Екстрацелуларният матрикс (ECM) е многокомпонентна субстанция, в която са потопени всички клетки на нашето тяло. През последното десетилетие интересът към извънклетъчния матрикс се увеличи значително. Това се дължи на установяването на ролята му в стареенето, клетъчната диференциация, успешната терапия на рака и лечението на някои наследствени заболявания. Подготвихме серия от статии, в които ще говорим за организацията на извънклетъчния матрикс, заболяванията, свързани с неговите патологии, ролята на ECM в стареенето и подходите за коригиране на промените, свързани с възрастта.
В първата статия от поредицата говорим за компонентите и функциите на извънклетъчния матрикс, разбираме какви практически ползи може да донесе неговото изследване и също така накратко подчертаваме най-важните открития в тази област, направени през изминалата година.
Фигура 1. Организация на ECM на примера на кожата.Фибробластите създават ECM, металопротеиназите го разрушават. Клетките на епидермиса се свързват с ECM посредством интегрини.
VKM компоненти
Има два подкласа протеини, съдържащи въглехидрати - протеогликани и гликопротеини. И двата подкласа са част от VKM, но между тях има значителни разлики.
Гликопротеините включват такива важни структурни протеини като колаген и еластин. Поради най-често срещания структурен протеин в тялото - колаген- VKM придобива сила и поради еластин- гъвкавост и еластичност.
Интегрините улавят химични и физически сигнали от извънклетъчния матрикс и ги провеждат в клетката. Сигналът от интегрините се предава към ядрото чрез цитоскелетни протеини и сигнални протеини - това е начинът, по който ECM контролира генната експресия и регулира клетъчната пролиферация. Чрез посредничеството на цитоскелетните протеини, ЕСМ също така контролира формата и движенията на клетките.
Хиалуронова киселина (HA)синтезирани от протеини, вградени в мембраната и след това "изцедени" през нея в междуклетъчното пространство. По отношение на състава НА е подобна на въглехидратната част на протеогликана и е полимер на D-глюкуронова киселина и D-N-ацетилглюкозаминови остатъци. ХК помага на интегрините да пренасят сигнали в клетката, регулира клетъчния отговор на тези сигнали и, подобно на фибронектина, позволява на клетките да се прикрепят към различни повърхности. Образно казано Гражданският кодекс изпълнява задачите на „доставчик на интернет” и „билет за градски транспорт”.
Защо е важно да се изследва извънклетъчната матрица?
Извънклетъчната матрица присъства във всички тъкани на тялото, така че неизправностите в нейното функциониране водят до развитие на заболявания на съединителната тъкан, преждевременно стареене и клетъчна смърт. Най-очевидният стимул за изследване на ECM е необходимостта от лечение на заболявания, свързани с нарушения в структурата на съединителната тъкан. Има много такива заболявания, те могат да бъдат тежки и значително да влошат качеството на живот на пациентите. Ето няколко примера.
Мутации в гените, отговорни за синтеза на ECM структурни протеини, водят до вродени патологии. Тъй като съединителната тъкан е в основата на всички системи на тялото, всеки орган може да страда от генетични заболявания. Такива нарушения водят до:
- на нивото на костите - до несъвършена остеогенеза,
- на нивото на кожата - до синдром на Ehlers-Danlos, при който кожата става твърде еластична,
- на ниво мускулна тъкан - до вродена мускулна дистрофия (ВМД).
От всички видове генетични заболявания на ECM, вродената миодистрофия е най-добре проучена. Това заболяване се развива поради няколко мутации, които нарушават мускулната функция. В резултат на мутация в ген ITGA7, кодиращ интегрини на мускулни клетки, връзката на клетките с ЕСМ е нарушена. Това е пагубно за мускулната тъкан: загубата на връзки с ЕСМ предизвиква апоптоза - програмирана клетъчна смърт.
Преждевременно разрушаване на ECMе друг сериозен проблем. Здравата извънклетъчна матрица непрекъснато се актуализира и преструктурира. Семейството на металопротеиназите, протеини, които разрушават ECM, е отговорно за това.
Металопротеиназите са ензими, чийто каталитичен център включва метални йони, главно цинк. Оттук и името с префикса "метал-". В допълнение към каталитичното място, което е отговорно за разрушаването на ECM, металопротеиназите имат регулаторен продомен, който предпазва ензима от преждевременно активиране и фалшиви положителни резултати.
Как точно металопротеиназите унищожават колагена и „откачат“ клетките от влакната на извънклетъчния матрикс е описано в статията „ Кой сече колагеновата гора» . Сега е важно да разберем, че ако металопротеиназите „излязат извън контрол“, те започват буквално да помитат всичко по пътя си. Неконтролираното разрушаване на ECM води до фиброза и може да причини рак – като рак на простатата.
Друга патология, причинена от нарушения в процесите на разрушаване и образуване на ECM, е болестта на Crohn (хронично възпаление на червата). С развитието му се появява фистулизация и чревна фибростеноза (фиг. 3).
Фигура 3. Фистулизация и фибростеноза на червата се появяват при болестта на Crohn.Поради прекомерното разрушаване на ЕСМ се образуват дупки в чревната стена, а поради прекомерния синтез на колаген, чревният лумен се стеснява.
Фигура адаптирана
Фистулизацията е образуването на дупки в чревната стена. Този процес е свързан с неконтролираната активност на металопротеиназите, които разрушават колагена на чревната лигавица. Тъй като целостта на лигавицата е нарушена, имунните клетки от кръвоносните съдове проникват в стената на червата - така се развива възпаление и след известно време в стената на червата се появява дупка.
Фибростенозата е стесняване на червата. В отговор на увреждане фибробластите интензивно произвеждат колаген. След това се активира лизил оксидаза- извънклетъчен медсъдържащ ензим, който катализира образуването на сложни напречни връзки в колагена и еластина. Лизиолоксидазата е необходима за образуването на зрели колагенови влакна, но когато е в излишък, започват проблеми. Този ензим създава силна колагенова мрежа, която "запечатва" увредените чревни стени, но поради прекомерната твърдост на колагеновите "запечатвания", фиброзата само се засилва. Резултатът е възпаление и (понякога) чревна непроходимост. Фистулизацията засилва фибростенозата: неконтролираното разрушаване на колагена стимулира също толкова неконтролирания му синтез.
Излишен синтез на ECMчесто казва, че човек има рак и този рак има лоша прогноза. Освен това самият ECM може да насърчи туморния растеж и разпространението на метастази – това е доказано за мозъчните тумори. Особено разочароващо е, че съществуващите лечения - като лъчева терапия - са в състояние да принудят ECM да изпрати сигнал до клетките, който може да доведе до рецидив на мозъчен тумор.
Съставът на ECM на мозъка е уникален: съдържа много хиалуронова киселина и в същото време много по-малко колаген, фибронектин и други компоненти, характерни за ECM на всички други тъкани. Въпреки важността на ХК за нормалното функциониране на тъканите, в някои случаи тя помага за пренасянето на сигнали до туморните клетки, което ги прави по-агресивни. Ще говорим за това как точно НА „закача“ раковите клетки в раздела „ Какво научихме за извънклетъчния матрикс през последната година?»
Лъчетерапията стимулира работата на мембранните протеини HAS2, които са отговорни за синтеза на НА. В резултат те синтезират повече хиалуронова киселина и колкото повече ХК, толкова по-агресивни стават туморните клетки. Оказва се, че лъчетерапията може да стимулира туморните метастази. По този начин, поради особеностите на ECM, лъчетерапията помага само временно: туморът често се връща, ставайки още по-опасен. Отчасти това е причината някои видове мозъчни тумори да са толкова трудни за лечение.
Проблемите с ECM са важна причина за стареенето
Първите признаци на стареене, които веднага хващат окото, са слабост, чупливи кости, появата на бръчки и възрастови петна. Много от тези проблеми са свързани с необратими промени в извънклетъчния матрикс.
Една от причините стареене на кожата- разрушаване на фибробластите (клетки, които синтезират компоненти на извънклетъчния матрикс). В същото време благосъстоянието на фибробластите зависи от състоянието на извънклетъчния матрикс - получава се порочен кръг.
Фигура 4. Микрофотография на колагенови нишки в кожата. А - "Цялостен" колаген в млада кожа. b - Фрагментиран колаген при старееща кожа. Стрелките сочат към старите, "разкъсани" колагенови нишки на парчета.
За да се чувстват добре фибробластите, те трябва да се придържат към непокътнати, непокътнати колагенови нишки. Но с течение на времето тези нишки се фрагментират и фибробластите нямат към какво да се прикрепят, за да създадат нов, цял колаген (фиг. 4). Ако се научим да прекъсваме този порочен кръг, тогава може би никога повече няма да имаме нужда от услугите на козметолозите и пластичните хирурзи против стареене.
Стареене на коститенай-често се свързва с разрушаване на остеобластите. Тези клетки създават костен ECM чрез синтезиране на колаген и специфични гликопротеини, които участват в първия етап на минерализацията на колагена. Във втория етап колагенът се превръща в здрава извънклетъчна матрица – основата на костта.
С годините старите остеобласти умират, а новите се делят все по-зле и по-зле. За оцелелите стареещи клетки става все по-трудно да се справят със създаването на извънклетъчния матрикс. Поради това костите при възрастните хора стават много крехки и не зарастват добре след фрактури.
Ако можехме да принудим остеобластите да се делят или поне да разберем как да им помогнем да минерализират съединителната тъкан по-ефективно, възрастните хора биха могли да се възстановяват по-бързо от фрактури. Такава работа вече е в ход!
В едно от тези проучвания изследователите взеха колагенов гел, добавиха два неколагенови протеина, отговорни за минерализацията на колагена (остеокалцин и остеопонтин) към него и създадоха изкуствена извънклетъчна матрица въз основа на тях. Изследователите „предложиха“ този изкуствен ECM на остеобласти, получени от стволови клетки от костен мозък. В резултат на това деленето на остеобластите става по-активно и тези остеобласти започват да произвеждат повече компоненти на извънклетъчния матрикс - но засега само в лабораторни условия. Ще са необходими много повече изследвания, преди изкуствен ECM да може да бъде поставен в кабинета на травматолога и да помогне при реконструкцията на костите на реални пациенти.
Какво научихме за извънклетъчния матрикс през последната година?
Стотици изследователски групи по света работят върху изследването на ECM и всеки ден има много публикации по тази тема. Нека да разгледаме някои скорошни разработки, за да добием представа за ключовите области на текущите изследвания. Ето какво научихме за компонентите на VCM през 2018 г.
Металопротеинази
Когато металопротеиназите преждевременно разграждат еластина и колагена на белите дробове, възниква заболяване на съединителната тъкан на белите дробове, емфизем. Учените отдавна се стремят да разберат кой генетичен компонент е отговорен за прекомерната активност на металопротеиназите при това заболяване.
