Роль клеточного старения в старении яичников

npj Aging | (2024) 10:35.

doi.org

The role of cellular senescence in ovarian aging

Jéssica D. Hense, José V. V. Isola, Driele N. Garcia, Larissa S. Magalhães, Michal M. Masternak, Michael B. Stout, Augusto Schneider

В этом обзоре рассматривается связь между старением яичников и накоплением сенесцентных клеток, а также эффективность сенолитиков для продления репродуктивного долголетия. Репродуктивное долголетие определяется возрастным снижением овариального резерва, что приводит к снижению фертильности и в конечном итоге к менопаузе. Клеточное старение — это состояние постоянной остановки клеточного цикла и устойчивости к апоптозу. Стареющие клетки накапливаются в тканях, тем самым способствуя хроническому воспалению и возрастным заболеваниям. Яичники также, по-видимому, накапливают стареющие клетки, что может способствовать старению репродуктивной системы и всего организма через выработку SASP. Важно отметить, что сенолитические препараты могут устранять стареющие клетки и представлять собой потенциальное вмешательство для смягчения старения яичников. В настоящей работе мы рассматриваем литературу, касающуюся эффективности сенолитических препаратов для расширения репродуктивного окна у мышей.

Овариальный резерв в основном представлен примордиальными фолликулами, структурой, состоящей из ооцита, окруженного одним слоем прегранулезных клеток, который остается в состоянии покоя. При активации примордиальные фолликулы инициируют необратимый процесс развития, который может привести к овуляции или атрезии.

Прогрессирование старения яичников характеризуется постепенным уменьшением как количества, так и качества ооцитов в корковом веществе яичника. Накопленные с возрастом повреждения ооцитов приводят к эмбриональным порокам развития и увеличению частоты выкидышей. Таким образом, старение яичников определяется как основная причина бесплодия у женщин. Это уменьшение количества примордиальных фолликулов наблюдается у женщин по мере старения. Снижение фертильности наблюдается примерно в возрасте 35 лет у женщин, за которым следуют нарушения менструального цикла примерно в возрасте 45 лет. В последующие годы наблюдается бесплодие, и в конечном итоге наступает менопауза, характеризующаяся окончанием менструальных циклов в возрасте около 50 лет. У мышей C57BL/6 овариальный резерв сокращается вдвое к 10 месяцам, а к 18 месяцам – примерно в 10 раз по сравнению с молодыми взрослыми особями. Самки мышей C57BL/6 перестают производить потомство в возрасте около 18 месяцев, при этом значительное снижение фертильности наблюдается уже в 10 месяцев. Это указывает на то, что, хотя менопаузы у мышей нет, наблюдается серьезное снижение овариального резерва и снижение овуляции и фертильности, аналогично тому, что происходит у женщин. Это явление недавно было названо оопаузой, что указывает на конец репродуктивной цикличности у видов млекопитающих. Эти данные также позволяют предположить, что мыши являются ценной моделью для изучения репродуктивного старения.

Роль стареющих клеток яичников

Процесс старения отличается в разных тканях организма. Основной особенностью старения в большинстве тканей является накопление стареющих клеток. Клеточное старение - это состояние постоянной остановки клеточного цикла в ответ на многочисленные стрессоры, направленное на подавление пролиферации старых и/или поврежденных клеток. Несмотря на это, стареющие клетки метаболически активны и секретируют воспалительные цитокины, хемокины, факторы роста и матриксные металлопротеиназы. Эти факторы обычно называют секреторным фенотипом, связанным со старением (SASP). SASP привлекает иммунные клетки, тем самым создавая провоспалительную микросреду в поврежденных или стареющих тканях. Важно подчеркнуть, что старение играет физиологическую роль в ходе нормального развития и необходимо для гомеостаза тканей. Однако хроническое накопление стареющих клеток с возрастом приводит к пагубным последствиям для здоровья, увеличивая количество возрастных заболеваний. Интересно, что инъекция стареющих клеток молодым мышам приводит к дисфункциям, аналогичным тем, которые наблюдаются при хронологическом старении. Это указывает на то, что стареющие клетки играют активную роль в процессе старения организма.

Возрастное увеличение количества стареющих клеток связано с многочисленными возрастными заболеваниями, включая сахарный диабет, атеросклероз, болезнь Альцгеймера/Паркинсона и воспалительные заболевания. Однако эксперименты на мышах показали, что количество стареющих клеток может варьироваться в разных тканях одного и того же организма.

