Informatie

Als verouderde cellen door het immuunsysteem worden verwijderd, hoe kunnen ze dan bijdragen aan veroudering?


Er wordt gezegd dat senescente cellen, ook wel zombiecellen genoemd, biologische veroudering kunnen veroorzaken. Deze senescente cellen worden ook gedood door immuuncellen. Het is niet logisch hoe ze veroudering veroorzaken als ze worden verwijderd?


Bij een gezond persoon worden verouderde cellen waarschijnlijk verwijderd door het immuunsysteem. Naarmate we ouder worden, wordt ons immuunsysteem echter aangetast en is het mogelijk niet langer in staat om verouderde cellen te doden. Senescente cellen kunnen zich dan ophopen en ouderdomsziekten bevorderen.


De fontein van de jeugd van het immuunsysteem

Konden we ons lichaam maar jong, gezond en energiek houden, zelfs als we de wijsheid van onze jaren bereiken. Nieuw onderzoek aan het Weizmann Institute of Science suggereert dat deze droom in de toekomst op zijn minst gedeeltelijk haalbaar zou kunnen zijn. De resultaten van dit onderzoek, geleid door Prof. Valery Krizhanovsky en Dr. Yossi Ovadya van de afdeling Moleculaire Celbiologie, zijn onlangs gepubliceerd in Natuurcommunicatie.

Het onderzoek begon met een onderzoek naar de manier waarop het immuunsysteem betrokken is bij een cruciale activiteit: het opruimen van oude, verouderende cellen die problemen opleveren voor het lichaam als ze rondhangen. Senescente cellen - niet volledig dood maar lijden aan functieverlies of onherstelbare schade - zijn betrokken bij verouderingsziekten door ontstekingen te bevorderen. De onderzoekers gebruikten muizen waarin een cruciaal gen voor deze immuunactiviteit ontbrak. Na twee jaar (ouderen, voor muizen), hadden de lichamen van deze muizen een grotere accumulatie van verouderde cellen in vergelijking met de muizen waarin het gen voor het verwijderen van deze cellen intact was. De muizen die het gen misten, leden aan chronische ontstekingen en verschillende functies in hun lichaam leken te zijn verminderd. Ze zagen er ook ouder uit - en stierven eerder - dan hun normale tegenhangers.

Vervolgens gaven de onderzoekers de muizen een medicijn dat de functie remt van bepaalde eiwitten die de verouderende cellen helpen te overleven in hun senescente toestand, om te zien of dit zou bijdragen aan de verwijdering van deze cellen uit het lichaam. De medicijnen werden toegediend aan muizen waarvan de veroudering het gevolg was van de defecten die de groep had ontdekt in het immuunsysteem, evenals aan muizen die voortijdig ouder werden door een andere genetische fout. De behandelde muizen reageerden uitzonderlijk goed op het medicijn: hun bloedtesten en activiteitstesten toonden verbetering, en hun weefsels leken veel dichter bij die van jonge muizen te liggen. De wetenschappers telden verouderde cellen en ontdekten dat er veel minder in de lichamen van de behandelde muizen achterbleven en toen ze op zoek waren naar tekenen van ontsteking, ontdekten ze dat dit ook aanzienlijk lager was. De muizen die met het medicijn werden behandeld, waren actiever en hun gemiddelde levensduur nam toe.

De wetenschappers zijn van plan door te gaan met het onderzoeken van manieren om het menselijk lichaam ertoe aan te zetten zijn oude verouderende cellen te verwijderen, met name om middelen te vinden om het immuunsysteem te activeren om dit werk te doen. Dat wil zeggen, als toekomstige experimenten bewijzen dat hun theorieën correct zijn, kunnen ze uiteindelijk echte "anti-aging" therapieën creëren.


Wil je voor altijd leven? Spoel je zombiecellen uit

In een lab net ten zuiden van San Francisco kijk ik naar twee uitvergrote afbeeldingen van microscoopglaasjes op een computerscherm, naast elkaar. De dia's zijn dezelfde dwarsdoorsneden van muisknieën van een zes maanden oud en een 18 maanden oud dier. Het beeld van de oudere muis heeft een spetterende kleine gele stippen, de jongere nauwelijks. Die kleuring wijst op de aanwezigheid van zogenaamde senescente cellen - "zombiecellen" die beschadigd zijn en die, als verdediging tegen kanker, niet meer delen maar ook resistent zijn tegen afsterven. Het is bekend dat ze zich ophopen met de leeftijd, omdat het immuunsysteem ze niet langer kan verwijderen en als gevolg van blootstelling aan celbeschadigende middelen zoals bestraling en chemotherapie. En ze zijn geïdentificeerd als een oorzaak van veroudering bij muizen, op zijn minst gedeeltelijk verantwoordelijk voor de meeste leeftijdsgerelateerde ziekten. Als ik de glijbanen zie, maak ik me zorgen over mijn eigen knieën. "Vertel ons erover", zegt Pedro Beltran, hoofd van het biologieteam van Unity Biotechnology, een 90 man sterk bedrijf dat leeftijdsgerelateerde ziekten bij mensen probeert te stoppen, te vertragen of om te keren door verouderde cellen te doden. "We denken er de hele tijd aan... Wacht tot je je hersenen ziet."

