Sissejuhatus
Vananemise biomarkerite mõistmine on vananemisprotsessi mõistmiseks ja tõhusate strateegiate väljatöötamiseks tervise ja pikaealisuse edendamiseks võtmetähtsusega. Need biomarkerid pakuvad mõõdetavaid bioloogilise vanuse näitajaid, mis võimaldavad teadlastel ja arstidel hinnata, kui hästi keha toimib pärast kronoloogilisi aastaid.
Vananemisprotsessi hindamine mitmest vaatenurgast annab tervikliku ülevaate, alates molekulaarsetest markeritest, nagu telomeeri pikkus ja DNA metüülimise kellad, kuni fenotüüpsete näitajateni, nagu haardetugevus ja kõndimiskiirus. Käesolevas artiklis vaadeldakse vananemise asjakohaseid biomarkereid, sealhulgas molekulaarseid, fenotüüpseid, diagnostilisi ja epigeneetilisi markereid, vananemise kulgemise mõistmisel, prognoosimisel ja potentsiaalsel muutmisel.
Vananemise biomarkerid võivad põhineda fenotüüpilistel andmetel (füüsiline funktsioon ja antropomeetria) ja molekulaarsetel andmetel (nt telomeeri pikkus, epigeneetilised kellad ja laboratoorsed vere biomarkerid). Rutiinseid laboratoorsed biomarkerid mõõdetakse tavaliselt akrediteeritud kliinilistes laborites standardiseeritud meetodite alusel. Terviklike laboratoorsete, epigeneetiliste, mitteepigeneetiliste ja füüsilise võimekuse ja elundifunktsiooni biomarkerite ning vananemismarkerite kombinatsioon on tõenäoliselt võti kehtiva kombineeritud vananemise biomarkeri koostamiseks.
Standardiseeritud (komposiit)vananemise biomarker, mis mõõdab konkreetselt kõiki olulisi vananemise aspekte, on siiski veel kehtestamata ja täielikult valideerimata.
Vananemise molekulaarsed biomarkerid
Vananemise molekulaarsed biomarkerid põhinevad kõrge läbilaskevõimega analüüsidel, mille ennustusväärtus on sageli teadmata ja mida kasutatakse peamiselt ainult teadusuuringute kontekstis. Need on enamasti nn kõik genoomi tasandi ("omics") biomarkerid.
| Biomarkerite kategooria | Biomarkeri alamkategooria | Biomarker | Trend vanusega |
| DNA ja kromosoomid | Telomeer | Leukotsüütide telomeeri pikkus | Väheneb |
| DNA ja kromosoomid | DNA parandamine | γ-H2A.X immunohistokeemia | Suureneb |
| DNA ja kromosoomi | Epigeneetiline modifikatsioon | DNA metülatsioon | Globaalne hüpometülatsioon ja lokaalne hüpermetülatsioon |
| RNA transkriptoom | Transkriptoomi profiilid | CD38 heterogeensus CD4+ ja CD27+ T-rakkudes | Vähenemine |
| RNA transkriptoom | CD197 heterogeensus CD4+ ja CD25+ T-rakkudes. | Suureneb | |
| RNA transkriptoom | Tsirkuleerivad mikroRNAd (miRNAd) | miR-34a, miR-21, miR-126-3p | Suurenevad |
| RNA transkriptoomi | miR-151a-3p, miR-181a-5p, miR-1248 | Vähendavad | |
| RNA transkriptoom | Pikad mittekodeerivad RNAd | MIR31HG | Rakkude vananemise suurenemine |
| RNA transkriptoom | AK156230 | Rakkude vananemise vähenemine | |
| RNA transkriptoom | Meg3 | Rakkude vananemise suurenemine | |
| Metabolism | Toitainete tajumine | Kasvuhormoon ja insuliin/insuliini-sarnane kasvufaktor 1 (IGF-1) | Vähendavad |
| Ainevahetus | Rapamütsiini mehaaniline sihtmärk (mTOR) ja pS6RP | Suurendavad | |
| Metabolism | NAD+, SIRT1, SIRT2, SIRT3, SIRT6 | Vähendavad | |
| Metabolism | Valgu ainevahetus | Valgu karbamüülimine, näiteks homotsitrulliini määr | Suurendada |
| Metabolism | Täiustatud glükatsioonilõppproduktid ja N-glükaanid | Suurendavad | |
| Metabolism | Lipiidide ainevahetus | Triglütseriidid | Suurendada |
| Oksüdatiivne stress ja mitokondrid | o-türosiin, 3-klorotürosiin, 3-nitrotürosiin, 8-iso prostaglandiin F2α, 8-hüdroksü-2′-deoksüguanosiin, 8-hüdroksüguanosiin | Suurendada | |
| Rakkude vananemine | Senestsentsiga seotud β-galaktosidaas | Rakkude vananemise suurenemine | |
| Raku vananemine | p16INK4A | Rakkude vananemise suurenemine | |
| Põletik ja rakkudevaheline side | Senestsentsiga seotud sekretoorne fenotüüp | Suureneb |
Tabel: Vananemise molekulaarsed biomarkerid.