Однако распределение стареющих клеток в тканях неоднородно и иногда его трудно определить. В этом смысле инновационные методологии, такие как пространственная транскриптомика, пространственная эпигеномика, пространственная метаболомика, могут применяться для обнаружения активности стареющих клеток в каждой интересующей ткани. Генетическое редактирование человеческих плюрипотентных стволовых клеток (hPSC) также использовалось для создания моделей стареющих клеток. Другие предложили метод, называемый проточной цитометрией изображений, который основан на анализе аутофлуоресценции клеток и морфологических параметров с использованием искусственного интеллекта и машинного обучения. Этот метод оказался простым и быстрым и может использоваться независимо от типа стареющих клеток. Хотя эти данные свидетельствуют о том, что маркеры старения у мышей увеличиваются с возрастом, многие из них претерпевают существенные изменения только после 12 месяцев. Как упоминалось ранее, фертильность мышей уже нарушена в возрасте 10 месяцев, с серьезным снижением овариального резерва. Поэтому необходимо лучше понять роль клеточного старения в яичниках, поскольку этот орган показывает нарушение своих функций гораздо раньше, чем другие ткани.

Имеются ограниченные данные о накоплении стареющих клеток и их функции в яичнике. Хотя четко определенной панели биомаркеров клеточного старения не существует, некоторые из них широко использовались в яичниках, включая маркеры провоспалительного стресса, двухцепочечных разрывов ДНК и липофусцин. Соответствуя сниженной функции яичников, также наблюдается значительное увеличение маркеров, связанных со старением, в яичниках мышей в возрасте от 3 до 12 месяцев (Cdkn1a , Cdkn2a , Pai -1 и Hmgb1), наряду с накоплением липофусцина. Подобное накопление стареющих клеток в других органах наблюдается гораздо позже – около 18-20 месяцев. Кроме того, транскриптомный профиль яичников указывает на положительную регуляцию генов, связанных с провоспалительным стрессом и ингибированием клеточного цикла, в то время как гены, участвующие в прогрессии клеточного цикла, регулировались отрицательно, что характерно для стареющих клеток.

Аналогичные наблюдения были сделаны в тканях человека. Экспрессия биомаркеров старения часто усиливается при наличии стрессовых факторов, таких как химиотерапия и ожирение.

По мере старения яичника также наблюдается четко выраженное увеличение воспаления и изменений во внеклеточном матриксе (ВКМ), включая повышенное отложение коллагена. Стареющие клетки производят SASP, который часто используется для идентификации его накопления в тканях. Компоненты SASP включают провоспалительные цитокины и протеазы, участвующие в ремоделировании тканей (матриксные металлопротеиназы [ММП] и тканевой ингибитор металлопротеиназ [ТИМП]), а также коллаген и ламин. Поэтому сложно отделить накопление стареющих клеток от физиологической реакции яичников на ремоделирование тканей и накопление воспалительных клеток, наблюдаемое с возрастом. Провоспалительные реакции играют значительную роль в старении яичников. Большинство возрастных транскрипционных изменений, наблюдаемых в яичниках мышей, связаны с воспалением и иммунными реакциями. Недавние протеомные оценки, по-видимому, отражают эти результаты. Возрастное увеличение цитокинов, таких как интерлейкин (ИЛ)-6, ИЛ-1β, ИЛ-8, интерферон-γ (Infg), ФНО-α и хемокинов, таких как моноцитарный хемоаттрактантный белок-1 (Ccl2) было зарегистрировано в яичниках мышей. Исследования на людях выявили схожие результаты с повышенными уровнями ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-15, Ccl3 и Cxcl10 в фолликулярной жидкости пожилых женщин. Недавний анализ транскриптомики отдельных клеток и проточной цитометрии показал возрастное накопление иммунных клеток в яичнике. В том же отчете также показано, что гены, связанные со старением в яичнике, преимущественно экспрессируются иммунными клетками и, как правило, не изменяются с возрастом. Следовательно, увеличение клеточного старения во время старения яичников может отражать увеличение численности иммунных клеток.

Возрастной провоспалительный стресс в яичниках является сохраняющимся фенотипом у разных видов и может быть связан со снижением качества ооцитов, проблемами с зачатием и началом снижения фертильности.