Изследователи от германското дружество Макс Планк свързват прекомерната активност на металопротеиназите в белите дробове с намаляването на активността на гена Myh10. Ако този ген е бил „изключен“ в белите дробове на мишка, тяхната извънклетъчна матрица е била образувана неправилно, междуалвеоларните прегради са били унищожени, с разширяването на алвеолите е намалена общата им повърхност, което означава, че е трябвало да пострада газообменът. Тоест, събитията се развиват по сценарий, типичен за човешкия белодробен емфизем. В допълнение, авторите на работата разкриха намаляване на експресията на гена MYH10в белите дробове на хора с емфизем.
Възможно е в бъдеще да се научим как да контролираме процесите, протичащи в матрицата, с помощта на редактиране на генома и генна терапия.
Гликопротеини и металопротеинази
Ярък пример за коварството на металопротеиназите е образуването на аневризми. Така при аневризма на коремната аорта матричните металопротеинази разрушават компонентите, от които е изграден ЕСМ на този голям съд. Скоро тази област се възпалява поради активността на имунните клетки - макрофаги. Механизмите, които карат металопротеиназата да разрушава аортата, дълго време остават неизвестни.
Американски изследователи успяха да открият, че макрофагите синтезират нетрин-1е протеин, който активира клетките на гладката мускулатура на съдовете. Под въздействието на нетрин-1 гладкомускулните клетки активират свободни металопротеинази, които разрушават съединителната тъкан на съда.
Може би някой ден ще научим как да използваме имунните клетки, за да насочваме разрушаването на извънклетъчния матрикс.
Интегрини и фибронектини
Южноафрикански изследователи са установили, че синтезът и разграждането на фибронектин се влияе от вътреклетъчния протеин на топлинен шок Hsp90. Този протеин действа върху фибронектина чрез LRP1 рецептора. Ако този рецептор е блокиран, количеството фибронектин, което се натрупва в извънклетъчния матрикс, намалява. И това е много добре - поради прекомерното натрупване на фибронектин се развиват много ECM патологии.
Възможно е, ако открием такива рецептори в клетки от различни тъкани и се научим как да действаме върху тях, да можем да предотвратим заболявания, свързани с натрупването на ECM - например белодробна фиброза.
Хиалуронова киселина
Като компонент на извънклетъчния матрикс, хиалуроновата киселина участва в предаването на сигнала от ECM към клетката и дори може да превърне здрава клетка в злокачествена. Хиалуроновата киселина действа върху клетките чрез CD44 рецептора.
Беше възможно да се установи, че интензитетът на сигнала, който задейства злокачествения процес в клетката и определя колко опасна ще бъде получената ракова клетка, зависи от концентрацията на хиалуроновата киселина и нейното молекулно тегло.
Хиалуроновата киселина контролира раковите клетки чрез свързване с трансмембранен протеин, CD44 интегрин. Активирането на рецептора CD44 потиска апоптозата, поради което клетката става "безсмъртна", тоест ракова. Колкото повече хиалуронова киселина, толкова повече CD44 рецептори се активират и съответно толкова по-опасни и агресивни ще бъдат раковите клетки.
Ако се научим да управляваме хиалуронидази- ензими, които са отговорни за модификацията и разграждането на хиалуроновата киселина - ще можем да предотвратим развитието на рак и появата на метастази.
Как да създадете VKM
Когато подобрим технологията за създаване на изкуствен ECM, ще можем да произвеждаме пълноценни тъкани и да ги използваме в регенеративната медицина. Работата в тази насока върви отдавна и миналата година успяхме да направим няколко важни стъпки към технологията на изкуствения ECM.
Изследователите вече са се научили как да създават работещи 3D модели на ECM (фиг. 5). За разлика от традиционните 2D модели, които всъщност бяха клетъчна култура в петриево блюдо, 3D моделите ви позволяват да създадете работещ обемен „модел“ на тъканта, от която се нуждаем.
Фигура 5а. Предимства на "обемен" 3D модел на съединителна тъкан пред стандартен "плосък" 2D модел. 2D модел. Клетките, отгледани върху двуизмерен пластмасов субстрат, се държат неестествено: те растат в един слой, което нарушава междуклетъчното взаимодействие.
Фигура адаптирана
Фигура 5b. Предимства на "обемен" 3D модел на съединителна тъкан пред стандартен "плосък" 2D модел. 3D модел. „Живото оформление“ се държи почти по същия начин като функционалната тъкан: клетките растат и се подреждат, както „искат“, така че запазват способността си за пълноценно междуклетъчно взаимодействие.
Фигура адаптирана
3D моделите могат да бъдат модифицирани и модифицирани. Вече са създадени първите хидрогелове – биосъвместими синтетични полимери, способни да задържат вода. С появата на хидрогеловете имаше и теоретична възможност за отпечатване на вътрешни органи.
Преди първите лабораторно отпечатани 3D органи да стигнат до болницата, учените все още имат много проблеми за решаване. Например, изследователите все още не са разбрали как да „донесат“ кръвоносните съдове до изкуствените органи. Разбирането на биологията на ЕСМ също може да помогне за това - в крайна сметка вече знаем, че извънклетъчната матрица контролира, наред с други неща, растежа на кръвоносните съдове.
Заключение
Извънклетъчната матрица е огромна тема, която е много трудно да се обхване в една статия. Едно е ясно: ако успеем да разберем как ECM функционира и влияе на клетките, медицината ще направи огромна крачка напред.
. 8 ;Вероятно основната причина за стареенето на човека се крие в стареенето на извънклетъчния матрикс. Основният не е единственият, но този, който има най-голям принос за това хората да не могат да удължат живота си повече от 120 години. Въпреки факта, че не знаем как да подмладим матрицата, сега вероятно знаем какво е стареенето. Което означава, че най-вероятно ще спечелим. Но за това е необходимо да се съсредоточат правилно научните усилия. Наистина, в продължение на 100 години от откриването на стареенето на извънклетъчния матрикс, ние търсихме причината за стареенето в клетката и не предполагахме, че може да е в извънклетъчния матрикс. 2018 е годината, в която вероятно започваме пътя към човешкото безсмъртие. Благодаря на Александър Фединцев, Николай Зак, Денис Одиноков за информацията и хипотезите за основните механизми на стареенето на човека, които бяха включени в този преглед.
Извънклетъчната матрица се нарича неклетъчни структури на телесната тъкан. Те са в основата на съединителната тъкан и се образуват от нейните клетки. Основната роля на извънклетъчния матрикс е, че той осигурява механична опора на тъканите, определяйки техните физиологични функции (калцифицирана матрица на костите и матрица на зъбите; прозрачна матрица на роговицата; подобна на въже матрица на сухожилие, която може да издържи на огромни сили на опън) . Клетките съставляват приблизително 20% от тъканта, а останалите 80% са извънклетъчната матрица. Помислете за структурата на извънклетъчния матрикс.
Интегрини , дистрогликани , рецептори на дискоидинов домен - протеини, проникващи в клетъчната мембрана - клетъчни рецептори, които взаимодействат с междуклетъчната среда и предават различни междуклетъчни сигнали (виж фигурата вляво). Чрез тях клетката обменя сигнали с други клетки чрез екстрацелуларния матрикс.
Това е последвано от базалната мембрана, която отделя клетката от извънклетъчния матрикс. Това означава, че клетката не контактува директно с извънклетъчния матрикс. Образува се базалната мембрана ламинин(лека плоча) и колаген IVтип (тъмна плоча). свързан с протеини нидогеном, те образуват пространствена структура, а също така играят ролята на механична опора и защита на клетките. фибронектин - гликопротеин, който също е отговорен за структурата на тъканите, може да образува мултимерни вериги, участва в адхезията - т.е. в адхезията на клетките. Има и протеинова молекула перлекан. Помага за поддържането на ендотелната бариера, физиологичната бариера между кръвоносната система и централната нервна система. Протеогликан агриниграе ключова роля в нервно-мускулната връзка, отговорна за доставянето на нервни импулси към мускулните клетки.
След това идва извънклетъчната матрица. Екстрацелуларният матрикс е пронизан с влакна колагене фибриларен протеин, който формира основата на съединителната тъкан на тялото (сухожилия, кости, дерма, хрущял и др.), осигурявайки нейната здравина и еластичност. еластинобразува триизмерна мрежа от протеинови влакна. Тази мрежа е важна не само за механичната здравина на тъканите, но също така осигурява контакти между клетките, образува миграционни пътища за клетките, по които те могат да се движат. Изолира различни клетки и тъкани една от друга. Например, осигурява приплъзване в ставите. Агрекан- протеогликан хондроитин сулфат, който свързва вода, хиалуронова киселина и протеини, а също така образува осмоза. Съответно придава на съединителната тъкан, включително междупрешленните дискове и хрущяли, устойчивост на големи натоварвания. Хиалуронова киселина участва в регенерацията на тъканите, съдържа се в много биологични течности, включително синовиални. Отговаря за вискозитета на съединителната тъкан. Хиалуроновата киселина в комбинация с агрекан образува устойчивост на компресия. Освен това хиалуроновата киселина е основният компонент на биологичния лубрикант и ставния хрущял, в който присъства като обвивка на всяка хондроцитна клетка. Матрицата също съдържа вода. Водата в диаграмата е обозначена със сини вълни в най-долната част на диаграмата. Водата съставлява 25% от матрицата в костната тъкан и до 90% в кръвната плазма.
Колаген VIIтип играе ролята на свързващ конструктивен елемент. Например в кожата - това са анкерни фибрили, в лигамента на дермата на самата кожа и епидермиса.
В самия извънклетъчен матрикс има клетки, наречени фибробласти. Това са клетките, които произвеждат колаген, еластин и протеогликани. Също така в извънклетъчния матрикс може да има други клетки: мазнини, плазмени клетки, а в хрущяла - хондробласти и хондроцити и др. в зависимост от вида на тъканта.
С напредването на възрастта настъпва промяна в структурите на извънклетъчния матрикс (вижте снимката вляво), в резултат на което се нарушава функционалното състояние на органите и тъканите, развиват се различни видове патологии. Клетките вече не получават достатъчно храна за нормалния си растеж и делене. Нервната проводимост (връзка между клетките), тяхната подвижност се влошава. Ние наричаме това естествен процес на стареене. Стареенето е дисфункция, нарушение на вътреклетъчните взаимодействия, извънклетъчните комуникации и системите на други взаимовръзки. Болестта е разстройство, болестта не е отклонение. Стареенето е болест. Начините за премахване на такива нарушения, както и методите за тяхната превенция, са една от най-обещаващите области на съвременната геронтология.
През целия живот на човека матрицата остарява - колагеновите влакна се съединяват. Но докато човек расте, концентрацията на "мрежи" се разрежда. Когато един организъм спре да расте, концентрацията на кръстосани връзки се увеличава и матрицата става все по-твърда. Напречните връзки правят сърцето, съдовете и т.н. нееластични. Когато втвърдяването на тъканите поради "мрежи" в матрицата достигне животозастрашаващи размери, човек умира от старост. В този момент подмладяването на клетките вече няма да спаси живота на човек - това е границата.