Het ontwikkelen van therapieën om verouderde cellen te doden, is een snel groeiend onderdeel van de bredere zoektocht om veroudering te verslaan en mensen langer gezond te houden. Unity, dat in 2011 werd opgericht, heeft tot nu toe meer dan $ 385 miljoen aan financiering ontvangen, inclusief investeringen van grote technologienamen zoals Jeff Bezos van Amazon en mede-oprichter van PayPal, Peter Thiel. Het ging in mei naar de beurs en wordt gewaardeerd op meer dan $ 700 miljoen. Het eerste medicijn ging in juni vroege klinische proeven in, gericht op de behandeling van artrose.

Andere startups met zombiecellen in het vizier zijn onder meer het in Seattle gevestigde Oisín Biotechnologies, dat werd opgericht in 2016 en ongeveer $ 4 miljoen heeft opgehaald voor Senolytic Therapeutics waarvan de wetenschappelijke ontwikkeling in Spanje is gevestigd en dat afgelopen september werd opgericht (het zal de financiering niet bekendmaken behalve dan om te zeggen dat het een eerste ronde heeft, waardoor het klinische proeven kan bereiken) en Cleara Biotech, opgericht in juni, ondersteund door $ 3 miljoen aan financiering en gevestigd in Nederland. Daarnaast heeft het Schotse bedrijf CellAge, eveneens opgericht in 2016, tot nu toe zo'n $100.000 opgehaald, mede door middel van een crowdfundingcampagne.

"Het concept spreekt volledig tot de verbeelding van investeerders [omdat] het niet alleen gaat om het vertragen van de klok, maar om het terugdraaien van de klok en het verjongen van mensen", zegt Aubrey de Grey, die bijna tien jaar lang via zijn campagneorganisatie de Strategies for Engineered Negligible Senescence (Sens) Research Foundation heeft wetenschappers aangespoord om te werken aan het elimineren van veroudering en het voor onbepaalde tijd verlengen van een gezonde levensduur. "Ik heb nog nooit een veld zo snel zien groeien", zegt Laura Niedernhofer, een onderzoeker die veroudering bestudeert aan de University of Minnesota Medical School, eraan toevoegend dat er zelfs nog geen menselijke gegevens zijn. "Er is een erkenning dat er hier potentieel is om naar een hoofdoorzaak [van veroudering] te gaan."

Senescente cellen werden voor het eerst beschreven in de late jaren 1950, maar bleven grotendeels een curiositeit tot 2008 toen hun duistere aard werd onthuld door Judith Campisi, een onderzoeker van het Buck Institute for Research on Aging in Californië, en anderen. Ze ontdekte dat de cellen een cocktail van schadelijke factoren afscheiden, die het omringende weefsel vergiftigen. Niedernhofer vergelijkt ze met die rotte aardbei in de schaal, die alles eromheen laat rotten. Onder de uitscheidingen bevinden zich stoffen die ontstekingen veroorzaken, wat, indien aanhoudend, een van de belangrijkste oorzaken is van vrijwel elke belangrijke leeftijdsgerelateerde ziekte. Het effect verklaart de schijnbare paradox dat zelfs de zieke organen van zeer oude mensen geen hoog absoluut aantal verouderde cellen bevatten: er zijn er niet veel voor nodig.

Jan van Deursen van de Mayo Clinic en Unity Biotechnology. Foto: Mayo Clinic

Die ontdekking en anderen deden sommige mensen zich afvragen wat er zou gebeuren als je deze chagrijnige cellen zou opruimen. In 2011 toonden Jan van Deursen en collega's van de medische non-profitorganisatie de Mayo Clinic aan dat het elimineren van verouderde cellen bij muizen via een genetische truc een deel van de ouderdomsverschijnselen bij te vroeg verouderde muizen vertraagde. De paper leidde tot de oprichting van Unity (Van Deursen is wetenschappelijk medeoprichter). Een vervolgonderzoek dat in 2016 werd gepubliceerd en waarin het experiment werd herhaald, maar dit keer bij natuurlijk verouderde dieren, verzegelde de mogelijkheden. "Dat [document uit 2016] was letterlijk het proof-of-concept voor de hele industrie", zegt Gary Hudson, medeoprichter en uitvoerend voorzitter van Oisín Biotechnologies.