Allikas: Xia, X. & Chen, W. & McDermott, J. & Han, J. (2017). Vananemise molekulaarsed ja fenotüüpilised biomarkerid. F1000Research 6: 860.
GlycanAge veretest
GlycanAge on kodus tehtav vereanalüüs, mis analüüsib kehas olevaid glükaane (rakke katvaid suhkruid), et määrata teie bioloogilist vanust. Nad vaatavad teie IgG glükaanide koostist (mis reguleerib madala astme kroonilist põletikku ja juhib vananemist). GlycanAge'i tehnoloogia läheb olemasolevatest bioloogilise vanuse testidest kaugemale, integreerides vananemise geneetilised, epigeneetilised ja keskkonnaaspektid(1).
LISATEAVE GLÜKANAAŽITESTI KOHTA LEIATE SIIT
Vananemise fenotüüpilised biomarkerid
Mittemolekulaarsed fenotüüpilised biomarkerid kirjeldavad keha füsioloogilisi funktsioone, täpsemalt füüsilist võimekust ja elundifunktsiooni. Vananemine toob kaasa muutused enamiku rakkude, kudede ja organsüsteemide struktuurilisel, funktsionaalsel ja molekulaarsel tasandil. Vananemisele on omane kudede säilitusfunktsioonide järkjärguline ja järkjärguline kadumine.(2)
| Biomarkerite kategooria | Biomarker | Suundumus vanusega |
| Füüsiline funktsioon | Kõndimise kiirus | Vähenemine |
| Tooliga seismine | Vähenemine | |
| Seisev tasakaal | Vähendada | |
| Haarde tugevus | Vähenda | |
| Antropomeetria | Lihasmass | Vähenemine |
| Kehamassiindeks | Suurenemine | |
| Vöökoha ümbermõõt | Suurenemine | |
| Näojooned | Suu laius | Suurendada |
| Nina laius | Suurendada | |
| Suu-nina kaugus | Suurendada | |
| Silmanurga kalle | Vähendada |
Tabel: Vananemise fenotüüpilised biomarkerid.
Allikas: Xia, X. & Chen, W. & McDermott, J. & Han, J. (2017). Vananemise molekulaarsed ja fenotüüpilised biomarkerid. F1000Research 6: 860.
Vananemise diagnostilised biomarkerid
Diagnostilised biomarkerid aitavad diagnoosida, kinnitada või välistada haigust. Nad võivad olla prognostilised surma (suremus) või haiguse tekkimise ja progresseerumise (haigestumus) suhtes. Diagnostilised biomarkerid võivad olla ka prognoosivad mõne ravi edukuse või ebaõnnestumise jälgimiseks. Neid biomarkereid kasutatakse ka ennetavas tervishoius, et ennustada ja, mis veelgi tähtsam, ennetada haiguse teket.