1998 Бристолски университет, Лангфорд, Великобритания. Вредните свързани с възрастта промени в извънклетъчния матрикс, които се проявяват в скованост на ставите, съдовата система и капилярите на бъбреците, както и ретината на очите, възникват главно поради междумолекулното "омрежване" на извънклетъчния матрикс колагенови молекули. Образуването на такива протеинови "мрежи" в извънклетъчния матрикс може да е резултат от излагане на радиация и свободни радикали. Формирането на кръстосани връзки беше демонстрирано от Verzar преди повече от 40 години. Сега е известно, че този процес включва два различни механизма: единият е строго контролиран от ензими по време на развитие и съзряване и протича с постоянна скорост, а вторият е случаен, неензимен, който зависи от много фактори. Това е второто неензимно, известно като гликиране, което включва реакция с глюкоза и последващи окислителни продукти, е основната причина за ускорено стареене и увреден извънклетъчен матричен колаген в напреднала възраст. Вторият процес също може да се ускори при пациенти с диабет поради по-високи нива на глюкоза в кръвните изследвания. Ако бяхме засегнати само от първия процес, тогава стареенето щеше да протича малко по-бавно.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9883973
2001, Бристолски университет, Великобритания. Външното стареене се проявява като набръчкана кожа, влошаване на ставите, намаляване на растежа на тялото. Но не само това. Не само бръчки. Подобни промени настъпват и във вътрешните органи. Основно - в сърцето, в съдовата система, в черния дроб, в бъбреците, в белите дробове и т.н. Външните прояви на стареенето на тъканите, които се появяват в напреднала възраст, зависят преди всичко от двата основни структурни протеина на тялото: колаген и еластин . Промените в тези протеини са свързани с междумолекулно омрежване и модификации на страничната верига. Новият колаген и еластин обаче се образуват много бавно.
Биологичното разнообразие на колагеновите тъкани може да се обясни със семейството на колагеновите молекули, които до известна степен са характерни за определени органи или системи. Например костите и сухожилията съдържат предимно колаген тип I, съдовата система тип III и хрущял тип II. Фиброзните базални мембрани са тип IV. С възрастта колаген тип III се увеличава в кожата.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27900107
- www.clinicaltrials.gov, номер NCT01811992
2013 г., Университет Джон Хопкинс, САЩ. Фиброзата на черния дроб - загуба на чернодробна функция в резултат на разрастване на съединителната тъкан с появата на цикатрициални промени - често се наблюдава при стареене. Трансформиращият растежен фактор-β участва в прехода епител-мезенхим с последваща чернодробна фиброза. Дефицитът на витамин D е често срещан при пациенти с тежка чернодробна фиброза. биологично активен витамин Dинхибира образуването на колаген тип I в черния дроб, като блокира Трансформиращ растежен фактор-β. Коригирането на дефицита в кръвните тестове при пациенти с хронично чернодробно заболяване е потенциална терапия за потискане на прогресията на чернодробната фиброза. Това е важно, тъй като механично се активира матрицата на стареенето TGF-β според проучване от 2014 г. от университета в Торонто, Канада.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23413886
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25332161
Фиброзата е свръхрастеж на колаген с поява на цикатрициални промени в различни органи, което обикновено възниква в резултат на хронично възпаление в процеса на стареене. Фиброзата на всеки орган предшества загубата на функция на органа. Основните участници във фиброзата са фибробластите и колагенът (колаген от първи и трети тип). Един важен стимулант на фиброзата е хормонът ангиотензин II, който е повишен при хора с високо кръвно налягане. Следователно хората с високо кръвно налягане остаряват по-бързо. Също така тъканната фиброза се влияе от хормона алдостерон, който също е повишен при хора с високо кръвно налягане. Също така механичното пренапрежение на сърцето с високо кръвно налягане и повишаване на активността на хормона ангиотензин II води до активността на TGF бета, който стимулира фиброзата. Ето защо много лекарства за високо кръвно налягане инхибират разрушаването на сърцето от тъканна фиброза.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7935686
- https://en.wikipedia.org/wiki/TGF_beta_1
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12529270
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14679171
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16563223
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16799085
2014 г., Национална тайванска университетска болница.Комбинацията с или сартани е още по-ефективна за лечение, за намаляване на протеинурията и смъртността. Мета-анализ от 2015 г. - комбинацията от пентоксифилин със сартани (или АСЕ инхибитори) е безопасна. Пентоксифилинът при напреднала хронична бъбречна недостатъчност защитава бъбреците по-добре от монотерапията със сартани или АСЕ инхибитори. Комбинирането на пентоксифилин с АСЕ инхибитор може почти напълно да блокира развитието на бъбречно заболяване. Прогресията до краен стадий на бъбречно заболяване се характеризира с дифузна фиброза. TGF-β1 (трансформиращ растежен фактор-β) е ключов медиатор на бъбречната фиброза, който действа чрез CTGF. Пентоксифилинът е мощен инхибитор на фактора на растежа на съединителната тъкан (CTGF), въпреки че е устойчив ниво на TGF-β1поради активиране от ангиотензин II.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24512756
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/258622372015
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26082272
Можем да ускорим стареенето на матрицата, като ядем храни с висок гликемичен товар, ядем много крайни продукти с напреднала гликация, ядем много полиненаситени мастни киселини, водим неактивен начин на живот или прекомерно злоупотребяваме с физическа активност. И всичко, което удължава живота на животните, забавя стареенето на матрицата.
И изследванията на молекулярните механизми показват, че прекомерната активност на AGE рецепторите (рецептори за краен продукт на гликиране, които се активират от крайни продуктигликиране ) потиска действието на оптималнотоIGF-1 за удължаване на живота. Това е добре показано на снимката (снимката е взета от презентацията на А. Москалев). Тогава възниква въпросът, могат ли крайните продукти с усъвършенствано гликиране да предотвратят удължаването на живота с различни диети? Крайните продукти на гликирането (AGE) се свързват с рецепторите за краен продукт на гликиране (RAGE).Активирането на рецепторите за краен продукт на гликиране (RAGE) увеличава възпалението, което ускорява стареенето. sRAGE са ендогенни инхибитори на активността на RAGE. AGE и RAGE са повишени при диабет. Блокирането на активирането на RAGE от sRAGE намалява съдовата пропускливост, намалява развитието на атеросклеротични лезии и подобрява заздравяването на рани при диабетни гризачи. Сега дори можете да закупите комплект реагенти за количествено определяне на рецептора за крайни продукти на гликозилиране (sRAGE) чрез ензимен имуноанализ за биохакер (www.biochemmack.ru/catalog/element/13916/16581)
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20478906
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4808855
В проучвания върху мишки, проведени в Медицинско училище Маунт Синай (САЩ), 2007 г, доказано е, че диета, която намалява един от най-честите крайни продукти за напреднала гликация (N(e)-(карбоксиметил)лизин (sCML)беше достатъчна за значително увеличаване на средната и максималната продължителност на живота на животните (съответно с 15 и 6%). Мишките, хранени с диета с намалено съдържание на храни с високо съдържание на крайни продукти на напреднала гликация, живеят значително по-дълго (вижте графиката вляво). В допълнение, мишки с ниски нива на напреднали крайни продукти на гликиране в диетата са успели значително да намалят телесното тегло. Това показва, че наднорменото тегло е не само следствие от висок диетичен калориен прием, но и следствие от висок прием на крайни продукти за напреднала гликация.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17525257
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15281050
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23999505
Но ето един важен факт! В следващото проучване, проведено от персонала Mount Sinai School of Medicine (САЩ) през 2008 г.,беше показано, че ако една нискокалорична диета е формулирана така, че да има същото количество крайни продукти на напреднало гликиране, както без намаляване на калориите, тогава не се наблюдава ефектът от удължаване на живота на животните, дори леко намалена продължителност на живота ( вижте графиката вляво). От това можем да заключим, че най-вероятно ефектът от удължаването на живота се дължи на намаляване на крайните продукти на напреднало гликиране в диетата. Наистина, като ядем по-малко храна, ние също ядем по-малко крайни продукти на гликирането, ако не променим самата диета, а само намалим количеството изядена храна.
Какво практическо значение може да има това за нас? Ако намалите приема на въглехидрати с храната, но в същото време ядете пържени, печени храни, дълго съхранявани мазнини или мазнини от възрастни животни, тогава очакваното увеличение на продължителността на живота няма да бъде.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18599606
Хората на кето диета обичат пържено и не вярват, че е лошо. Пърженето произвежда рекорден брой напреднали крайни продукти на гликиране в храната, които ще бъдат обсъдени по-долу. Привържениците на кето диетите обаче смятат, че те не се усвояват от храната и смятат, че това са някакви други крайни продукти на гликирането. Напоследък дори започна да се съмнява, че крайните продукти на гликирането са вредни.
Това са същите крайни продукти на гликиране, AGE производни на метилглиоксал (sMG) и N(e)-(карбоксиметил)лизин (sCML). Диетичният прием на крайни продукти на напреднало гликиране е свързан с откриването им в кръвта (вижте резултатите от изследването по-долу). Въпреки че тези вещества могат да попречат на оцеляването на някои видове рак, те все пак причиняват същите тези видове рак чрез индуциране на възпаление, както и чрез възпаление и чрез действие върху рецепторите на AT1 (ангиотензин II хормон) (www.ncbi .nlm.nih.gov /pubmed/15569303) хипертония и атеросклероза.
Но наистина ли крайните продукти на гликирането от храната влизат в кръвния поток? Служители на Медицинското училище на планината Синай (САЩ) през 2007 г. проведе проучване на 172 млади (< 45 лет) и более старшего возраста (>60 години) на здрави хора, за да се определи дали кръвните нива на крайни продукти на напреднало гликиране на AGE производни на метилглиоксал (sMG) и N(e)-(карбоксиметил)лизин (sCML) се различават в тези две възрастови групи. Изследвахме и ефекта (независимо от възрастта) от консумацията на крайни продукти за напреднала гликация с храната върху количеството им в кръвта, връзката им с възпалението. Повишеният диетичен прием на крайни продукти на напреднало гликиране (но не и калории), независимо от възрастта, е свързан с повишени нива на крайни продукти на напреднало гликемиране в кръвта и с повишаване на възпалителен маркер (ниво).