Tot op heden zijn er ongeveer een dozijn medicijnen gerapporteerd die zombiecellen kunnen opdweilen. Het is aangetoond dat het opruimen van de cellen bij muizen alles uitstelt of verlicht, van kwetsbaarheid tot cardiovasculaire disfunctie tot osteoporose tot, meest recentelijk, neurologische aandoeningen - hoewel het ingewikkeld is of het doden van verouderde cellen het leven verlengt. Het meeste voordeel dat bij muizen wordt gezien, lijkt te liggen in het verlengen van de gezondheid, de tijd vrij van kwetsbaarheid of ziekte, en als gevolg daarvan de mediane levensduur (ziek zijn is tenslotte riskant). De echte levensduur - de maximale tijd dat de dieren in leven blijven - blijft relatief onveranderd, hoewel onderzoeken die in juli en september 2018 zijn gepubliceerd, een verlenging van de resterende levensduur laten zien bij muizen die werden behandeld toen ze heel oud waren.

De race tussen Unity en zijn concurrenten is om interesse te wekken in hun verschillende benaderingen om verouderde cellen te doden en hen door de klinische proeven te loodsen die nodig zijn om aan te tonen dat hun therapieën veilig werken bij mensen.


Het opruimen van de gepensioneerde cellen van het lichaam vertraagt ​​​​veroudering en verlengt de levensduur

Ik kijk naar een foto van twee muizen. De rechtse ziet er gezond uit. De linker heeft een grijzende vacht, een opgetrokken rug en een door staar gebleekt oog. "Mensen vragen: wat heb je in godsnaam met de muis aan de linkerkant gedaan?" zegt Nathaniel David. "We hebben niets gedaan." De tijd deed dat. De linkermuis is gewoon oud. Degene aan de rechterkant is tegelijkertijd geboren en is genetisch identiek. Het ziet er kwiek uit omdat wetenschappers het aan een ongebruikelijke behandeling hebben onderworpen: gedurende enkele maanden hebben ze gepensioneerde cellen uit het lichaam verwijderd.

Gedurende ons hele leven accumuleren onze cellen schade in hun DNA, waardoor ze mogelijk in tumoren kunnen veranderen. Sommigen repareren de schade met succes, terwijl anderen zichzelf vernietigen. De derde optie is met pensioen gaan - stoppen met groeien of delen, en een staat binnengaan die senescentie wordt genoemd. Deze verouderde cellen stapelen zich op naarmate we ouder worden, en ze zijn betrokken bij de gezondheidsproblemen die gepaard gaan met het verouderingsproces.

Door deze verouderde cellen van muizen te verwijderen, slaagden Darren Baker en Jan van Deursen van het Mayo Clinic College of Medicine erin de achteruitgang van nieren, harten en vetweefsel te vertragen. De dieren leefden gezonder en in sommige gevallen ook langer.

"De gebruikelijke kanttekeningen zijn van toepassing - het moet door andere mensen worden gereproduceerd - maar als het correct is, zonder te hyperbolisch te willen zijn, is het een van de belangrijkste ontdekkingen op het gebied van veroudering ooit", zegt Norman Sharpless van de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill School of Medicine, die niet betrokken was bij het onderzoek.

Verschillende chemicaliën kunnen het verouderingsproces in laboratoriumorganismen vertragen, maar Sharpless zegt dat het moeilijk voor te stellen is hoe mensen hiervan kunnen profiteren. "Je neemt een drug - resveratrol, groene thee, god weet wat - gedurende 30 jaar, en tegen de tijd dat je 80 bent, ben je eigenlijk 70. Dat paradigma werkt niet in de echte wereld. Mensen haten het om drugs te gebruiken, vooral als ze niet weten dat het hen helpt. En geen enkel farmaceutisch bedrijf zou zo'n medicijn ontwikkelen. Als dit artikel klopt, heb je plotseling een manier om een ​​oud organisme te nemen en het fysiologisch jonger te maken. Je gaat van een preventieparadigma naar een behandelparadigma. Dat is iets waar je je tanden in kunt zetten.”

Baker en van Deursen zijn bij toeval met dit vak begonnen. In 2004 ontdekten ze dat het uitschakelen van een gen genaamd BubR1, waarvan ze aanvankelijk dachten dat het betrokken zou zijn bij kanker, het verouderingsproces in een hogere versnelling bracht. De muizen kregen staar, kregen hartproblemen, verloren lichaamsvet en stierven veel eerder dan normaal. En ze leken nog veel meer verouderde cellen te verzamelen.