| Võimalikud biomarkerid | Vanusega seotud protsess | Tulemus võib olla seotud vananemisega |
| Lümfotsüüdid / WBC (täielik vereanalüüs) [PA] | Põletik ja autoimmuunhäired | Krooniliselt langenud või kõrgenenud |
| Insuliin | Insuliiniresistentsus ja diabeetiline seisund | Krooniliselt kõrgenenud |
| Glükoos ja paastuglükoos | Insuliiniresistentsus ja diabeetiline seisund | Krooniliselt kõrgenenud |
| C-reaktiivne valk (CRP/hs-CRP) [IA & PA] | Põletik, vähk ja südame-veresoonkonna haigused | Krooniliselt kõrgenenud |
| Kolesterool | Südame- ja veresoonkonnahaigused | Krooniliselt langenud või kõrgenenud |
| Albumiin [PA] | Neerude ja maksa talitlushäired | Langenud |
| IL-6 [PA] | Põletik | Kõrgenenud |
| Tumornekroosifaktor alfa (TNF-α) | Põletik ja vähk | Kõrgenenud |
| Hemoglobiin | Aneemia ja muud vereloomehäired | Krooniliselt langenud või kõrgenenud |
| Insuliinilaadne kasvufaktor 1 (IGF-1) | Ainevahetushaigused | Kõrgenenud |
| LDL-kolesterool | Kardiovaskulaarsed haigused | Krooniliselt langenud või kõrgenenud |
| Triglütseriidid | Kardiovaskulaarne haigus | Krooniliselt kõrgenenud |
| HDL-kolesterool | Kardiovaskulaarne haigus | Krooniliselt langenud |
| Kreatiniin [PA] | Neerufunktsiooni häire | Kõrgenenud |
| Monotsüüdid | Põletik | Krooniliselt kõrgenenud |
| Glükoositud hemoglobiin (HbA1C) | Insuliiniresistentsus ja diabeetiline seisund | Kõrgenenud |
| Tsüstatiin C | Neerude talitlushäired | Kõrgenenud |
| NT-proBNP | Südamepuudulikkus | Kõrgenenud |
| Aluseline fosohataas [PA] | Maksakahjustus ja luuhäired | Krooniliselt kõrgenenud |
| Hematokrit/RBC (täielikus verepildis) | Aneemia | Krooniliselt langenud või kõrgenenud |
| D-dimer | Hüperkoagulatiivne seisund | Kõrgenenud |
| IL-8 [IA] | Põletik | Kõrgenenud |
| Plasminogeeni aktivaatori inhibiitor-1 (PAI1) | Protrombootiline seisund vähi ja muude ägedate faaside korral | Krooniliselt kõrgenenud |
| Bilirubiin | Maksafunktsiooni häired | Krooniliselt kõrgenenud |
| Urea | Renaalne düsfunktsioon | Krooniliselt kõrgenenud |
| IL-15 | Põletik | Krooniliselt kõrgenenud |
| MCV (täielikus verepildis) | Aneemia ja muud vereloomehäired | Krooniliselt langenud või kõrgenenud |
| MCHC (täielik vereanalüüs) | Aneemia ja muud vereloome häired | Krooniliselt langenud või kõrgenenud |
| CD4/CD8 suhe | Immuunpuudulikkus ja autoimmuunsus | Krooniliselt langenud |
| C-peptiid (eelistatakse insuliini) | Insuliiniresistentsus ja diabeetiline seisund | Krooniliselt kõrgenenud |
| IL1-β | Põletik | Krooniliselt kõrgenenud |
Tabel: Võimalikud rutiinsed laboratoorsed veremarkerid.
Allikas kohandatud allikast: Hartmann, A. et al. (2021). Vananemise biomarkerite järjestamine tsitaatprofiili ja pingutuse hindamise abil. Frontiers in Genetics 12: 797.
Epigeneetilised laboratoorsed biomarkerid
Epigenoom on dünaamiline süsteem, mis mängib vananemises olulist rolli. DNA metülatsioon ja histoonide modifikatsioonid muutuvad kronoloogilise vanuse ja krooniliste haiguste puhul aja jooksul. 3) Vananemine on seotud üldise hüpometülatsiooni ja lokaalse hüpermetülatsiooniga. DNA metülatsiooni asjakohaseks analüüsimiseks on välja töötatud erinevad "epigeneetilised kellad" (näiteks Horvathi kell, Weidneri kell ja Hannumi kell)(4).