Същото заключение е направено година по-рано при пациенти с бъбречна недостатъчност. IN 2003 Персонал на Медицинското училище Маунт Синай (САЩ)проведе проучване. Двадесет и шест пациенти с недиабетна бъбречна недостатъчност на диализа бяха разделени на две групи. Първата група получи диета с високо, а втората - с ниско съдържание на крайни продукти за напреднала гликация в продължение на четири седмици. След това, в продължение на три дни, се определя наличието на крайни продукти на гликиране като AGE-производни на метилглиоксал (sMG) и N(e)-(карбоксиметил)лизин (sCML) в кръв и урина на гладно в продължение на три дни. Съдържанието на крайните продукти на гликирането зависи от приема на крайните продукти на гликирането с храната.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17452738
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12595509
Но защо има толкова много крайни продукти на гликиране в пържени, печени и остарели животински продукти? IN 2013 г. от Медицинското училище Маунт Синай (САЩ)беше проведено голямо проучване в продължение на няколко години. Изследвахме здравните ефекти на крайните продукти на гликирането от храната, като сравнихме храни, които са били термично обработени: варени (100°C), пържени (225°C), дълбоко пържени (180°C), печени във фурна (230°C) ) и печене (177°C). Оказа се, че шампионът по съдържание на крайния продукт на гликирането карбоксиметиллизине пържен бекон. 100 грама пържен бекон съдържа толкова карбоксиметил лизин, колкото нашата глиоксалазна система може да неутрализира само за седмица. Едно парче пържен бекон доставя на тялото няколко пъти повече карбоксиметил лизин от всички други храни, изядени за един ден.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3704564/table/T1
Не е необходимо да се опитвате напълно да елиминирате крайните продукти на гликирането от храната, глиоксалазната система на тялото успешно се справя с тях. от броколи много мощно стимулира тази система. Ние просто трябва да предотвратим прекомерното изобилие от напреднали крайни продукти на гликиране в нашето тяло. За да направите това, достатъчно е да не ядете храни с (сладкиши, брашно и т.н.), тъй като те предизвикват гликиране в самото тяло, а също така трябва Яжте сурови храни, когато е възможно - особено зеленчуци. Колкото по-дълго продуктите са били подложени на топлинна обработка и колкото по-висока е температурата на тяхното приготвяне, толкова повече те съдържат крайния продукт на гликирането (карбоксиметиллизин). Това ясно се вижда на следващата фигура и е показано в таблицата (вижте таблицата по-долу). Например, суровото пиле е с ниско съдържание на крайни продукти с напреднало гликиране. Във варено пиле, варено или задушено - вече повече. И в пържени, и още повече, приготвени във фурната - още повече.
Най-често срещаният начин за обогатяване на храната с напреднали крайни продукти на гликиране е чрез пържене на храна, печене и други методи за обработка при висока температура. Колкото по-дълго и на по-високи температури се готви храната, толкова повече тези вещества има в нея, затова е препоръчително да я използвате. Затова е най-добре зеленчуците да се ядат сурови, кашата да не се вари, а да се приготви на пара, а месото да се вари, но да не се пече или пържи. Например, количеството краен продукт на напреднало гликиране ( карбоксиметиллизин)в пилешките гърди варира в зависимост от метода на термична обработка (виж таблицата).
2015 г., Харвардски институт за стволови клетки и Принстънски университет, САЩ. Интервенциите, които забавят стареенето, мобилизират механизми, които защитават и възстановяват клетъчните компоненти. Но не беше известно как тези интервенции могат да забавят стареенето на извънклетъчния матрикс. В това проучване е показано също, че различни удължаващи живота генетични, диетични или фармакологични интервенции забавят свързания с възрастта спад в експресията на колаген. Тоест забавят стареенето на извънклетъчния матрикс.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25517099
2012 г., Сърдечен институт Св. Лука, болница Канзас Сити, Мисури, САЩ. При прекомерно физическо натоварване в сърдечния мускул нивото на колаген се повишава - прогресира фиброзата - растежът на колаген в извънклетъчния матрикс, което води до неговото разграждане.Повече от 30 малки подобни проучвания са открили патологична фиброза в сърцата (на ядрено-магнитен резонанс) при 6 от 12 „асимптоматични“ мъже, които са се занимавали с прекалено дълги натоварвания за издръжливост през целия си живот. Но те не откриха патологична фиброза в сърцата на млади атлети за издръжливост, а също така не откриха в контролната група, съответстваща на възрастта, подобна на онези мъже, които са били въвлечени в прекомерно бягане през целия си живот. Тоест, изглежда, че маратонците са придобили фиброза на сърдечния мускул поради прекомерни тренировки. Проучване на 47 маратонци показа, че те имат значително по-висока скорост на разпространение на пулсовата вълна и скованост на аортата в сравнение с контролната група, неактивни хора. Заседналият начин на живот е вреден за сърцето. Но дори артериите на неактивните хора бяха по-еластични от сърцата на маратонците. Еластичността е пряко свързана с калцификацията и кръстосаното свързване поради гликирането
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3538475
Троксерутин е инхибитор на хиалуронидазата и може да повиши тъканните нива на хиалуронова киселина. Хиалуроновата киселина е важен компонент на извънклетъчния матрикс. Трябва да е полезно за кожата и за защита срещу рак. При голия мол плъх (виж фигурата вляво) един от важните онкозащитни механизми е излишъкът от хиалуронова киселина в тъканите. Повишената активност на хиалуронидазата (ензим, който разгражда хиалуроновата киселина) е характерна за много клетъчни линии на метастатични злокачествени тумори. Правят се опити да се използват лекарства, които инхибират активността на хиалуронидазата като противотуморни средства. Раковият тумор, за да нахлуе в здравата тъкан, отделя матрични металопротеинази, които разрушават колагена, а също така стимулират секрецията на хиалуронидаза, ензим, който разрушава хиалуроновата киселина. Ако хиалуронидазата се инхибира от троксерутин и матричните металопротеинази се инхибират от доксициклин, тогава не само ще изглеждаме по-млади, но и значително ще усложним живота на раковите тумори. В много случаи те просто няма да могат да растат.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19519390
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=naked+mole-rat+interferon
2011, Лондонски университет, ВеликобританияИ 2013 Изследователски институт Lerner, САЩ. Твърдостта на матрицата влияе върху миграцията, пролиферацията и оцеляването на клетките. Образуването на напречни връзки на извънклетъчния матрикс е от съществено значение за клетъчната подвижност. Екстрацелуларният матрикс дава физически сигнали на клетките, причинявайки промени в тяхната форма, тяхната мобилност, променяйки генната транскрипция, регулирайки клетъчната миграция и диференциация. По този начин състоянието и здравето на клетките зависи от състоянието на извънклетъчния матрикс. Освен това извънклетъчната матрица действа като проводник на електрически импулс в сърцето и извън него. А стареенето му води до нарушение на сърдечната проводимост, до аритмии и смърт. Благодарение на пролина, колагеновите молекули на извънклетъчната матрица провеждат слаби електромагнитни вълни, генерирани от клетките и тъканите, и вероятно в допълнение към механичните и химичните сигнали образуват единна биоелектрична сигнална система на тялото. Интересно е да се отбележи, че чрез промяна на топографията на околната среда или електромагнитното излъчване човек може не само да контролира клетъчния цикъл, но и да превърне възрастните соматични клетки в стволови клетки без помощта на вируси с вектора на фактора Яманака. Механизмите на влиянието на механичната твърдост на извънклетъчния матрикс върху здравето, стареенето и подмладяването на стволовите и специализираните клетки са добре проучени в стотици изследвания, с които е възможно.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21307119
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23143224
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25678907
Екстрацелуларният матрикс претърпява модификации (гликиране, карбамилиране и най-важното, окисляване от продукти на липидна пероксидация (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9680171). В същото време извънклетъчният матрикс е много по-труден за обновяване (това е доказан факт, обмяната на колагена е много бавна - около 5 пъти в живота), а остарялата матрица чрез механосензори има изключително негативен ефект върху стволовите клетки (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21307119) (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23143224).Според А. Фединцев: „Що се отнася до стареенето и нестареенето, тук всичко е по-сложно. Стареенето е натрупването на такова увреждане, което след това води до рязко намаляване на жизнеспособността, а нестареенето е когато увреждането не се натрупва. По този начин стареенето и липсата на стареене са два начина на управление на макромолекулните увреждания. Ние или натрупваме щети и в началото почти не умираме, или не натрупваме щети, имаме постоянна, но относително висока смъртност, която може да бъде намалена чрез увеличаване на преобладаването на мастни киселини с по-нисък индекс на пероксидация в състава на клетъчните мембрани .
Възрастните стволови клетки могат да бъдат подмладени чрез отглеждането им в млада среда - поне при мишки, според публикувана статия през 2011 г. в списание New Scientist. Мезенхимните стволови клетки се намират в костния мозък на възрастни и могат да се диференцират в различни видове клетки. Тези клетки имат голям потенциал, но като цяло качеството и количеството им намаляват с възрастта. Така Xiao-Dong Chen от Тексаския здравен научен център в Сан Антонио и нейният екип взеха мезенхимни стволови клетки от 3-месечни (млади мишки) и 18-месечни (възрастни мишки).
- Когато клетките както на стари, така и на млади мишки се опитаха да растат в старата извънклетъчна матрица, старите клетки останаха същите, а младите клетки остаряха - и двата типа клетки показаха съответно само 4,1 и 3,8-кратно разширение.
- Но когато клетките както на стари, така и на млади мишки се опитаха да бъдат отгледани в млад извънклетъчен матрикс, старите клетки станаха по-млади - и двата вида клетки показаха съответно 16,1 и 17,1-кратно увеличение.
Тези данни показаха, че е възможно да се вземат стари стволови клетки от стари хора и да ги отглеждат върху млад извънклетъчен матрикс. В този случай старите клетки отново се подмладяват, което също е потвърдено през 2014 г. от учени от университета в Падуа, Италия(www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24418517). Интересното е, че хемопоетичните стволови клетки могат да бъдат подмладени чрез цикли на гладуване. При мишки, 6 цикъла на гладуване в продължение на 3 дни на всеки 2 седмици, намалява хормона на растежа и, което предизвиква активирането на транскрипционния фактор FOXO1, подмладява хематопоетичните стволови клетки до нивото на младите (възстановява регенеративната им функция, намалява оксидативния им стрес, и защита на тяхната ДНК от увреждане, намаляване на смъртта на хемопоетичните стволови клетки, възстановяване на съотношението на миелоидно-лимфоидна ориентация и т.н.) (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25072352). Ключовата роля на ECM в регулирането на поведението на клетките вече е добре установена и тази концепция е особено важна за стволовите клетки, които се определят от уникална и специализирана ниша, в която ECM играе критична роля. Това може да означава, че основната, макар и не единствената, причина за стареенето може да не се крие в клетката, а в извънклетъчния матрикс. " Същността на стареенето е, че клетките могат да се обновяват, но извънклетъчната матрица не може. Следователно сексуалната линия на клетките не остарява, тъй като при раждането и растежа на детето извънклетъчната матрица се създава от нулата. Опитвайки се да обясним стареенето, ние се фокусираме твърде много върху клетките. Клетките на нашето тяло, очевидно, наистина могат да се подмладят чрез „изхвърляне на щети“ във външния свят. А външният свят е междуклетъчното пространство (извънклетъчната матрица) с неговите протеини. В този случай тези протеини се влошават. Това е остаряването. Следователно детето се ражда младо на стари родители, тъй като ембрионът възстановява междуклетъчното пространство.(Бележка: Цитат на Александър Фединцев)
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16672370
- www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0262407911622008
Това не означава, че повредата на матрицата не може да бъде поправена. За еволюцията просто „не е било изгодно“ да реши този проблем при много животински видове в рамките на стария организъм. Еволюцията се е научила да заобикаля този проблем по друг по-прост начин. Една от клетките създава ново дете, чието тяло възстановява нов извънклетъчен матрикс за себе си от нулата. Защо еволюцията пое по различен път? Вероятно просто няма нужда да се разработват сложни механизми за подмладяване на матрицата, когато индивидите в дивата природа не живеят достатъчно дълго, за да умрат от нейната дисфункция. Животните просто не доживяват до старост. Например лъвовете в природата не живеят повече от 16 години. А в плен могат да живеят до 27 години. Ако стареенето засяга 1% от животните и 10% от младите животни трябва да бъдат пожертвани, за да се забави стареенето, тогава забавянето на стареенето няма да бъде подкрепено от естествения подбор в процеса на еволюцията. Голият мол плъх остарява бавно, но умира масово не от стареене в младостта, в сравнение с млада мишка. Хората със синдром на Laron остаряват бавно, но често умират и имат много увреждания. Циклите на гладуване удължават живота, но намаляват устойчивостта на стрес. Нематодите daf2 живеят дълго в самолета, но бързо измират в 3d света и така нататък, и така нататък. Можете да организирате голям терор, да изчистите и най-малките боклуци и да не остареете, но тогава устойчивостта на стрес ще намалее.