In 2011 ontwikkelde het team een ​​manier om die cellen te onderscheiden en te verwijderen. Senescente cellen worden gekenmerkt door een eiwit dat p16 wordt genoemd. Baker en van Deursen hebben hun snel verouderende muizen genetisch gemanipuleerd, zodat ze al hun p16-dragende cellen zouden vernietigen als ze een specifiek medicijn kregen. De resultaten waren dramatisch: de verouderde cellen verdwenen, en hoewel de knaagdieren nog steeds eerder stierven, waren ze groter, fitter en gezonder toen ze dat deden. Zelfs oude muizen, waarvan het lichaam begon af te nemen, vertoonden verbeteringen.

"Toen werd de vraag: wat zou er gebeuren als we die cellen in een normale muis zouden verwijderen?" zegt Bakker.

Met dezelfde techniek namen Baker en van Deursen normale muizen van middelbare leeftijd en zuiverden hun verouderde cellen twee keer per week. Deze keer verlengde het proces de gemiddelde levensduur van de knaagdieren met een kwart. En naarmate ze ouder werden, verloren ze minder lichaamsvet, hadden ze gezondere harten en nieren, ontwikkelden ze minder staar en bleven ze actiever. Het team testte grote aantallen muizen van beide geslachten, van twee genetische stammen, en grootgebracht met twee verschillende diëten - en de resultaten waren altijd hetzelfde. Dit is een echte verbetering. Het is in echte veroudering, het laatste papier was in nepveroudering, "zegt Sharpless.

John Sedivy van Brown University is het daarmee eens. "De vraag of verouderde cellen bijdragen aan veroudering, bestaat al tientallen jaren", zegt hij. "Dit is het eerste papier waarvan ik zou zeggen dat het echt waterdicht is."

Senescente cellen zijn niet inactief. Ze scheiden moleculen af ​​die ontstekingen veroorzaken en enzymen die bindweefsel vernietigen. "We hebben 50 tot 60 verschillende moleculen geïdentificeerd die deze cellen produceren, en elk daarvan kan schade aanrichten aan weefsels", zegt Judith Campisi van het Buck Institute for Research on Aging.

Dit lijkt pervers, maar er is een methode voor de waanzin van het lichaam. Cellen ondergaan veroudering omdat ze schade ophopen die mogelijk tot kanker kan leiden, en de moleculen die ze afscheiden, zorgen ervoor dat het immuunsysteem langskomt om ze te verwijderen. "Het is een zeer krachtig antikankermechanisme", zegt Baker. Maar naarmate we ouder worden, hapert het immuunsysteem en stapelen verouderde cellen zich op. Nu worden de moleculen die ze afscheiden eerder problemen dan oplossingen.

Zelfs dan hebben verouderende cellen voordelen. Vorig jaar toonde Campisi aan dat deze cellen helpen bij het genezen van wonden. En inderdaad, Baker en van Deursen ontdekten dat hun muizen langzamer genezen nadat dergelijke cellen waren verwijderd.

De zorg is dan dat elke poging om verouderende cellen bij mensen te verwijderen ernstige bijwerkingen zou hebben, evenals duidelijke voordelen. Charles Sherr van het St. Jude Children's Research Hospital maakt zich ook zorgen over kanker. Aangezien het p16-eiwit het ontstaan ​​van tumoren verhindert, vraagt ​​Sherr zich af of "de heilzame effecten die gepaard gaan met de eliminatie van p16+-cellen later zouden worden gecompenseerd door een verhoogde incidentie van kanker." Baker en van Deursen zagen daar bij hun muizen geen tekenen van, maar mensen leven veel langer dan knaagdieren.

"Er zullen zeker compromissen zijn, maar als we dieper in de biologie duiken, hebben we een betere kans om de goede kant van deze cellen te behouden en de slechte te elimineren", zegt Campisi.

Een nieuw gelanceerd bedrijf genaamd Unity Biotechnology, dat Campisi en van Deursen tot zijn mede-oprichters rekent, werkt eraan om de ontdekkingen van het team op het gebied van senescentie-opheldering naar de kliniek te verplaatsen. "We hebben de afgelopen vier jaar een reeks achilleshielen geïdentificeerd die uniek zijn voor verouderde cellen", zegt Unity-CEO Nathaniel David. "We hebben moleculen die 300 keer giftiger zijn voor deze cellen dan voor niet-verouderde cellen."

Zijn eerste doel is om deze verbindingen te gebruiken om een ​​aantal ziekten te behandelen die waarschijnlijk worden veroorzaakt door senescente cellen en die zijn gelokaliseerd in specifieke lichaamsdelen. Artrose kan een goed doelwit zijn - David heeft het in zijn tenen - en dat geldt ook voor glaucoom in een laat stadium. Als dat werkt, "kunnen we beginnen met dingen met een hoger risico, zoals healthspan", zegt David.


