Dwa artykuły przeglądowe, opublikowane w odstępie dziesięciu lat w tym samym czasopiśmie przez ten sam pięcioosobowy trzon autorów. Artykuł z 2013 roku wymieniał dziewięć cech charakterystycznych. Kontynuacja z 2023 roku wymieniła dwanaście. W tym czasie nie zmieniła się żadna komórka; zmieniły się dowody i próg kwalifikacji. Ten dystans między listą a mechanizmem to właśnie praktyczne znaczenie cech charakterystycznych starzenia i zarazem kwestia, którą większość popularnych opracowań pomija.
Ten przewodnik jest przeznaczony dla czytelników, którzy muszą ocenić publikację naukową, a nie nagłówek. Przedstawia, co głosi ta koncepcja, które wyniki przetrwały niezależną replikację, które pozostają jedynie asocjacjami, w którym miejscu rzeczywiście pojawia się chemia syntetyczna i analityczna oraz czego ta dziedzina wciąż nie potrafi zmierzyć. Nie zawiera porad zdrowotnych i nie opisuje żadnego zastosowania jakiejkolwiek substancji u ludzi.
Czym są cechy charakterystyczne starzenia i czego ta koncepcja nie twierdzi
Cecha charakterystyczna jest narzędziem klasyfikacji, a nie przyczyną. Przegląd z 2023 roku otwarcie formułuje kryteria kwalifikacji: cecha charakterystyczna powinna ujawniać się wraz z wiekiem, przyspieszać starzenie, gdy zostanie eksperymentalnie nasilona, oraz dawać możliwość spowolnienia, zatrzymania lub odwrócenia starzenia, gdy stanie się celem terapeutycznym. Te trzy przesłanki są filtrem dla kandydatów. Nie dowodzą, że którykolwiek z kandydatów napędza ten proces.
Artykuł z 2013 roku już w swoich sformułowaniach wyraźnie zaznaczał tymczasowy charakter. Opisywał dziewięć wstępnych cech charakterystycznych jako wspólne mianowniki starzenia w różnych organizmach, z naciskiem na ssaki, i we własnym streszczeniu wskazywał nierozwiązany problem: wyjaśnienie wzajemnych powiązań między kandydującymi cechami charakterystycznymi oraz ich względnego udziału. Dekadę później jest to nadal centralne pytanie badawcze, a nie kwestia rozstrzygnięta.
Wynikają z tego dwie konsekwencje dla osób czytających literaturę. Cecha charakterystyczna nie jest automatycznie celem terapeutycznym, ponieważ proces nasilający się wraz z wiekiem może być odpowiedzią naprawczą, a nie samym uszkodzeniem. Z kolei wynik uzyskany u drożdży, nicieni lub muszek owocowych nie przenosi się automatycznie na ssaki; przegląd z 2013 roku zbudowano wokół szlaków konserwowanych ewolucyjnie właśnie dlatego, że konserwację należy wykazywać w każdym przypadku osobno.
Od dziewięciu cech charakterystycznych w 2013 roku do dwunastu w 2023
Lista z 2013 roku obejmowała: niestabilność genomu, skracanie telomerów, zmiany epigenetyczne, utratę proteostazy, rozregulowane wykrywanie składników odżywczych, dysfunkcję mitochondriów, starzenie komórkowe, wyczerpanie komórek macierzystych oraz zmienioną komunikację międzykomórkową.
Lista z 2023 roku zachowuje wszystkie dziewięć pozycji i dodaje trzy: upośledzoną makroautofagię, przewlekły stan zapalny oraz dysbiozę. Ten sam przegląd łączy też cechy charakterystyczne starzenia z równoległym zestawem proponowanych cech charakterystycznych zdrowia, do których należą kompartmentalizacja przestrzenna, utrzymanie homeostazy oraz adekwatne odpowiedzi na stres.