- www.nature.com/articles/362595a0
Еволюцията се е научила да заобикаля стареенето на матрицата по лесен начин. Една от клетките създава ново дете, чието тяло възстановява нова матрица за себе си от нулата. И безсмъртните планарии растат и се делят през цялото време, концентрацията на техните „напречни връзки“ се разрежда с растежа на животните. Това не означава, че повредата на матрицата не може да бъде поправена. Да се научим да подмладяваме матрицата е задача за следващите 20-30 години.
Дори ако клетките на тялото са подмладени (или само сексуално чрез мейоза, или изцяло чрез епигенетично препрограмиране), тогава подмладяване на тялото не се случва в зряла възраст. Това е така, защото в допълнение към клетките, нашата извънклетъчна матрица остарява.
Когато ново дете се роди от стари родители, ембрионът възстановява своята матрица и клетките, от които се образува зиготата, могат да се обновяват. В същото време знаем, че матрицата е доста способна да повлияе на жизнеспособността на клетките. Старата матрица състарява нашите клетки www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21307119) (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23143224). Дори незначителните промени в модула на срязване и вискоеластичността на извънклетъчната среда имат силен ефект върху клетките - "старият" извънклетъчен матрикс може значително да ограничи ефективността на сенолитиците и терапията със стволови клетки. Така „младите” фибробласти остаряват бързо в стария матрикс и обратно – „старите” клетки губят признаци на секреторния фенотип, свързан със стареенето в „младия” матрикс. В допълнение, в резултат на реакцията на неензимно гликиране се образуват крайни продукти на гликирането (AGEs), които причиняват стареене на матрицата, взаимодействат с RAGE рецепторите, причиняват възпаление, насърчават активирането на пътя на рапамицин mTOR и също причиняват хипертония чрез активиране на рецепторите на ангиотензин АТ1 и допринасяне за патогенезата почти всички зависими от възрастта заболявания (болест на Алцхаймер, рак, атеросклероза, диабет). Въпреки това, ако клетките се освободят от старата извънклетъчна матрица, те могат да се самоподмладят, както е показано в проучване. 2008, Гьотеборгски университет в Швеция. Но клетките в стария извънклетъчен матрикс не могат да се обновяват.
Ако нашата извънклетъчна матрица старее, колагеновите кръстосани връзки се натрупват, тогава може би е възможно да ги унищожим и да подмладим нашата матрица? 1998 г., Катедра по ендокринология, Институт за сърдечносъдови изследвания Маастрихт и Университет Маастрихт, Холандия, 2012 г., Катедра по анестезиология и интензивни грижи, Медицински институт Джон Хопкинс, Балтимор, САЩ. Направен е опит за подмладяване на извънклетъчната матрица на плъхове с Alagebrium и упражнения. В резултат на това при плъховете сърцето и кръвоносните съдове стават по-еластични, стават по-млади. От една страна, забавянето на натрупването на нови колагенови напречни връзки чрез упражнения и „разграждането“ на вече образуваните „напречни връзки“ с Alagebrium може да представлява терапевтична стратегия за свързана с възрастта вентрикуларна и съдова скованост – подмладяване на извънклетъчния матрикс . В тези проучвания обаче не говорим за факта, че Alagebrium е унищожил всички напречни връзки. Има много голям брой видове кръстосани връзки. Много от тях все още не са известни. А алагебриумът унищожава само малък процент - един вид нестабилни кръстосани връзки (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16706655). Оттук и лекото временно подобрение при плъховете. Други видове обаче ще се натрупат и Alagebrium вече няма да бъде полезен.
Стареещият човешки извънклетъчен матрикс има различни напречни връзки. Има много различни видове от тях - около 20 са известни, но това далеч не е всичко. Много от тях все още не са проучени. Глюкозепан е един от тях и най-често срещаният при хората. Alagebrium не го разгражда (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16706654). За сега David Spiegel Band в университета Йейлработи върху синтеза на антитела срещу протеини, съдържащи глюкозепан. Съществува обаче възможност нито антитела, нито ензими, поради техния размер, да могат да проникнат между колагеновите фибрили. Освен това счупените колагенови кръстосани връзки се възстановяват след края на лекарството, което ще изисква втори курс на терапия. Следователно изкуствените ензимоподобни катализатори, които могат да бъдат няколко пъти по-малки от оригиналните ензими, изглеждат по-интересна алтернатива. Развиват се подобни молекули с дадена каталитична активност - спиролигомери (спиролигомери). Christian Schafmeister Band в Temple University. Глюкозепан се среща в човешките тъкани най-малко 10 пъти по-често от други дори най-често срещаните омрежващи вещества. И 1000 пъти по-често срещани от редките. Въпреки това глюкозепанът все още представлява само около 20% от човешките кръстосани връзки. И дори да се научим да унищожаваме глюкозепан, това е само временна почивка от напредването на стареенето и леко временно подобрение. При животните с по-кратък живот преобладават други омрежващи вещества. Така че при гризачите в тялото делът на алфа-дикетонните омрежвания е по-висок, отколкото при хората. А алагебриумът унищожава точно алфа-дикетонните омрежвания и по-специално карбоксиметиллизина, най-честият късен продукт от реакцията на Майар, който се натрупва в тялото при диабет. Поради това действа по-добре на гризачи. Но както глюкозепановите, така и алфа-дикетонните омрежвания са все още само малък процес от всички омрежвания, от които са известни много видове и много видове просто все още не са открити. Следователно алагебриумът помага на гризачите само малко. Но той не решава проблема с „унищожаването на всички ненужни кръстосани връзки“. С натрупването на други кръстосани връзки, процесът на разграждане на колаген от Alagebrium все още не може да бъде спрян дори при гризачи. И колкото повече живеят животните, толкова повече се натрупва в тях точно известен глюкозапан. Дори ако алфа-дикетонните кръстосани връзки са унищожени от гризачи, глюкозепановите кръстосани връзки ще продължат да се натрупват и ще увредят колагена. И освен тях има много други кръстосани връзки. А изучаването им отнема години.Трябва да се отбележи, че едно от веществата, които създават кръстосани връзки, пентозидин, се натрупва еднакво линейно както при хората, така и при гризачите. До 14-годишна възраст едно „изключително старо“ куче има приблизително 40 конвенционални единици пентозидин на 1 mg колаген, докато мини-прасе на същата възраст (но е живяло само половината от живота си) има само 15 единици пентозидин. Една маймуна може да живее до 40 години и до 10-годишна възраст натрупва само 5 единици пентозидин. При човек с максимална продължителност на живота от сто години, образуването на пентозидин е още по-бавно.Въпреки това, до 60-годишна възраст, когато кръстосаните връзки на протеините започват сериозно да влияят на нашите шансове за живот всяка година, човешката кожа натрупва от порядъка на 50 единици пентозидин на 1 mg колаген - повече от което и да е от по-малко издръжливите животни.
Общата сума на всичко това е следната: в напреднала възраст, когато втвърдяването на тъканите, предизвикано от крайните продукти на гликирането поради кръстосани връзки, достигне животозастрашаващи размери, ролята на алфа-дикетонните кръстосани връзки в този процес (и следователно при влошаване на телесните функции) при дълголетни видове като нашия не е толкова голямо,както, да речем, при кучета и маймуни (да не говорим за мишки) - просто защото успяваме да натрупаме много по-стабилни кръстосани връзки от тези животни. В резултат на това агентите, които разрушават алфа-дикетонните мостове, въпреки тяхната постоянно висока ефективност на молекулярно ниво, оставят при хората - в сравнение с моделните организми - потискащо много други протеинови кръстосани връзки. Това обяснява ниската ефективност на алагебриума по отношение на подмладяването на тъканите, възстановяването на предишната им еластичност и функционална компетентност при хората (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21669961).
Сега най-важното заключение от всички. Важно е да се подчертае, че нито едно лекарство няма да ни спаси от появата на протеинови кръстосани връзки. Както беше показано, гликирането води до образуването на много крайни продукти на гликирането с различни структури. Така че при гризачите алфа-дикетонните омрежвания са само много малка част от всички видове омрежвания. Просто тяхното съотношение е по-голямо от това на хората, така че ефектът е по-осезаем. Това е всичко. Следователно твърдението, че алагебриумът при плъхове разрушава кръстосаните връзки, е неправилно. Alagebrium разрушава само малка част от такива напречни връзки, които под формата на други видове все още се натрупват. А алагебриумът само леко ще подобри здравето на плъховете и ще удължи живота им не повече от много инхибитори на натрупването на крайни продукти на гликирането.
Лекарство, което разцепва определен тип омрежване, вероятно ще остави повечето от другите омрежвания непокътнати. Никоя молекула не е в състояние да атакува всички химични връзки от различен характер наведнъж. Следователно, както в случая с амилоидите, ще бъде необходимо да се разработи цял набор от агенти, всеки от които ще действа в най-добрия случай върху малка група от структурно подобни напречни връзки.
Дори глюкозепанът, най-разпространеното кръстосано свързване в нашето тяло, известно до момента, свързва само до 20% от молекулите на най-важния структурен протеин, колагена, при възрастни хора, които нямат диабет. И как да неутрализираме останалите 80%, много от които дори не са известни? Има много видове колагенови кръстосани връзки. Обикновено проучванията разглеждат само кръстосани връзки, възникнали от продуктите на Amadori - това са карбоксиметил-лизин, пентозидин, глюкозепан. Премахването на един тип омрежване може да не удължи значително живота, тъй като омрежванията могат да се конкурират помежду си и премахвайки едно, ще отворим свободни места за други.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22569357
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9539789
Предварителен списък на кръстосани връзки на стареещ извънклетъчен матричен протеин:
- Лизил аргинин: глюкозепан, пентозинан, GODIC (напречена връзка с имидазолиум, получен от глиоксал), MODIC (напречена връзка с имидазолий, получен от метилглиоксал), DOGDIC (напречена връзка с имидазолий, получен от 3-деоксиглюкозон), DOGDIC-Ox (извлечен от 3-дезоксиглюкозон имидазолиева кръстосана връзка)
- Лизил-лизин: GOLD, MOLD, DOLD, crosslines, vesperlysine
- бис-лизинамиди: GOLA
- Лизин-глюкоза: фруктозелизин
- Лизил-окдаза: (PYD) пиридинолин, (DPD) дезоксипиридинолин, (PYL) пирололин, (DPL) дезокси-пирололин
Обещаващи биомаркери за оценка на стареенето на матрицата с цел забавяне на нейното стареене и удължаване на нейния живот: плазмен карбоксиметиллизин, серумно ниво на карбокситерминален телопептид тип I колаген, ниво на аминотерминален пептид тип III проколаген, серумен колаген тип I, индекс на липидна пероксидация, тип 9 матрични металопротеинази, тип 1 тъканни инхибитори на матрични металопротеинази, трансформиращ фактор-β (TGF -β).