Сенолитические препараты устраняют стареющие клетки и, как сообщается, увеличивают продолжительность жизни мышей. Было изучено несколько соединений на предмет их сенолитических свойств, включая кверцетин, дазатиниб, физетин, ресвератрол, куркумин и другие. Сообщалось, что кверцетин обладает сенолитическим потенциалом в сочетании с дазатинибом. Кверцетин — это флавоноид, содержащийся во фруктах и овощах, который обладает антиоксидантными, противовоспалительными и противоопухолевыми свойствами. Он ингибирует сигнальный путь PI3K и косвенно стимулирует апоптоз стареющих клеток. Дазатиниб — это ингибитор мультитирозинкиназы, используемый при лечении рака. Фисетин также является членом семейства флавоноидов, обнаруженным в низких концентрациях во фруктах и овощах. Он обладает противоопухолевым, нейропротекторным и антиоксидантным действием и широко изучался на предмет его сенолитического эффекта.

Комбинированное применение дазатиниба и кверцетина (D + Q) избирательно воздействует на широкий спектр типов стареющих клеток более эффективно, чем при использовании по отдельности. Было показано, что лечение D + Q безопасно как in vitro, так и in vivo, вызывая селективное устранение стареющих клеток и способствуя увеличению продолжительности жизни при введении старым мышам (в возрасте 19–21 месяц). Исследования также показали успешность использования сенолитического коктейля D + Q в улучшении симптомов возрастных заболеваний у людей с идиопатическим легочным фиброзом и болезнью Альцгеймера. Фисетин также оказывает сенолитическое действие, очищая стареющие клетки и уменьшая вызванное SASP воспаление in vitro и in vivo. Всего один месяц лечения фисетином увеличил продолжительность жизни прогероидных и старых мышей дикого типа (в возрасте 22–24 месяцев). В некоторых исследованиях также проверялась эффективность сенолитиков в моделях заболеваний, таких как волчанка, атеросклероз, ожирение и болезнь Альцгеймера. Однако большинство этих исследований проводились на старых (19–24 месяца) или прогероидных мышах. Поэтому лишь немногие исследования нацелены на здоровых самок в репродуктивном окне, как правило, до возраста примерно 15 месяцев. Это означает, что сенолитики используются, когда резерв яичников уже истощен. Поскольку резерв примордиальных фолликулов не обновляется, на этом этапе ущерб фертильности необратим. Кроме того, из текущих исследований не ясно, достаточно ли количества стареющих клеток, накопленных в яичниках в течение этого репродуктивного возраста, чтобы оказать какое-либо влияние на фертильность при очистке с помощью сенолитической терапии.

В литературе мало исследований с использованием сенолитиков на молодых мышах репродуктивного возраста, которые предполагают, что используемые в настоящее время соединения имеют мало полезных системных преимуществ в этом возрастном окне. Еще меньше исследований оценивали эффекты сенолитиков в яичниках. Они предполагают, что сенолитики могут предотвратить потерю овариального резерва, но не могут обратить вспять повреждение овариального резерва после установления старения. Активация примордиальных фолликулов является необратимым процессом, что означает, что повреждение, вызванное стареющими клетками в овариальном резерве, не может быть обращено вспять сенолитиками. Это может указать направление для будущих исследований, сосредоточенных на предотвращении накопления стареющих клеток в яичниках с целью предотвращения снижения фертильности. Кроме того, воспаление, вызванное стареющими клетками через SASP, может способствовать необратимой активации фолликулов. Поэтому возможно, что необходимо протестировать другие сенолитические соединения с большей эффективностью в яичниках. Соединения с сеноморфной активностью, т. е. способные снижать секрецию SASP, можно рассматривать как средства, предотвращающие негативную провоспалительную среду, создаваемую стареющими клетками в яичнике. Кроме того, необходимо учитывать физиологическую роль стареющих клеток в репродуктивных функциях, поскольку воспаление и ремоделирование тканей являются ключевыми моментами в овуляторном процессе у женщин. Таким образом, путь к обоснованию использования сенотерапии при старении репродуктивной функции у женщин все еще открыт. Более глубокое понимание биомаркеров старения яичников и роли стареющих клеток в женской фертильности все еще необходимо для того, чтобы понять, как целенаправленно устранять эти клетки без негативного воздействия на другие органы у молодых женщин.