这是由V. Skulachev院士提出的细胞凋亡理论描述的。

脂磷霉素含有脂肪（20-50％）和蛋白质（30-60％）。 脂肪主要以磷脂（脑磷脂，卵磷脂，鞘磷脂）以及胆固醇，甘油三酸酯以及脂肪酸的过氧化和聚合产物为代表。 脂溶素颗粒的组成可以包括所有已知的氨基酸，其定量比取决于从中分离脂溶素的器官。 但是在所有脂褐素颗粒中，氨基酸最多的是四个氨基酸：甘氨酸，缬氨酸，丙氨酸和脯氨酸。

一些脂联素蛋白是酶蛋白，其中酸性磷酸酶（溶酶体的主要酶）和非特异性酯酶的数量最多。 此外，在脂丝素颗粒中发现了含氮碱，苯衍生物，苯酚化合物和无机成分-碳，氮，磷，硫，镁和铝[1]。

脂褐素如何在细胞中形成？ 今天没有这个问题的确切答案。 脂褐素中溶酶体酶（酸性磷酸酶）的存在表明脂褐素可能由于氧化应激而出现。 结果，“残体”在细胞中积聚-脂质氧化和过氧化的产物，这些产物不易被溶酶体酶降解。 脂褐素颗粒中还发现了线粒体酶，线粒体片段和内质网。 因此，脂褐素在细胞中积累的性质也可能与溶酶体没有利用的细胞器的破坏有关[2]。 因此，线粒体最容易降解为脂褐素颗粒（mitolipofuscin）[3]。

已经描述了铁可能通过增加由铁引起的脂质的过氧化来增强脂褐素的形成。 一些研究人员已经确定了脂褐素的另一种形式，特别是富含铁的含铁血黄素。 在衰老过程中，脂褐素的积累受到线粒体功能障碍和相关的氧化应激的强烈影响（在这里您可以看到SENS的两个部分的交集-mytoSENS和lysoSENS）。 因此，过氧化氢的有缺陷的线粒体的过量产生导致以下事实：过氧化氢扩散到铁过多的溶酶体中，并增强脂褐素的形成。 线粒体还含有铁蛋白，铁蛋白可通过自噬作用降解，从而提供了额外的游离铁来源，以进一步增强活性氧的产生。 包括在Fenton反应中将铁离子从Fe2 +还原为Fe3 +的过程。 铁催化的氧化应激增加会导致溶酶体的过氧化损伤（其膜的渗透性），从而导致铁的泄漏，进而增加铁的总量。 在这里，我们观察到了病理学特征的整个交叉催化事件级联：线粒体功能障碍和氧化应激导致一系列反应，其结果是脂褐素的积累增加。 而且，这种级联事件直接与细胞死亡的一种特殊形式有关——ferroptosis，这是在抗氧化剂之一，谷胱甘肽缺乏，铁过量和氧化应激的情况下发生的[4]。

在不同的时间，提出了关于脂褐素可能的生理作用的建议。 因此，除了蛋白质和脂质外，在脂褐素颗粒的组成中，苏联研究人员V.N. Karnaykhov和A.B. 塔塔鲁纳斯发现了活跃参与细胞代谢的物质-类胡萝卜素[5，6]。 在这方面，有人建议脂褐素具有某些功能。 据推测，在低氧条件下，它可以参与能量消耗组织（例如肌肉）中的能量产生。 例如，已知在剧烈运动的影响下，脂褐素的量在肌肉细胞中增加。

但是大多数研究人员对脂褐素在细胞中的年龄依赖性积累持意见，这使得将其用作衰老的生物标记成为可能。 脂褐素与衰老之间最明确的关系也许是衰老的线粒体-溶酶体理论。 据此，年龄相关的脂褐素阻断溶酶体的积累与进行性自噬紊乱，氧化应激和线粒体功能障碍密切相关。 是什么导致与年龄相关的线粒体，其他细胞器和蛋白质受损的逐渐积累，进而导致有丝分裂后细胞功能障碍，器官功能障碍和衰老[7]。

众所周知，随着年龄的增长，脂褐素在不同细胞中的蓄积增加：在大脑，心脏，视网膜，骨骼肌和皮肤的细胞中[8]。 对于不分裂的细胞，脂褐素的年龄相关性充血应该是一个大问题。 因此，描述了这种色素在神经退行性过程中的负作用及其与神经病理学（阿尔茨海默氏症，帕金森氏症等）的可能关系[9]。 因此，使用脂褐素作为衰老的生物标记似乎是合乎逻辑的。

如今，有几种组织化学反应用于细胞识别：Hueck反应（用尼罗蓝染料染色），Schmorl反应（脂褐素和另一种黑色素色素染成深蓝色），Ziehl-Nielson方法（用鲜红色染色）碳水化合物-品红）[10]。

如今，测定脂褐素的方法之一是用苏丹黑B染料（苏丹黑B，SBB）及其生物素相关类似物（称为GL 13）进行染色，已证明在检测脂褐素方面非常有效[11，12]。

2015年，中国研究人员描述了一种测定唾液和血浆中脂褐素的有效方法。 对年轻人和老年人唾液和血液中脂褐素水平的比较分析表明，脂褐素水平随着年龄的增长呈显着相关性[13]。 这使您可以使用此方法确定脂褐素作为衰老的生物标记。

不幸的是，目前没有有效的方法来减慢脂褐素的积聚或去除脂褐素颗粒。 因此，早在2008年就获得专利的Ulrich Schraermeyer（Ulrich Schraermeyer）方法使用四氢吡啶醚（tetrahydropyridoethers）来治疗Stargardt病（与脂褐素在视网膜色素上皮中的蓄积有关），尽管在猕猴实验中显示出令人鼓舞的结果，临床应用［14］。

没有关于高压氧合对脑中脂褐素含量的影响的新闻[15]。 褪黑素，异维A酸，β-环糊精，脂褐素和动脉粥样硬化斑块的“溶剂”以及其他药物的有效性需要进一步研究[16-18]。

该评论的作者：Denis Odinokov，Alexey Rzheshevsky。

待续...

在接下来的3部分中，我们将讨论与年龄相关的神经病理学相关的蛋白质聚集体的生物标志物。