| Aspekt | Cechy starzenia się, 2013 | Cechy starzenia się, 2023 |
|---|---|---|
| Liczba cech | Dziewięć | Dwanaście |
| Dodane kategorie | Brak | Upośledzona makroautofagia, przewlekły stan zapalny, dysbioza |
| Deklarowane kryteria kwalifikacji | Wspólne mianowniki w różnych organizmach, opisane jako tymczasowe | Trzy wyraźne przesłanki: ujawnianie się wraz z wiekiem, przyspieszenie starzenia po nasileniu, spowolnienie po objęciu działaniem terapeutycznym |
| Wskazany otwarty problem | Wzajemne powiązania i względny udział cech charakterystycznych | Cechy charakterystyczne opisane jako wzajemnie powiązane i związane z proponowanymi cechami zdrowia |
| Czasopismo i rok | Cell, 2013 | Cell, 2023 |
Rzetelne podsumowanie tej zmiany nie brzmi: odkryto trzy nowe mechanizmy. Brzmi ono: trzy procesy zgromadziły wystarczające poparcie eksperymentalne, by przekroczyć próg, który autorzy sami zapisali. Koncepcja rozrosła się, ponieważ przybyło dowodów, a to oznacza, że może rozrosnąć się ponownie.
Które wyniki dotyczące starzenia się nie zostały potwierdzone i dlaczego
Najbardziej pouczającą porażką współczesnej biologii starzenia jest historia sirtuin. Nadekspresja sirtuin, rodziny deacetylaz białek zależnych od dinukleotydu nikotynamidoadeninowego, miała według doniesień wydłużać życie u drożdży pączkujących, u Caenorhabditis elegans i w Drosophila melanogaster. Ponowna analiza z 2011 roku opublikowana w Nature wykazała, że standaryzacja tła genetycznego i zastosowanie odpowiednich kontroli znosiły pozorne efekty zarówno u nicienia, jak i u muszki.
Szczegóły są ważniejsze niż nagłówek. W C. elegans, krzyżowanie linii o wysokiej ekspresji z linią niespokrewnioną znosiło wydłużenie życia, nie znosząc samej nadekspresji; długowieczność segregowała natomiast razem z mutacją w innym locus, wpływającą na neurony czuciowe. W Drosophila, szczep z wszechobecną nadekspresją żył dłużej niż kontrole typu dzikiego, jak wcześniej opisywano, ale nie dłużej niż odpowiednie kontrole transgeniczne. To samo badanie wykazało, że restrykcja dietetyczna wydłużała życie muszek niezależnie od genu sirtuiny. Autorzy nie wnioskowali, że sirtuiny nie mają znaczenia dla długości życia; wnioskowali, że wcześniej opisywane efekty nie były odporne na tło genetyczne i mutagenne skutki insercji transgenu.
To ogólna lekcja dla czytających literaturę tej dziedziny. Gdy efekt znika przy lepszych kontrolach, właściwe pytanie brzmi, której kontroli zabrakło, a nie, czy cząsteczka jest obecnie modna.
Dlaczego badania długości życia wykorzystują genetycznie zróżnicowane myszy
Kontrprzykładem jest rapamycyna. W 2009 roku wieloośrodkowe badanie opublikowane w Nature wykazało, że rapamycyna podawana w paszy od 600. dnia życia wydłużała medianę i maksymalną długość życia u samców i samic myszy. Na podstawie wieku, w którym śmiertelność osiągała dziewięćdziesiąt procent, wzrost wyniósł czternaście procent u samic i dziewięć procent u samców. Efekt zaobserwowano w trzech niezależnych ośrodkach badawczych, u genetycznie heterogenicznych myszy, dobranych tak, by uniknąć wpływu specyficznego dla genotypu na podatność na choroby.
Drugi raport, opublikowany w 2011 roku przez częściowo pokrywający się zespół i finansowany z tych samych grantów National Institute on Aging, dotyczył rapamycyny podawanej w pokarmie od dziewiątego miesiąca życia. Mediana przeżycia wydłużyła się w nim średnio o dziesięć procent u samców i osiemnaście procent u samic, z istotnymi wzrostami, w tym maksymalnej długości życia, w każdym z trzech ośrodków badawczych. W tym badaniu resweratrol i symwastatyna nie miały istotnego wpływu na przeżycie u żadnej z płci.