Onderzoekers ontdekken nieuwe benadering voor het verwijderen van senescente cellen

Celveroudering, wanneer gestresste cellen zich niet langer kunnen delen om nieuwe cellen te maken, wordt beschouwd als een factor bij veroudering en bij sommige ziekten. Naarmate je lichaam ouder wordt, komen steeds meer cellen in een staat van veroudering. Senolytische medicijnen als anti-verouderingsmedicijnen zijn een veelbelovende benadering om verouderde cellen te verwijderen, maar onderzoekers proberen nog steeds de rol van cellulaire veroudering en verschillende manieren om het te benaderen te achterhalen. Onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Francisco (UCSF), melden dat ze hebben ontdekt hoe immuuncellen op natuurlijke wijze het lichaam van verouderde cellen opruimen. Hun nieuwe bevindingen bij muizen kunnen leiden tot nieuwe strategieën en benaderingen voor de behandeling van leeftijdsgebonden chronische ziekten met immunotherapie.

“De accumulatie van senescente cellen in weefsels kan de progressie van ziekten aansturen,’ schreven de onderzoekers. “Hoewel het verwijderen van verouderde cellen met senolytische medicijnen naar voren is gekomen als een veelbelovende therapeutische benadering, maakt het alomtegenwoordige doelwit van deze medicijnen klinische toepassingen een uitdaging.'8221

Immuuncellen die bekend staan ​​als invariante Natural Killer T (iNKT)-cellen, functioneren als een bewakingssysteem en elimineren cellen zoals senescente cellen. iNKT-cellen worden echter minder actief met de leeftijd en factoren die bijdragen aan chronische ziekten.

De onderzoekers begonnen verschillende manieren te onderzoeken om dit natuurlijke surveillancesysteem, dat een alternatief biedt voor senolytische medicijnen, te stimuleren.

"Het gebruik van iNKT-gerichte therapie kan meeliften op hun voortreffelijke, ingebouwde specificiteit", legt Anil Bhushan, PhD, een professor in de geneeskunde aan de UCSF in het Diabetescentrum en senior auteur van het onderzoek, uit.

De wetenschappers ontdekten dat ze verouderde cellen konden verwijderen door lipide-antigenen te gebruiken om iNKT-cellen te activeren. Onderzoekers observeerden verbeteringen bij muizen met door voeding veroorzaakte obesitas. Hun bloedglucosewaarden verbeterden en muizen met longfibrose hadden minder beschadigde cellen.

"Ik denk dat dit een potentiële immuuntherapie is voor veroudering en fibrose", merkte Mallar Bhattacharya, MD, universitair hoofddocent geneeskunde aan de UCSF en auteur van de studie op. “Het is een redelijk goed verdragen therapie, en we moeten alleen doseren en proeven zien te omzeilen.'8221

“…Samen met de hier gepresenteerde resultaten, suggereren deze overwegingen dat specifieke activering van surveillancereacties door iNKT-cellen een reden vormt voor het ontwikkelen van de volgende generatie benaderingen om inflammatoire verouderingscellen geassocieerd met chronische ziekten te elimineren,'concludeerde de onderzoekers.

Hun resultaten leveren het eerste bewijs dat iNKT-cellen senescente cellen kunnen elimineren in deze twee verschillende modellen waarbij weefseldisfunctie afhankelijk is van de accumulatie van senescente cellen.


4. Telomeer-aanhoudende DNA-schade is belangrijk voor het stabiliseren van veroudering

Normaal gesproken kunnen cellen op efficiënte en snelle wijze DNA-schade herstellen die optreedt als gevolg van dagelijkse beledigingen, maar onderzoeken hebben aangetoond dat telomere laesies gedurende meerdere maanden onherstelbaar blijven. in vitro en in vivo (Fumagalli et al., 2012, Hewitt et al., 2012). In feite heeft onze groep door middel van live-celbeeldvorming aangetoond dat de meeste van de langlevende foci co-gelokaliseerd met telomeren in stress-geïnduceerde senescentie (Hewitt et al., 2012). Dit bleek ook te gebeuren in vivo, waar telomeren die een aanhoudende DDR signaleren werden waargenomen in hippocampale neuronen van muizen, zelfs drie maanden nadat ze waren blootgesteld aan genotoxische stress (Fumagalli et al., 2012). Onderzoek wijst ook uit dat beschadigde telomeren een rol spelen bij oncogen-geïnduceerde senescentie, waardoor de progressie van kanker bij de mens wordt voorkomen. Eén onderzoek toonde aan dat aanhoudende telomere DDR-foci optreden als gevolg van oncogenactivering in menselijke cellen, evenals replicatievork die vastloopt bij telomeren en DNA-replicatiestress (Suram et al., 2012). Accumulatie van schade aan telomeren is ook een kenmerk van laesies van kankerprecursoren, zoals menselijke melanocytische naevi, ductale borsthyperplasie en colonadenomen, wat impliceert dat langlevende telomeerschade een belangrijke bijdrage levert aan tumoronderdrukkende mechanismen in vivo. Er wordt aangenomen dat cellen replicatiestress ondergaan als reactie op oncogenactivering, wat telomeerverkorting en disfunctie veroorzaakt in cellen die geen telomerase tot expressie brengen. Uiteindelijk induceert dit veroudering en voorkomt het kwaadaardige transformatie van somatische cellen (Suram et al., 2012). Recente onderzoeken hebben echter aangetoond dat telomerase-expressie in cellen die zijn gestopt als gevolg van OIS in staat is om bestaande telomeerschade op te lossen en verdere telomeerdisfunctie in deze cellen te voorkomen. Daarom verlicht telomerase telomeerschade als gevolg van replicatiestress in premaligne cellen, waardoor deze cellen kunnen ontsnappen aan veroudering en bijdragen aan de progressie van kanker (Meena et al., 2015, Patel et al., 2016).