Основните видове увреждане на молекулите на извънклетъчния матрикс са гликозилирането или реакцията на Maillard и образуването на кръстосани връзки. Гликозилирането е реакция, при която редуцирани захари се прикрепват към протеин без участието на ензими (към аминогрупите на лизин и аргинин, които участват в изграждането на пептидна връзка).
Такава промяна може да причини удебеляване на базалната мембрана, например в мезангиалния извънклетъчен матрикс на бъбрека, и да доведе до бъбречна недостатъчност при диабет, както и да причини свързано с възрастта намаляване на бъбречната функция. Смята се, че този механизъм играе роля в артериалното стесняване, намаления съдов кръвен поток и намалената гъвкавост на сухожилията.
Доказано е, че в кожата на колагена на кратко- и дългоживеещите животински видове нивото пентозидин маркер за гликозилиранеобратно пропорционална на максималната продължителност на живота на вида. 1996 Университет, Кливланд, САЩ. Има ли универсален процес на стареене. Ако такъв процес наистина съществува, тогава може да се очаква той да се развива с по-бързи темпове за краткотрайните видове. Учените са идентифицирали пентозидин, маркер на гликооксидативен стрес в кожен колаген от осем вида бозайници като функция на възрастта. Моделирано е криволинейно увеличение за всички видове и скоростта на увеличение е обратно пропорционална на максималната продължителност на живота. Може да се приеме, че колкото по-бързо пентозидиномрежен колаген в кожата на животните, толкова по-бързо те старееха и живееха по-малко. Интересно е, че оптимално калорично храненезначително забави натрупването на разграден колаген (маркер за пентозидин гликозилиране) при гризачи. Крайните продукти на гликирането (AGE) се свързват с рецепторите за краен продукт на гликиране (RAGE).Активирането на рецепторите за краен продукт на гликиране (RAGE) увеличава възпалението, което ускорява стареенето. sRAGE са разтворими ендогенни инхибитори на активността на RAGE. AGE и RAGE са повишени при диабет. Блокирането на активирането на RAGE от разтворим sRAGE намалява съдовата пропускливост, развитието на атеросклеротични лезии и подобрява заздравяването на рани при диабетни гризачи.Интересното е, че предпазва от натрупване на краен продукт на гликиране чрез потискане на RAGE чрез увеличаване на разтворимия sRAGE, а също така рамиприл намалява натрупването на краен продукт на гликиране карбоксиметиллизинв кожата на плъхове. (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15930093).
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8552666
Много е важно пентозидинът да се увеличава с възрастта в твърдата мозъчна обвивка. И това означава, че е много вероятно, ако не спрем стареенето на извънклетъчната матрица на мозъка, тогава няма да спасим мозъка. Рано или късно той просто ще остарее, като тялото, и ще започне нещо като болестта на Алцхаймер, последвано от неизбежна смърт на мозъка. Възможно е никога да не научим как да лекуваме болестта на Алцхаймер (сенилна деменция, която завършва със смърт), защото дори бета-амилоидът се натрупва в мозъка, включително поради стареенето на извънклетъчния матрикс. Важно е, че загубата на мозъчен хипокампален обем, както и загубата на памет в резултат на хипокампална синаптична дисфункция, са важни диагностични маркери за проследяване на прогресията на болестта на Алцхаймер. Интересното е, че лечението на мишки с модел на болестта на Алцхаймер от детството, за да се забави стареенето на извънклетъчния матрикс на мозъчния хипокампус, намалява скоростта на натрупване на бета-амилоид в хипокампуса по време на техния живот и предотвратява загубата на памет и други мозъчни функции ( www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24974208). Въпреки че моделите на трансгенни мишки не възпроизвеждат пълния набор от патологични и клинични симптоми, наблюдавани при пациенти с болестта на Алцхаймер, те са полезни за изследване на процесите, които предшестват патологичните увреждания на паметта и пластичността, които са придружени от β-амилоидоза. Интересно е, че захарният диабет тип 2 е модел за ускорено стареене на извънклетъчния матрикс поради гликиране. Диабетът увеличава риска от болестта на Алцхаймер. Така че когнитивното увреждане или честотата на болестта на Алцхаймер е 2 до 3 пъти по-висока при пациенти с диабет тип 2 (www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28123476)
Следователно е напълно възможно, докато не победим стареенето, мозъкът да не може да бъде спасен от болестта на Алцхаймер. И е напълно възможно задачата да се лекува болестта на Алцхаймер е същата като лечението на стареенето. Тоест, ако логиката е вярна, тогава болестта на Алцхаймер е стареенето на мозъка. Заболяването амилоидоза също е резултат от натрупването на грешни протеини под формата на плътни маси (амилоид) в междуклетъчното пространство - последствията от стареенето на извънклетъчния матрикс. Церебралното натрупване на бета-амилоид е една от основните невропатологични характеристики на болестта на Алцхаймер. Ранната смъртност от първична амилоидоза не се е променила значително през последните 25 години, въпреки че дългосрочните резултати са се подобрили. Доксициклин инхибира образуването на амилоидни агрегатии също така унищожава предварително образуваните амилоиди. Добавянето (100 mg два пъти дневно) към стандартната терапия за амилоидоза при 30 пациенти (вижте снимката вляво) с първична амилоидоза значително намалява смъртността в сравнение със 73 пациенти, на които не е прилаган доксициклин. Лечението се понася добре.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11322995
- http://sci-hub.tw/10.1038/bcj.2017.26
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28338670
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20637283
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19822780
Хроматографията, комбинирана с масспектрометрично откриване, се счита за основния и най-точен метод за количествена оценка на напредналите крайни продукти на гликиране в тялото. Масспектрометрията дава възможност да се идентифицират протеини с висока степен на сигурност и да се определят техните количества в сложни протеинови смеси.
2009 г., Университет Джон Хопкинс, САЩ. Един от обещаващите биомаркери, показващ не само натрупването на напреднали крайни продукти на гликиране, но също и увеличаване на риска от смъртност по всякакви причини, е плазмен карбоксиметиллизин. Карбоксиметил-лизинът е един от доминиращите AGEs в тялото, както в циркулацията, така и в тъканите. В допълнение, карбоксиметиллизинът е единственият краен продукт на гликиране, който действа като лиганд за рецептори за краен продукт на гликиране (RAGE). Свързването на RAGE с карбоксиметил лизин води до повишено генериране на свободни радикали, активиране на пътя на ядрения фактор Nf-κB и повишени нива на възпалителни медиатори (като фактор на туморна некроза-алфа, интерлевкин-6 и С-реактивен протеин). Известно е, че карбоксиметиллизинът се натрупва в големите кръвоносни съдове с възрастта. А високите серумни концентрации на този напреднал краен продукт на гликиране са свързани с по-голяма артериална твърдост, мощен рисков фактор за сърдечно-съдови заболявания и смъртност, както е показано в Балтиморското дългосрочно изследване на стареенето. Известно е също, че при възрастни хора с мозъчно-съдова болест се откриват повишени нива на карбоксиметиллизин в кортикалните неврони и церебралните съдове, което е свързано с тежестта на когнитивното увреждане. Като част от 6-годишно проучване Invecchiare in Chianti, в който участваха 1013 души над 65 години, се оказа, че средна плазмена концентрация на карбоксиметиллизин, измерена чрез ензимен имуноанализ, е значително по-висок при тези хора, които са починали по всякакви причини, отколкото при тези, които са оцелели. Тоест, при тези хора, чийто плазмен карбоксиметиллизин е бил повече от 396 ng / ml. През 2018 г. група датски и шведски учениописват ново моноклонално антитяло, D1-B2, насочено към карбоксиметил лизин, което има добър потенциал в ензимен имуноанализ за откриване на този усъвършенстван краен продукт на гликиране.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19023277
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19682127
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29420566
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14066470
2011 г., болница Св. Франциск.Отлагането на колагенови фибрили в екстрацелуларния матрикс на сърдечния мускул се увеличава с възрастта и играе ключова роля в патофизиологията на сърдечната недостатъчност. Изследователите са проследили 880 участници в проучването (средна възраст 77±6 години; 48% жени) в продължение на 12±4 години (диапазон 3-17 години). Както при здрави, така и при възрастни хора със сърдечно-съдови заболявания с риск от развитие на сърдечна недостатъчност, серумно ниво на карбокситерминален телопептид тип I колаген(CITP) от 4,3 µg/l и повече, както и нивото амино-терминален пептид от тип III проколаген(PIIINP) от 3,0 ng/ml и повечеса значително свързани с множество неблагоприятни сърдечни резултати, включително миокарден инфаркт и смърт.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21900186
2015, Център за клинични и основни изследвания, Дания.Хроничните фибропролиферативни заболявания са свързани с почти 45% от всички смъртни случаи в развитите страни. Матричните металопротеинази тип 1 (MMP-1) разграждат екстрацелуларния матрикс и играят важна роля в развитието на заболяването. Разграждането на колаген тип I играе голяма роля в този въпрос. Проспективно проучване в кохорта от 5855 датски жени на възраст 48-89 години показа, че пациенти с високи нива на серумен колаген тип I (C1M) (56,1–458,8 ng/ml)повишена смъртност от всички причини с 2 пъти. Причините за смъртта са сърдечно-съдови заболявания и рак. Най-ниската смъртност се наблюдава при (C1M) 21,2–31,3 ng/mL.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26288845
2005 Университет на Уолонгонг, Австралия. Един от механизмите за контролиране на вътреклетъчния метаболизъм е липидната пероксидация. Засилването на този процес води до образуването на излишно количество свободни радикали, което нарушава състоянието на клетъчните мембрани и колоидното състояние на протоплазмата. По време на липидната пероксидация фосфолипидите на полиненаситените мастни киселини, неутралните мазнини и холестеролът, които са основните компоненти на клетъчните мембрани, претърпяват окислителни трансформации. Големите вариации в химическата чувствителност на отделните мастни киселини към пероксидация, съчетани с известни разлики в състава на мембраните между различните животински видове, може да обяснят различната продължителност на живота на видовете, особено много големите разлики в продължителността на живота между бозайници и птици. Птиците живеят много по-дълго. Увеличаването на продължителността на живота чрез ограничаване на калорийния прием на животните може да се обясни и с промяна в състава на мембранните мастни киселини, което води до повишаване на устойчивостта на мембраните към пероксидация. Мембраните стават по-твърди с остаряването, включително поради липидната пероксидация. Интересното е, че стареенето при растенията също е свързано с влошаване на мембраните в резултат на липидна пероксидация. Мембраните на птиците имат по-ниско съотношение на N-3/N-6 PUFA (полиненаситени мастни киселини) от мембраните на бозайниците – оказа се, че при птиците индексът на пероксидация на клетъчните мембрани е значително по-нисък. Това означава, че мембраните на птиците са по-устойчиви на липидна пероксидация, отколкото мембраните на бозайници с подобен размер. По този начин мембранната пероксидация корелира не само с разликите в максималната продължителност на живота на бозайниците и птиците, свързани с размера на тялото, но и с разликата в продължителността на живота на бозайниците и птиците. Алометричните уравнения, описващи тези зависимости, показват, че 24% намаление на индекса на пероксидация на чернодробните митохондриални фосфолипиди и 19% намаление на индекса на пероксидация на фосфолипидите на скелетните мускули е свързано с удвояване на продължителността на живота. И смъртта от старост вероятно включва експлозивно и неконтролирано увеличаване на липидната пероксидация. За да удвоите продължителността на живота, трябва да намалите индекс на липидна пероксидация с 19%.Заслужава да се отбележи също, че според статия от 2007 (Университет Уолонгонг, Австралия)липидният състав на мембраните също така дава възможност да се обясни разликата между продължителността на живота на пчелите работнички и майките, без да се включват никакви „програми за стареене“.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15757684