Siłę tych dowodów zapewniają trzy elementy schematu badania: heterogeniczność genetyczna, trzy niezależne laboratoria i przeżycie jako punkt końcowy. Historia sirtuin poległa już na pierwszym z nich i dlatego to schemat badania, a nie związek, warto naśladować. Nic z tego nie jest stwierdzeniem o starzeniu się człowieka, a krzywa przeżycia myszy nie upoważnia do ekstrapolacji.
Gdzie naprawdę pojawia się chemia
Cząsteczki stosowane jako sondy w tej dziedzinie nie mają ze sobą pod względem struktury prawie nic wspólnego. Rapamycyna, znana również jako sirolimus, to makrolid o wzorze sumarycznym C51H79NO13 i masie cząsteczkowej około 914, figurujący w PubChem jako CID 5284616, o numerze CAS 53123-88-9. Spermidyna to triamina o wzorze C7H19N3 i masie cząsteczkowej około 145, PubChem CID 1102. Metformina to biguanid o wzorze C4H11N5 i masie cząsteczkowej około 129, PubChem CID 4091.
Pięćdziesięciojednowęglowy makrocykliczny lakton i siedmiowęglowa poliamina to nie ten sam problem analityczny. Pierwszy jest duży, silnie podstawiony i bogaty w centra stereogeniczne. Druga jest mała, silnie zasadowa, słabo retencjonowana na konwencjonalnych kolumnach w układzie faz odwróconych i praktycznie niewidoczna dla detekcji w nadfiolecie bez derywatyzacji. Koncepcja cech charakterystycznych grupuje takie związki według szlaku, który zaburzają, nigdy według ich chemii, a ta rozbieżność jest częstym źródłem nieporozumień w opracowaniach wtórnych.
Praktyczna konsekwencja jest mało efektowna, ale rozstrzygająca: wynik biologiczny jest tylko tak wiarygodny, jak tożsamość i czystość materiału, który go dał. Jeśli badany związek zawiera nieprzypisane zanieczyszczenie, opisana aktywność może pochodzić od zanieczyszczenia, a nie od wskazanej cząsteczki. To dane z charakterystyki analitycznej, a nie nazwa katalogowa, sprawiają, że substancja badawcza może służyć jako dowód, i dlatego w naszych warunkach dostawy każdy produkt jest traktowany wyłącznie jako materiał laboratoryjny.
Dlaczego zegary epigenetyczne to korelacja, a nie przyczynowość
Wielotkankowy zegar epigenetyczny opublikowany w 2013 roku opracowano na około ośmiu tysiącach próbek z osiemdziesięciu dwóch zbiorów danych z mikromacierzy metylacji DNA, obejmujących pięćdziesiąt jeden zdrowych tkanek i typów komórek, i opiera się on na 353 miejscach CpG. Jego opisane właściwości są uderzające: szacowany wiek bliski zeru dla zarodkowych i indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, korelacja z liczbą pasaży komórek, wysoce dziedziczna miara przyspieszenia wieku i stosowalność do tkanek szympansa. W sześciu tysiącach próbek nowotworowych z trzydziestu dwóch zbiorów danych wszystkie dwadzieścia rozważanych typów nowotworów wykazywało istotne przyspieszenie wieku, średnio o trzydzieści sześć lat.
Oto ograniczenie, które nagłówki pomijają. Zegar wytrenowany do przewidywania wieku chronologicznego mierzy to, na czym był trenowany. Odchylenie od tej predykcji, zwykle nazywane przyspieszeniem wieku, jest jedynie asocjacją z punktami końcowymi, dopóki eksperyment nie wykaże inaczej. Autor zegara z 2013 roku zaproponował, że mierzy on skumulowany efekt działania systemu podtrzymywania stanu epigenetycznego, co jest hipotezą o tym, co marker odzwierciedla, a nie dowodem, że przesunięcie markera zmienia biologię. Różnica między wiekiem chronologicznym a wiekiem biologicznym w rozumieniu tej literatury jest wynikiem modelowania, a nie bezpośrednio zmierzoną wielkością.
Czy dłuższe telomery chronią przed chorobami?