De onherstelbaarheid van telomere DNA-schade is onlangs in twijfel getrokken door onderzoeken die hebben aangetoond dat DSB-reparatie kan optreden bij telomeren (Doksani en de Lange, 2016, Mao et al., 2016). Reparatie bij telomeren werd echter alleen waargenomen in prolifererende cellen, zoals BJ-fibroblasten en HeLa-cellen. Interessant is dat HeLa-cellen, die sneller delende cellen zijn, een snellere reparatiekinetiek vertonen in vergelijking met langzamer delende fibroblasten, wat suggereert dat de proliferatiesnelheid een belangrijke determinant is van telomere DSB-reparatie (Mao et al., 2016). Aan de andere kant, toen senescentie werd geïnduceerd in fibroblasten, hetzij door genotoxische stress of replicatieve uitputting, die beide geassocieerd waren met verhoogde telomere DDR-signalering, werd geen significant herstel aan de chromosoomuiteinden gedetecteerd (Mao et al., 2016). Door het CRISPR-Cas9-systeem te gebruiken om specifiek telomere herhalingen aan te pakken, waren de auteurs in staat om dubbelstrengs breuken specifiek bij telomeren in 293T-cellen te induceren, en toonden aan dat homologe recombinatie (HR) een belangrijke rol speelt bij het herstel van telomeerschade (Mao et al. ., 2016). Bewijs voor breukherstel bij telomeren is ook geleverd door de Lange's groep, die een endonuclease tot expressie bracht gekoppeld aan TRF1 (TRF1-FokI) om telomere DSB's te induceren in embryonale fibroblasten van muizen (MEF's) (Doksani en de Lange, 2016). Inderdaad, TRF1-FokI-expressie leidde tot verhoogde telomeer-geassocieerde DNA-schadefoci en activering van ATM-kinase-afhankelijke signalering in de S-fase, maar deze breuken bleken efficiënt te worden gerepareerd (Doksani en de Lange, 2016). Naast het aantonen van de betrokkenheid van homologe recombinatie bij telomere DSB-verwerking, werd ook voorgesteld dat alternatieve niet-homologe end-joining (alt-NHEJ) een belangrijke rol speelt bij het repareren FokI-geïnduceerde DSB's bij telomeren (Doksani en de Lange, 2016). De bovengenoemde onderzoeken suggereren dat in delende cellen, met name in de S-fase, telomere breuken worden gerepareerd via HR komt echter niet voor in senescente cellen. Er is gesuggereerd dat dit een gevolg zou kunnen zijn van heterochromatineveranderingen die optreden tijdens veroudering (Narita et al., 2003), waardoor telomeer DNA minder toegankelijk wordt voor HR om op te treden, wat bijdraagt ​​aan de persistente waargenomen DDR-signalering (Mao et al., 2016). Verdere studies zijn echter nodig om deze hypothese te bevestigen. Bovendien, hoewel werd gemeld dat het genereren van telomere DSB's in beide gevallen niet tot veroudering leidde, is het belangrijk op te merken dat de cellen die in deze onderzoeken worden gebruikt, onsterfelijk zijn gemaakt (Doksani en de Lange, 2016, Mao et al., 2016) . Daarom is het belangrijk om de reactie van niet-geïmmortaliseerde cellen op telomeerspecifieke schade te bepalen, omdat ze een meer fysiologisch relevant model vertegenwoordigen.