- http://sci-hub.tw/10.1016/j.jtbi.2004.11.024#
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17446027
Според А. Фединцев: „Наситените и мононенаситените мастни киселини са по-стабилни и по-малко склонни към пероксидация в сравнение с полиненаситените мастни киселини (PUFA). Това е така, защото PUFA имат протони в уязвима бис-алилна позиция. Такъв протон е лесно да се отдели („абстрахира“) от молекулата на мастната киселина и това е първата стъпка във веригата от реакции на липидна пероксидация. Широко разпространеното мнение, че PUFAs със сигурност са полезни, трябва да бъде критикувано. Въпреки че е възможно PUFAs да са полезни именно защото създават умерен оксидативен стрес, допринасяйки за отговора на хормезисния стрес. Редица изследвания показват количествена връзка между процеса на липидна пероксидация и образуването на напречни връзки на матрични протеини. Така например, един от продуктите на липидната пероксидация, малондиалдехидът (възниква по време на разграждането на PUFA), образува същия брой омрежвания с протеини като глюкозата. Това предполага, че дълголетните видове не само страдат от LPO в по-малка степен, но също така имат по-бавен процес на промени в протеините на извънклетъчната матрица поради намаляване на реактивността на мастните киселини. Преди повече от десетилетие руският учен Михаил Шчепинов предложи използването на мастни киселини, в които водородът е заменен с деутерий (изотоп с по-високо атомно тегло и по-силна връзка с въглеродния атом), за лечение на редица заболявания, причинени от чрез прекомерен синтез на свободни радикали. Променените мастни киселини са по-устойчиви на окисляване и предотвратяват разрушаването на клетъчната мембрана. В момента Retrotrope, компанията на Михаил Шчепилов, очаква одобрение от FDA за последния етап от клиничните изпитвания на експерименталното лекарство RT001. Възможно е това лекарство не само да помогне на пациенти с наследствена невродегенерация, но и да може да забави стареенето на извънклетъчния матрикс. Междувременно трябва да ядете храни с преобладаване на мононенаситени мастни киселини, които не съдържат протони в уязвими бисалилни позиции и следователно са по-малко склонни към окисление.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22285120
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24999379
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28127055
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28802547
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23451766
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17464520
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19424859
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16620917
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17928583
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23431052
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28800931
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29580922
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24381560
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21619928
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29974107
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9680171
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26439976
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24816553
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17156083
2011, Университет Упсала, Упсала, Швеция. Оборотът на извънклетъчния матрикс във всички твърди органи се определя главно от баланса между разграждащите матрикса ензими, наречени матрични металопротеинази (ММР) и техните тъканни инхибитори (TIMP). Високите нива на ММР-9 са свързани с несърдечно-съдова смъртност. Така че, ако първоначално наблюдаваните MMP-9 са били над 462 ng/ml, тогава те са имали най-висока смъртност (вижте снимката). Тези, които са имали MMP-9 под 228 ng/ml, са починали най-малко.
Високите нива на TIMP1 са свързани с по-висок риск от инсулт и сърдечно-съдова смъртност. Така че, ако първоначално наблюдаваният TIMP1 е бил по-висок от 238 ng/ml, тогава те са имали най-висока смъртност (вижте снимката). Тези, които са имали TIMP1 под 166 ng/ml, са починали най-малко.
- www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21283828
Изводи:
- Основната причина за стареенето се крие в стареенето на извънклетъчния матрикс. Въпреки факта, че не знаем как да подмладим матрицата, сега знаем какво е стареенето. И така ще го победим. Но за това е необходимо да се съсредоточат правилно научните усилия. В крайна сметка, 100 години от откриването на стареенето на извънклетъчния матрикс, ние търсихме причината за стареенето в клетката и не предполагахме, че може да е в матрикса. 2018 е годината, в която започваме пътя към човешкото безсмъртие. Благодаря на Александър Фединцев, Николай Зак, Денис Одиноков за информацията и хипотезите за основните механизми на стареенето на човека, които бяха включени в този преглед.
- Човешкото тяло е изградено от тъкани, а тъканите се състоят от 20% клетки и 80% извънклетъчен матрикс. Най-важната структура на извънклетъчния матрикс са колагеновите влакна.
- През целия живот на човека матрицата остарява - колагеновите влакна се съединяват. Но докато човек расте, концентрацията на "мрежи" се разрежда. Когато един организъм спре да расте, концентрацията на кръстосани връзки се увеличава и матрицата става все по-твърда. Напречните връзки правят сърцето, съдовете и т.н. нееластични. Когато втвърдяването на тъканите поради "мрежи" в матрицата достигне животозастрашаващи размери, човек умира от старост. В този момент подмладяването на клетките вече няма да спаси живота на човек - това е границата.
- Можем да ускорим стареенето на матрицата, като ядем храна с, ядем много, много полиненаситени мастни киселини, водещи или прекомерно злоупотребяващи. И всичко, което удължава живота на животните, забавя стареенето на матрицата.
- Старата матрица кара нашите клетки да стареят. И младата матрица може да подмлади старите клетки до младо състояние. Тоест, за да победим стареенето, е напълно достатъчно да се научим как да подмладяваме матрицата. Но ние сме в състояние да подмладим клетката, но не можем да подмладим матрицата.
- Еволюцията се е научила да заобикаля стареенето на матрицата по лесен начин. Една от клетките създава ново дете, чието тяло възстановява нова матрица за себе си от нулата. И през цялото време, докато растат и се делят, концентрацията на техните "мрежи" се разрежда, докато животните растат. Това не означава, че повредата на матрицата не може да бъде поправена. Да се научим да подмладяваме матрицата е задача за следващите 20-30 години. И само ти и аз можем да го решим заедно, а не някакви илюзорни учени.
- Обещаващи биомаркери за оценка на стареенето на матрицата, за да се забави нейното стареене и да се удължи самият живот: плазмен карбоксиметил лизин, серумно ниво на карбокситерминален телопептид тип I колаген, ниво на амино-терминален пептид от тип III проколаген, серумен колаген тип I, индекс на липидна пероксидация , тип 9 матрични металопротеинази, тъканни инхибитори на матрични металопротеинази тип 1, трансформиращ фактор-β (TGF-β).
- Препоръчвам да прочетете за стареенето на матрицата за допълнителна информация от Денис Одиноков и Александър Фединцев
https://medium.com/@denis.odinokov/extracellular-matrix-aging-a6f91595539a
Автор на статията nestarenieRUнаучен ръководител ОТВОРЕНО ДЪЛГОЛЕТИЕ-
остеокласти
Остеоцити
остеобласти
КОСТНИ КЛЕТКИ
ФУНКЦИИ НА КОСТИТЕ
ЛЕКЦИЯ #
Тема: Биохимия на костната тъкан
Факултети: Дентален.
Костене вид съединителна тъкан с висока минерализация на междуклетъчното вещество.
1. Оформяне
2. Подкрепа (фиксация на мускули, вътрешни органи)
3. Защитни (гърди, череп и др.)
4. Съхранение (депо на минерали: калций, магнезий, фосфор, натрий и др.).
5. Регулиране на CBS (отделя Na +, Ca 3 (PO 4) 2 при ацидоза)
В човешкото тяло се разграничават 2 вида костна тъкан: ретикулофиброзна (гъбеста костна субстанция) и ламеларна (компактна костна субстанция). От тях се образуват различни видове кости: тръбести, гъбести и др.
Като всеки плат костен се състои от клетки и извънклетъчен матрикс.
В костната тъкан се разграничават 2 вида клетки от мезенхимален произход.
1 вид:
а) остеогенни стволови клетки;
б) полустволови стромални клетки;
в) остеобласти (от които се образуват остеоцити);
г) остеоцити;
2 тип:
а) хематопоетични стволови клетки;
б) полустволови хематопоетични клетки (те образуват миелоидни клетки, макрофаги);
в) унипотентна колониеобразуваща моноцитна клетка (от нея се образува монобласт → промоноцит → моноцит → остеокласт);
Млади, неделящи се клетки, които създават костна тъкан. Те имат различна форма: кубична, пирамидална, ъглова. Съдържа 1 ядро. В цитоплазмата са добре развити широк ER, митохондриите и комплексът на Голджи. В клетката има много РНК, висока активност на алкалната фосфатаза, биосинтезата на протеини е активна (колаген, протеогликани, ензими).
Те се намират само в дълбоките слоеве на периоста и в местата на регенерация на костната тъкан. Покрийте цялата повърхност на развиващата се костна греда.
Преобладаващите клетки на костната тъкан се образуват от остеобласти. Те не са способни на делене, имат израстъчна форма, голямо ядро в центъра на клетката, съдържат малко органели и нямат центриоли. Те са разположени в празнини, произвеждат компоненти на междуклетъчното вещество.
Гигантски многоядрени хематогенни клетки. В клетката има 2 зони. В клетката има много вакуоли, митохондрии и лизозоми. Малко рибозоми, слабо развит груб ER.
Активността на остеокластите се регулира от Т-лимфоцити чрез цитокини. Остеокластите са способни да унищожат калцирания хрущял или кост. Те секретират CO 2 и карбоанхидраза в междуклетъчната течност. H 2 O + CO 2 \u003d H 2 CO 3 Натрупването на киселини води до разрушаване на калциевите соли и органичната матрица.
Съставът на междуклетъчната матрица на костната тъкан включва органични и неорганични вещества. В компактната кост неорганичният компонент е 70% от костната маса, органичният компонент е 20% от костната маса, а водата е 10% от костната маса. В същото време обемът на неорганичния компонент представлява само около ¼ от костта; останалата част е заета от органичния компонент и водата.
В порестата костна тъкан неорганичният компонент съставлява 33-40% от костната маса, органичният компонент - 50% от костната маса, водата - 10% от костната маса.
Органичен компонент на костната тъкансе състои главно (90-95%) от колагенови влакна (колаген тип 1), които съдържат много хидроксипролин, лизин, фосфат, свързан със серин, и малко хидроксилизин.