Skracanie telomerów pojawia się na obu listach cech charakterystycznych, więc intuicyjnie można sądzić, że dłuższe telomery muszą być lepsze. Badanie z wykorzystaniem randomizacji mendlowskiej opublikowane w 2017 roku w JAMA Oncology przetestowało tę intuicję, wykorzystując germinalne warianty genetyczne jako zmienne instrumentalne, przy danych sumarycznych dostępnych dla 35 nowotworów i 48 chorób nienowotworowych, co odpowiadało 420 081 przypadków i 1 093 105 kontroli.
Większa długość telomerów wynikająca ze zmienności genetycznej linii zarodkowej wiązała się na ogół ze zwiększonym ryzykiem nowotworów określonych narządów. Najsilniejsze ilorazy szans na odchylenie standardowe genetycznie zwiększonej długości opisano dla glejaka, 5,27, surowiczego raka jajnika o niskim potencjale złośliwości, 4,35, gruczolakoraka płuca, 3,19, i nerwiaka zarodkowego, 2,98. Dla chorób psychicznych, autoimmunologicznych, zapalnych i cukrzycowych dowody związku były na ogół słabe, z wyjątkami działającymi w przeciwną stronę: choroba wieńcowa 0,78, tętniak aorty brzusznej 0,63, celiakia 0,42 i śródmiąższowa choroba płuc 0,09.
Autorzy doszli do wniosku, że dłuższe telomery prawdopodobnie zwiększają ryzyko kilku nowotworów, jednocześnie zmniejszając ryzyko niektórych chorób nienowotworowych, w tym chorób sercowo-naczyniowych. Cecha charakterystyczna może zatem wskazywać przeciwne kierunki w zależności od badanego punktu końcowego, co jest najmocniejszym pojedynczym argumentem przeciwko odczytywaniu listy cech charakterystycznych jako listy wielkości do maksymalizacji lub minimalizacji.
Czy starzenie komórkowe jest przyczyną czy skutkiem starzenia się?
Starzenie komórkowe to cecha charakterystyczna, za którą stoi najczystszy eksperyment przyczynowy. Opublikowane w 2011 roku w Nature badanie wykorzystało transgen INK-ATTAC do eliminowania na żądanie komórek p16Ink4a-dodatnich u myszy o progeroidalnym tle genetycznym BubR1. Usuwanie tych komórek przez całe życie opóźniało wystąpienie zmian związanych z wiekiem w tkance tłuszczowej, mięśniach szkieletowych i oku, a ich usuwanie w późnym okresie życia osłabiało progresję zaburzeń już rozwiniętych. Autorzy uznali to za dowód, że starzenie komórkowe jest przyczynowo zaangażowane w powstawanie fenotypów związanych z wiekiem w tym modelu.
Dowody dotyczące ludzi są znacznie skromniejsze. Do opublikowanego w 2019 roku otwartego badania pilotażowego, pierwszego z udziałem ludzi, włączono czternastu uczestników z idiopatycznym włóknieniem płuc. Głównymi punktami końcowymi były retencja uczestników i ukończenie zaplanowanych ocen klinicznych, a nie skuteczność. Sprawność fizyczna mierzona dystansem w teście sześciominutowego marszu, prędkością chodu na odcinku czterech metrów i czasem wstawania z krzesła poprawiła się istotnie; czynność płuc, parametry biochemii klinicznej i zgłaszany stan zdrowia nie zmieniły się; zgłoszono jedno ciężkie zdarzenie niepożądane, a wpływ na krążące czynniki fenotypu sekrecyjnego związanego ze starzeniem komórkowym był niejednoznaczny. Nie było grupy kontrolnej, a autorzy przedstawili badanie jako potwierdzające wykonalność i uzasadniające większe randomizowane badania kontrolowane.
Wynik przyczynowy w mysim modelu progeroidalnym i badanie pilotażowe na czternastu pacjentach to nie ten sam rodzaj dowodów. W przepaści między nimi mieści się większość przesadnych twierdzeń w tej dziedzinie.