| Potentsiaalne biomarker | Materjal ja meetod | Prognoos |
| DNA metülatsiooni ja vananemise kella: | ||
| Horvathi kell | DNA (metüülimise analüüs) | Kronoloogiline vanus |
| Hannumi kell | DNA (metüülimisanalüüs) | Kronoloogiline vanus |
| DNAm GrimAge | DNA (metüülimisanalüüs) | Bioloogiline vanus |
| DNAm PhenoAge | DNA (metüülimisanalüüs) | Bioloogiline vanus |
| Weidneri kell | DNA (metülatsiooni analüüs) | Kronoloogiline vanus |
| EpiTOC | DNA (metülatsiooni analüüs) | Bioloogiline vanus |
| miRNA (mikroRNA) | RNA (järgmise põlvkonna sekveneerimise mikrolaiendid) | Haigestumus, suremus |
| Mittekodeerivate RNAde ekspressiooniprofiilid | RNA (sekveneerimine) | Kronoloogiline vanus |
| exRNA (rakuväline RNA) | Veri/plasma (järgmise põlvkonna sekveneerimine) | Haigestumus, suremus |
| Histooni modifikatsioonid: | ||
| H4K20 metülatsioon | Veri/plasma (mitu meetodit) | Raku stress |
| H4K16 atsetüleerimine | Veri/plasma (mitu meetodit) | Raku stress |
| H3K4 metülatsioon | Valguekstrakt (mitu meetodit) meetodid) | Raku stress |
| H3K9 metülatsioon | Kudede DNA (mitu meetodit) | Raku stress |
| H3K27 metülatsioon | Kudede DNA (mitu meetodit) | Raku stress |
| Kromatiini ümberkujundamine | DNA (kromatiini remodelleerimise testid) | Kronoloogiline vanus |
Tabel: Potentsiaalsed epigeneetilised biomarkerid.
Allikas kohandatud allikast: Hartmann, A. et al. (2021). Vananemise biomarkerite järjestamine tsitatsiooniprofiili ja pingutuse hindamise abil. Frontiers in Genetics 12: 797.
Kokkuvõttes: Vananemine on äärmiselt keeruline ja väga individuaalne protsess, mida ei ole täielikult mõistetud. Seetõttu võivad paljud vananemisega seotud biomarkerid ainult kriimustada pinda ja anda konkreetse vaatenurga, mis vananemisega kaasneb. Seega võib laiaulatuslik rutiinsete laboratoorsete testide, epigeneetiliste testide, molekulaarsete biomarkerite ja fenotüüpsete markerite kombinatsioon olla parim lahendus, et hinnata terviklikku ülevaadet individuaalsest vananemisprotsessist.
DNAm PhenoAge - lihtne bioloogilise vananemise biomarkertest
Levine jt. 2018. aasta uuringus tutvustati uudset lähenemist vananemise epigeneetilise biomarkeri väljatöötamiseks, kasutades DNA metülatsiooni (DNAm). See uus biomarker, DNAm PhenoAge, kujutab endast olulist edasiminekut võrreldes varasemate markeritega, keskendudes pigem fenotüüpilisele vanusele kui kronoloogilisele vanusele, mille tulemuseks on paremad tervise ja suremusriski prognoosid. DNAm PhenoAge näitab märkimisväärset võimet ennustada mitmesuguseid haigestumuse ja suremuse tulemusi, eelkõige südame-veresoonkonna- ja südame isheemiatõbe. Erinevalt varasematest biomarkeritest laiendab DNAm PhenoAge oma ennustusvõimet vereproovidest ka teistele kudedele.(4)
Biomarkeri mõõdukalt pärilikkus on seotud immuunpuudulikkuse markeritega, põletikuprotsessidega ja mitmesuguste vananemisega seotud teguritega. DNAm PhenoAge on varasematest epigeneetilistest biomarkeritest parem, kuna ta valib spetsiifiliselt CpG-kohti, mis on optimeeritud füsioloogilise düsregulatsiooni prognoosimiseks. Kuigi selle eesmärk ei ole asendada kliinilisi biomarkereid meditsiinilistes otsustes, pakub DNAm PhenoAge väärtuslikke teadmisi vananemismehhanismide kohta ja vananemise hindamist. sekkumised.