Органичният компонент на костната тъкан съдържа малко количество протеогликани и GAG. Основен представител е хондроитин-4-сулфат, малко хондроитин-6-сулфат, кератан сулфат, хиалуронова киселина.
В костната тъкан има неколагенови структурни протеини остеокалцин, остеонектин, остеоронтин и др. Остеонектинът е медиатор на калцификация, свързва калция и фосфора с колагена. Пептид (49AK), съдържащ 3 остатъка от γ-карбоксиглутаминова киселина. Витамин К участва в синтеза на този пептид, осигурява карбоксилирането на глутаминовата киселина.
Костната тъкан съдържа ензими: алкална фосфатаза (много в растящите кости), кисела фосфатаза (малко), колагеназа, пирофосфатаза. Фосфотазите освобождават фосфат от органични съединения. Пирофосфатазата разрушава пирофосфата, който е инхибитор на калцификацията.
Също така, органичният компонент е представен от различни органични киселини, фумарова, ябълчна, млечна и др. Присъстват липиди.
Минералният компонент на костната тъканвъзрастен се състои главно от хидроксиапатит (приблизителен състав Ca 10 (RO 4) 6 (OH) 2), освен това включва калциеви фосфати (Ca 3 (RO 4) 2), магнезий (Mg 3 (RO 4) 2) , карбонати, флуориди, хидроксиди, цитрати (1%) и др. Съставът на костите включва по-голямата част от Mg 2+, около една четвърт Na + и малка част от K +, съдържащи се в тялото. При малките деца аморфният калциев фосфат (Ca 3 (PO 4) 2) преобладава в минералния компонент на костната тъкан, той е лабилен резерв на калций и фосфор.
Хидроксиапатитните кристали са под формата на плочи или пръчки с дебелина около 8-15Å, ширина 20-40Å, дължина 200-400Å. В кристалната решетка на хидроксиапатит Ca 2+ може да бъде заменен с други двувалентни катиони. Йони на тежки метали могат да бъдат въведени в нарастващата кристална решетка на хидроксиапатит: олово, радий, уран и тежки елементи, образувани по време на разпадането на уран, като стронций.
Анионите, различни от фосфат и хидроксил, са или адсорбирани върху голяма повърхност, образувана от малки кристали, или разтворени в хидратната обвивка на кристалната решетка. Na + йони се адсорбират върху кристалната повърхност.
Помежду си хидроксиапатитните кристали са свързани чрез Ca 2+ с помощта на остатъците от γ-карбоксиглутаминова киселина на пептида (49 AA).
Благодарение на кристалната структура, образувана от органични и неорганични компоненти, еластичният модул на костта е подобен на този на бетона.
извънклетъчен матрикс(~25% от телесното тегло) е "решетка" от високо полимерни захари. Той функционира като транзитно място и "молекулярно сито" между кръвта и клетките на специализираната тъкан. Функционирането на матрицата осигурява отстраняването на клетъчните метаболитни продукти и други токсини.
Нека проследим промените, свързани с откриването на интегралната роля на извънклетъчния матрикс.
В таблицата от 1957 г. нямаше понятие за извънклетъчна матрица, т.к концепцията за регулаторната система на Пишингер е разработена малко по-късно.
Рекевег беше запознат с трудовете на Пишингер, препращаше към тях и придаваше голямо значение на ролята на състоянието на мезенхима в развитието на заболяванията и отчиташе въздействието върху него за терапевтични цели. Самият термин матрица беше въведен в Шестфазовата таблица в началото на 90-те години.
обръщам внимание на МНОГО ВАЖНА ТОЧКА - матрицата съставлява около 25% от човешкото телесно тегло(!). Това позволява (условно) да се счита за отделен "орган". Следователно, знаейки функциите на матрицата, просто НЕ Е ВЪЗМОЖНО да не вземем предвид нейното състояние и да не я коригираме при лечението на всякакви заболявания! Без да направи това, специалистът няма право да говори за пълноценна патогенетична терапия!
Понякога понятията "матрица" и "междуклетъчно пространство" се бъркат. Матрица- това е решетка от високополимерни захари - основното вещество. извънклетъчен матрикс- това е зоната на предаване - предаване на информация (сигнали) от регулаторните системи на организма към клетките. Нерви, капиляри, лимфни пътища - всички те завършват или започват в извънклетъчния матрикс. Никой от тях не завършва или произхожда от клетка. Взаимодействието на различни системи (NS, CCC, имунна, ендокринна) се осъществява чрез обмен на невротрансмитери, които се контролират от извънклетъчната матрица. Клетката е заобиколена от извънклетъчен матрикс и качеството на нейното функциониране зависи от чистотата на извънклетъчния матрикс и неговите способности за предаване.
Междуклетъчното пространство и матрицата се наричат още транзитно място или "молекулярно сито", т.к. чрез него хранителните вещества и кислородът се транспортират от кръвта към клетките, а метаболитите, токсините и въглеродният диоксид отново идват от клетките в кръвта през него. Хормоните също се движат през него от кръвта към клетъчните рецептори и медиаторите от нервните окончания.
Повече подробности за функциите на мезенхима и матрицата можете да намерите в статиите: Bolling D.: Pischinger: научната основа за акупунктура и хомотоксикология // Биологична терапия. - № 4. - 1997. - С.10-11. Аделверер Н.: Матрица, рН стойност и редокс потенциал // Биологична медицина.- №2.- 2003.- стр.9-10
Фигурата по-горе показва матрична структура (молекулярна решетка). Екстрацелуларният матрикс е тънка триизмерна решетка от протеогликани и гликозаминогликани. Протеогликаните се състоят от молекули на хиалуронова киселина, върху които основният протеин е фиксиран с помощта на свързващи протеини (тризахариди). Кръстосаните протеини са прикрепени хоризонтално под формата на дървовидна структура, които са носители на дизахаридни връзки (гликозаминогликани, например, хондроитин сулфат).
Високо полимерни захари(хондроитин сулфат, кератан сулфат - изобразени като игли) привличат водни молекули към себе си, образувайки хидратационни черупки. Хомотоксините се "забиват" ("напълват") между игли (захари) и също образуват хидратни черупки. В тази връзка матрицата набъбва и преминава от течно състояние (зол) в състояние на гел (желеобразно).
внимание! Важно е! "Замърсяване" на матрицата(подуване и желиране) затруднява и нарушава транспорта на вещества през матрицата, както и предаването на регулаторни сигнали!
Различни състояния на матрицата
Здравето и качеството на живот на пациента са в пряка зависимост от чистотата на междуклетъчния матрикс и навременното предаване на регулаторните сигнали.
В здраво състояние матрицата е в състояние на зол, докато нейната структура е хомогенна и еднаква (по време на хистологично изследване).
Под въздействието на различни вредни фактори, хомотоксините се натрупват („засядат“) в матрицата, стойността на рН се променя към подкисляване; високополимерните захари привличат водни молекули към себе си, образувайки хидратационни черупки. Хомотоксините се "забиват" ("напълват") между иглите и също образуват хидратни обвивки. В резултат на това матрицата набъбва и преминава от състояние на зол в състояние на гел. Структурата му на места се удебелява и става разнородна (което се вижда при хистологично изследване). В резултат на това метаболизмът се забавя - достъпът до клетката на хранителни вещества и кислород е затруднен, както и обратното отделяне на метаболитите и въглеродния диоксид.
Описаният процес протича на фази до биологичната бариера.
Зад биологичната бариера всичко е по-сложно, т.к. хомотоксините образуват химически връзки със захарите (т.е. полимеризират с матрични структури) и не могат да бъдат отстранени просто така. Хроничните заболявания са резултат от продължителна неспособност на тялото да се справи правилно с токсините в извънклетъчния, а след това и във вътрешноклетъчния матрикс.
В такава ситуация е необходимо да се използват лекарства, които имат деполимеризиращ ефект, тези, които могат да разрушат тези връзки (има такива лекарства сред антихомотоксичните лекарства (AGTPs!). помага за ефективно справяне с тази ситуация!
Допълнителна информация
С по-нататъшното натрупване в извънклетъчния матрикс и навлизането на хомотоксини в клетката, клетъчните органели, по-специално митохондриите, са засегнати, което води до изместване на клетъчната хомеостаза към анаеробна гликолиза и киселинно-алкален баланс към киселинната страна. Клетката започва да функционира в условия на енергиен дефицит, свързан с прехода към гликолиза, митохондриите предават информация към ядрото за синтеза на митохондриална РНК, за да се увеличи броят на митохондриите. Практически няма възможност тази информация да премине без изкривяване, следователно клетъчното делене се активира неспецифично и клетката преминава към неконтролирано възпроизвеждане, образува се злокачествен тумор. Туморните клетки се характеризират с процеси на анаеробна гликолиза, в резултат на което вътре в клетките се образува излишък на лактат и възниква ацидоза. С помощта на активни механизми киселината се отстранява в извънклетъчното пространство. В условията на извънклетъчна ацидоза матрицата се пренарежда структурно, става механично по-малко пропусклива за имунокомпетентни клетки, а в кисела среда техният метаболизъм и функционална активност се намаляват.
Допълнителна информация от химията: Sol - колоидна система с течна непрекъсната фаза и твърда дисперсна фаза, представена от частици с диаметър 0,1 - 0,001c. Гел- желатиново състояние на материята (Речник на нефтената геология, 1952 г.). Гелове(от лат. gelo - втвърдяване) - диспергирани системи с течна или газообразна дисперсионна среда, които имат някои свойства на твърдите вещества: способност да поддържат форма, здравина, еластичност, пластичност. Тези свойства на гела се дължат на наличието на тяхната структурна мрежа (рамка), образувана от частиците на дисперсната фаза, които са свързани помежду си чрез молекулярни сили от различно естество.
МАТРИЦА - "полето", на което се събират всички регулаторни сигнали по пътя към клетката
Важно е да запомните за неразделна роля на матрицата- места, където се "сливат" всички регулаторни сигнали на имунната-невро-ендокринната система. От тяхното адекватно взаимодействие зависи благосъстоянието на целия организъм.
Молекулна решетка на матрицатапреодолява се от всички вещества, участващи в метаболизма, тоест играе ролята на „транзитно място“. Тъй като автономните нервни влакна завършват в матрицата, тя е свързана с централната нервна система (ЦНС) по нервните пътища. Лимфните съдове също започват в матрицата и кръвоносните съдове (капилярите) преминават през матрицата, следователно, чрез хормони, тя също е свързана с ендокринната система (предимно с хипофизата, щитовидната жлеза и надбъбречните жлези). Както знаете, ЦНС и ендокринната система взаимодействат помежду си в мозъчния ствол (хипоталамуса). Матрицата също така съдържа имунокомпетентни клетки.
В матрицата си взаимодействат и трите основни системи за регулация на организма – нервна, ендокринна и имунна. Матрицата прониква в извънклетъчното пространство на тялото и изпълнява функцията на молекулярна решетка, която обгражда и поддържа клетките и играе основна роля като неразделна част от енергийно отворената система на тялото.