Co stanowi zwalidowany biomarker starzenia
Jak dotąd żaden, jeśli rozumieć przez to miarę zakwalifikowaną w drodze konsensusu. Artykuł koncepcyjny z 2023 roku w Cell na temat biomarkerów starzenia stawia sprawę jasno: obecny brak standardów i konsensusu co do właściwości wiarygodnego biomarkera starzenia utrudnia ich dalszy rozwój i walidację do zastosowań klinicznych. Artykuł rozwija terminologię, klasyfikację i potencjalne zastosowania kliniczne, omawia etapy walidacji oraz wskazuje pozostałe wyzwania jako obszary wymagające dalszych badań.
Taki jest stan wiedzy, o którym warto pamiętać, czytając jakiekolwiek twierdzenia o długowieczności. Opublikowany w 2019 roku w Nature przegląd opisuje badania nad starzeniem się jako wkraczające w nową erę o implikacjach medycznych, komercyjnych i społecznych, co jest stwierdzeniem o dynamice rozwoju, a nie o sprawdzonych interwencjach. Dynamika i walidacja to różne rzeczy i tylko jedna z nich ma miejsce w specyfikacji.
Często zadawane pytania
Ile jest obecnie cech charakterystycznych starzenia?
Dwanaście, zgodnie z aktualizacją z 2023 roku opublikowaną w Cell. Pierwotny artykuł z 2013 roku proponował dziewięć: niestabilność genomu, skracanie telomerów, zmiany epigenetyczne, utratę proteostazy, rozregulowane wykrywanie składników odżywczych, dysfunkcję mitochondriów, starzenie komórkowe, wyczerpanie komórek macierzystych oraz zmienioną komunikację międzykomórkową. Rewizja z 2023 roku zachowuje wszystkie dziewięć i dodaje upośledzoną makroautofagię, przewlekły stan zapalny oraz dysbiozę jako odrębne cechy charakterystyczne.
Jaka jest różnica między cechami starzenia się z 2013 roku a tymi z 2023 roku?
Wersja z 2023 roku dodaje trzy cechy charakterystyczne i formułuje wyraźne kryteria kwalifikacji: kandydat powinien ujawniać się wraz z wiekiem, przyspieszać starzenie po eksperymentalnym nasileniu oraz pozwalać na spowolnienie, zatrzymanie lub odwrócenie starzenia, gdy stanie się celem terapeutycznym. Artykuł z 2013 roku określał swoje dziewięć cech charakterystycznych jako wstępne i wskazywał ich wzajemne powiązania oraz względny udział jako główne nierozwiązane wyzwanie.
Czy wyniki dotyczące wydłużenia życia przez sirtuiny zostały powtórzone?
Nie w warunkach standaryzowanych. Ponowna analiza z 2011 roku opublikowana w Nature wykazała, że standaryzacja tła genetycznego i zastosowanie odpowiednich kontroli transgenicznych znosiły opisywane wydłużenie życia wynikające z nadekspresji sirtuin u obu organizmów C. elegans i Drosophila. U nicienia długowieczność segregowała razem z mutacją w innym locus, wpływającą na neurony czuciowe, a nie z samą nadekspresją.
Czy rapamycyna wydłuża życie myszy?
Tak, u genetycznie heterogenicznych myszy, w trzech niezależnych ośrodkach badawczych, w dwóch odrębnych raportach. Podawana od 600. dnia życia rapamycyna podniosła wiek, w którym śmiertelność osiąga dziewięćdziesiąt procent, o czternaście procent u samic i dziewięć procent u samców. Przy podawaniu w pokarmie od dziewiątego miesiąca życia mediana przeżycia wzrosła średnio o osiemnaście procent u samic i dziesięć procent u samców.
Czy zegary epigenetyczne są miarą wieku biologicznego?
To predyktory wytrenowane na wieku chronologicznym, więc odchylenia od predykcji są asocjacjami, dopóki eksperyment nie wykaże inaczej. Wielotkankowy zegar z 2013 roku wykorzystuje 353 miejsca CpG, opracowano go na około ośmiu tysiącach próbek z pięćdziesięciu jeden zdrowych tkanek i typów komórek, a w tkance nowotworowej wykazał średnie przyspieszenie wieku o trzydzieści sześć lat. Trafność predykcji nie jest dowodem mechanizmu.