Aangezien aanhoudende telomere DNA-schade een kenmerk is van replicatieve, stress- en oncogen-geïnduceerde senescentie, is gesuggereerd dat niet-gerepareerde telomeren een bron zijn van persistente DDR-signalering die belangrijk is voor het vaststellen van senescentie (Fumagalli et al., 2012). Schade op niet-telomere plaatsen draagt ​​echter ook bij aan het senescente fenotype. Kortstondige, niet-telomere laesies worden voortdurend vernieuwd tijdens replicatieve en stress-geïnduceerde veroudering. In feite vormen deze ongeveer de helft van de DNA-schadehaarden, en er is gesuggereerd dat hun constante omzet het resultaat is van verhoogde ROS-productie tijdens veroudering, aangezien het remmen van ROS-generatie resulteert in een redding van de proliferatiestop in een aantal cellen ( Passos et al., 2010, Hewitt et al., 2012). Daarom zijn DNA-schadesignalering afkomstig van zowel telomere als niet-telomere regio's belangrijk voor het senescente fenotype, hoewel het onderscheiden van de mate van hun individuele bijdrage aan senescentie technisch uitdagend kan zijn.

Samenvattend komt er substantieel bewijs naar voren dat suggereert dat telomeren niet alleen fungeren als replicometers, maar eenvoudigweg bepalen hoeveel delingsrondes een cel kan ondergaan. In plaats daarvan fungeren ze als moleculaire sensoren van intrinsieke en extrinsieke spanningen en behouden ze de genomische stabiliteit door de replicatie van cellen te beperken die aanzienlijke genomische schade hebben opgebouwd.


Cellulaire veroudering en immuniteit in weefselhomeostase

Als reactie op acuut of chronisch weefselletsel dragen aangeboren en adaptieve immuuncellen in hoge mate bij tot het behoud van weefselhomeostase en helpen ze de lange levensduur van meercellige organismen te verzekeren. Weefselbeschadigingen kunnen optreden na virale en bacteriële infecties, of als gevolg van extrinsieke of intrinsieke organische tekortkomingen. Onder dergelijke omstandigheden kunnen beschadigde cellen in veranderde weefsels/organen functioneel deficiënt worden, wat leidt tot celdood of het begin van cellulaire veroudering. In het laatste geval voorkomt inductie van veroudering niet alleen de potentiële proliferatie en transformatie van beschadigde/veranderde cellen, maar bevordert het ook weefselherstel door de productie van specifieke factoren, SASP genaamd (Tchkonia etਊl., 2013 Demaria etਊl., 2014 Muñoz𠄎spín & Serrano, 2014). Verouderde fibroblasten en endotheelcellen, die zich tijdelijk ophopen in de wond, beginnen bijvoorbeeld uitgescheiden factoren te produceren die belangrijk zijn voor wondgenezing. Een daarvan, van bloedplaatjes afgeleide groeifactor AA, is nodig voor de snelle differentiatie van myofibroblasten tijdens wondsluiting. Dienovereenkomstig vertraagde farmacologische eliminatie van deze senescente cellen het herstel van weefselwonden in een muizenmodel (Demaria etਊl., 2014).

Opruiming van verouderde cellen door het immuunsysteem

Van senescentie afhankelijke uitgescheiden factoren dragen ook bij aan de rekrutering van immuuncellen die deelnemen aan celopruiming, met name van senescente cellen na weefselbeschadiging. NK-cellen, macrofagen en cytotoxische CD8+ T-cellen worden door de ontstoken weefsels door chemo aangetrokken om celdood te bevorderen, waardoor vervanging van verouderde cellen en een terugkeer naar weefselhomeostase wordt vergemakkelijkt (Hoenicke & Zender, 2012 Davies etਊl., 2013). NK-cellen zijn vooral belangrijk bij de immunosurveillance van senescente cellen tijdens weefselherstel (Krizhanovsky etਊl., 2008a,b). Ze worden aangetrokken door verouderde cellen door een p53‐-afhankelijke secretie van CCL2 [chemokine (C𠄌) ligand 2] (Iannello etਊl., 2013). NK-cellen herkennen deze senescente cellen vervolgens door middel van CD58‐ICAM1-binding (Chien etਊl., 2011 Sagiv & Krizhanovsky, 2013). Bovendien brengen senescente cellen, op een ATM/ATR (ataxia telangiectasie gemuteerde/Rad3‐gerelateerde kinasen)‐-afhankelijke manier, liganden tot expressie voor twee NK-celactiverende receptoren NKG2D en DNAM1 en scheiden IL� uit, een cytokine dat NKG2D en DNAM1 bevordert. in NK-cellen (Krizhanovsky etਊl., 2008a Soriani etਊl., 2009). Na receptoractivering kunnen NK-cellen dan specifiek de dood van senescente cellen induceren door perforineafgifte door exocytose (Sedelies etਊl., 2008 Sagiv etਊl., 2013). Macrofagen vertonen ook een immunosurveillance-rol tegen senescente cellen in weefsels onder fysiologische en pathologische omstandigheden. Bijvoorbeeld, tijdens leverfibrose, laten p53‐ tot expressie brengende verouderde leversatellietcellen IFN‐γ en IL𠄆 vrij, die op hun beurt de polarisatie van residente Kupffer-macrofagen en vers geïnfiltreerde macrofagen scheeftrekken in de richting van het pro-2010-inflammatoire M1-fenotype (Lujambio etਊl., 2013). Deze M1-macrofagen kunnen vervolgens snel verouderde leversatellietcellen in het beschadigde weefsel elimineren. Daarentegen resulteert het verlies van p53 in verouderde leversatellietcellen in de productie van IL𠄄, waardoor de polarisatie van macrofagen verandert in de richting van het pro‐survival en pro𠄊ngiogene M2-fenotype (Lujambio etਊl., 2013).