Lisaks sellele muudab biomarkeri võime eristada prekliinilist vananemist ja raku-/koespetsiifilist vananemise määra väärtuslikuks vahendiks mitmesugustes vanusega seotud uuringutes. Uuringus uuritakse DNAm PhenoAge ja transkriptsiooniradade vahelisi seoseid, paljastades seoseid põletikuvastaste, interferoonide ja kahjustuste parandamise radadega. Võimalik on DNAm PhenoAge'i pärilikkus, mis nõuab edasisi uuringuid selle geneetilise arhitektuuri paljastamiseks.
Huvitaval kombel jääb DNAm PhenoAge aja jooksul suhteliselt stabiilseks, mis tekitab küsimusi geneetika mõju ning sotsiaalsete ja käitumisharjumuste püsivuse kohta. Biomarkeri võimalikud rakendused hõlmavad vananemisega seotud sekkumiste hindamist ja vananemisprotsessi dünaamika tundmaõppimist. DNAm PhenoAge osutub paljulubavaks biomarkeriks, millel on mõju vananemismehhanismide alusuuringutele ja praktilistele translatiivsetele rakendustele.
DNAm PhenoAge testis sisalduvate biomarkerite loetelu:
- Albumiin (g/L) - maks
- Kreatiniin (μmol/L) - neerud.
- Glükoos, seerum (mmol/L) - ainevahetus.
- C-reaktiivne valk (mg/dl) - põletik
- Keskmine rakumaht (fL) - immuunsüsteem
- Erütrotsüütide jaotuse laius (%) - immuunsüsteem
- Aluseline fosfataas (U/L) - maksa
- Valgeliblede arv (1000 rakku/μL) - immuunsüsteem.
Arvutage oma DNAm PhenoAgesiin (kui teil on kõik eespool nimetatud biomarkerid testitud).
Kokkuvõte
Vananemine on mitmetahuline ja väga individuaalne protsess, mida mõjutavad molekulaarsed, rakulised ja füsioloogilised muutused. Vananemise biomarkerid, mis ulatuvad telomeeri pikkusest ja DNA metüülimustritest kuni füüsilise jõudluse ja elundifunktsiooni näitajateni, pakuvad väärtuslikku raamistikku selle keerukuse uurimiseks ja juhtimiseks. Hoolimata märkimisväärsetest edusammudest ei hõlma ükski standardiseeritud biomarker täielikult kõiki vananemise mõõtmeid, mis rõhutab vajadust integreerivate lähenemisviiside järele, mis kombineerivad mitut liiki biomarkereid. Sellised vahendid nagu DNAm PhenoAge on paljulubav samm edasi, andes ülevaate vananemise bioloogilistest mehhanismidest ja võimalikest sekkumistest. Edasise arengu, teadusuuringute ja kogemuste abil on need biomarkerid jätkuvalt kriitilised vahendid täppismeditsiini edendamiseks, tervisliku vananemise edendamiseks ja pikaealisuse strateegiate optimeerimiseks.
Teaduslikud viited:
- Dall'Olio, F., & Malagolini, N. (2021). Immunoglobuliin G glükosüülimuutused vananemise ja teiste põletikuliste seisundite korral. Antibody Glycosylation, 303-340.
- López-Otín, C. & Blasco, M. & Partridge, L. & Serrano, M. & Kroemer, G. (2013). Vananemise tunnused. Cell 153 (6): 1194–1217.
- Ashapkin, V. & Kutueva, L. & Vanyushin, B. (2019). Epigeneetiline kell: lihtsalt mugav marker või vananemise aktiivne mõjutaja? Ülevaated biomarkerite uuringutest vananemise ja vananemisvastaste uuringute kohta. 175-206.
Täiendavad viited tabelitele ja biomarkeritele:
- Xia, X. & Chen, W. & McDermott, J. & Han, J. (2017). Vananemise molekulaarsed ja fenotüüpilised biomarkerid. F1000Research 6: 860.
- Hartmann, A. et al. (2021). Vananemise biomarkerite järjestamine tsitatsiooniprofiili ja pingutuse hindamise abil. Frontiers in Genetics. 12: 797.