Czy dłuższe telomery chronią przed chorobami?
Nie we wszystkich przypadkach. Analiza z 2017 roku oparta na randomizacji mendlowskiej, obejmująca 35 nowotworów i 48 chorób nienowotworowych, wykazała, że genetycznie wydłużone telomery były na ogół związane z wyższym ryzykiem nowotworów określonych narządów, w tym glejaka i gruczolakoraka płuca, a jednocześnie z niższym ryzykiem choroby wieńcowej, tętniaka aorty brzusznej i śródmiąższowej choroby płuc. Kierunek efektu zależy od badanego punktu końcowego.
Czy istnieje zwalidowany biomarker starzenia się?
Nie istnieje biomarker zakwalifikowany w drodze konsensusu. Artykuł koncepcyjny z 2023 roku w Cell wskazuje, że to właśnie brak uzgodnionych standardów i konsensusu co do tego, czym jest wiarygodny biomarker starzenia, stanowi przeszkodę w dalszym rozwoju i walidacji do zastosowań klinicznych. Artykuł proponuje terminologię, klasyfikację i etapy walidacji, zamiast uznawać którąkolwiek z istniejących miar za zwalidowaną.
Dlaczego w badaniach nad długością życia wykorzystuje się myszy o zróżnicowanym materiale genetycznym?
Aby pojedynczy genotyp nie przesądzał o wyniku. Szczepy wsobne mają specyficzne dla szczepu podatności na choroby, które mogą udawać efekt starzenia; to samo mogą powodować miejsca insercji transgenów, co pokazała ponowna analiza sirtuin. Oba wieloośrodkowe raporty dotyczące rapamycyny wykorzystywały genetycznie heterogeniczne myszy, dobrane właśnie po to, aby uniknąć wpływu specyficznego dla genotypu na podatność na choroby, w trzech niezależnych ośrodkach badawczych.
Bibliografia
- Lopez-Otin C, Blasco MA, Partridge L, Serrano M, Kroemer G. The Hallmarks of Aging. Cell, 2013;153
- Lopez-Otin C, Blasco MA, Partridge L, Serrano M, Kroemer G. Hallmarks of aging: An expanding universe. Cell, 2023;186
- Burnett C, et al. Absence of effects of Sir2 overexpression on lifespan in C. elegans and Drosophila. Nature, 2011;477
- Harrison DE, et al. Rapamycin fed late in life extends lifespan in genetically heterogeneous mice. Nature, 2009;460
- Miller RA, et al. Rapamycin, But Not Resveratrol or Simvastatin, Extends Life Span of Genetically Heterogeneous Mice. Journal of Gerontology Series A, 2011;66A
- Horvath S. DNA methylation age of human tissues and cell types. Genome Biology, 2013;14
- Haycock PC, et al. Association Between Telomere Length and Risk of Cancer and Non-Neoplastic Diseases: A Mendelian Randomization Study. JAMA Oncology, 2017;3
- Baker DJ, et al. Clearance of p16Ink4a-positive senescent cells delays ageing-associated disorders. Nature, 2011;479
- Justice JN, et al. Senolytics in idiopathic pulmonary fibrosis: results from a first-in-human, open-label, pilot study. EBioMedicine, 2019;40
- Moqri M, et al. Biomarkers of aging for the identification and evaluation of longevity interventions. Cell, 2023;186
- Campisi J, et al. From discoveries in ageing research to therapeutics for healthy ageing. Nature, 2019;571
- PubChem Compound Summary CID 5284616, sirolimus. National Library of Medicine
Tylko do celów badawczych. Nonsensia dostarcza wzorce analityczne do zastosowań laboratoryjnych i badawczych. Niniejszy artykuł jest publikowany w celach naukowych i edukacyjnych. Nie stanowi on porady medycznej, nie opisuje żadnego zastosowania u ludzi, a nic w nim zawartego nie powinno być odczytywane jako zalecenie podania jakiejkolwiek substancji osobie lub zwierzęciu.
Kategorie: Nauka o długowieczności
Nonsensia dostarcza omawiane w tym przewodniku związki jako wzorce analityczne do użytku laboratoryjnego i badawczego.