Immuuncellen induceren het begin van cellulaire veroudering om de weefselhomeostase te behouden

Na weefselbeschadiging nemen antigeen-specifieke CD4 + T-T'x02010helper 1 (Th1)-cellen deel aan de controle van weefselhomeostase, samen met CD8+ T-cellen, macrofagen en NK-cellen op de ontstekingsplaats. Th1-cellen werken in twee fasen tijdens weefselherstel. De aanwezigheid van Th1-cellen is vereist voor een goede in vivo macrofaagafhankelijke eliminatie van verouderde cellen gevonden in beschadigd weefsel, zoals onlangs onthuld door Kang etਊl. (2011) met behulp van een premaligne muizenmodel van hepatocyten. Bovendien kunnen Th1-cellen ook direct bijdragen aan weefselhomeostase door cellulaire veroudering op weefselbeschadigde cellen teweeg te brengen. Om deze nieuwe Th1-celfunctie te onthullen, heeft Braumüller etਊl. (2013) gebruikte een in vivo oncogeen induceerbaar celtransformatiesysteem, dat de expressie van één specifiek celoppervlakantigeen in getransformeerde bètacellen van de pancreas mogelijk maakt. Th1-effectorcellen zijn antigeen-afhankelijke producenten van IFN'x02010'x003b3 en TNF'x02010'x003b1. Eenmaal gerekruteerd door antigeen-specifieke tot expressie brengende bèta-pancreascellen, zullen Th1-cellen IFN'x02010'x003b3'x02010 en TNF'02010'x003b1'02010-geïnduceerde senescentie-gerelateerde groeistilstand van deze interagerende bètakankercellen veroorzaken. Senescente bètakankercellen worden vervolgens snel geëlimineerd door het immunosurveillancemechanisme waarbij NK-cellen en macrofagen betrokken zijn (Braumüller etਊl., 2013).

Het remmen van immuunreacties door senescentie-inductie

Zoals vermeld, zijn er talrijke soorten immuuncellen aanwezig op de plaats van weefselbeschadiging om weefselherstel onder controle te houden. Recent bewijs suggereert dat inductie van cellulaire veroudering ook een mechanisme is dat door het immuunsysteem wordt gebruikt, door de werking van regulerende T-cellen (Tregs), om immuunresponsen te beperken.

Treg-cellen zijn regulatoren van de adaptieve immuunrespons. Ze zijn daarom cruciaal voor het in stand houden van de zelftolerantie en homeostase van het immuunsysteem (zie voor een overzicht Sakaguchi etਊl., 2008). De meest bestudeerde Treg-cellen zijn de CD4+ CD25 hi FoxP3+ die nodig zijn voor zelfverdraagzaamheid en een goede immuunrespons op pathogenen (Sakaguchi, 2005). Onlangs, Ye etਊl. (2012) toonden aan dat CD4 + CD25 hi FoxP3 + Treg-cellen de proliferatie van T‐-cellen verslechterden door senescentie in effector-T-cellen te induceren, waardoor de methoden die door Treg worden gebruikt om een ​​onderdrukkende activiteit te vertonen, toenemen (voor een overzicht, zie Sojka etਊl., 2008 Wing & Sakaguchi, 2012). In feite bevorderen CD4 + CD25 hi FoxP3 + Tregs T�lgroeistop door activering van de p38 MAPK- en p53-signaleringsroutes die respectievelijk twee celcyclusremmers p16 INK4a en p21 WAF1 controleren (Ye etਊl., 2012). De resulterende senescente T-cellen herbergen een specifiek secretoom dat wordt gekenmerkt door IL𠄆/IL𠄈/IL�/TGF‐β/IFN‐γ/TNF‐α productie, down‐regulatie van oppervlaktemarkers, zoals als CD28 en CD27, en up‐regulering van PD𠄁. Deze senescentie-inductie door CD4 + CD25 hi FoxP3 + kan worden voorkomen door de activering van de TLR8-receptoren (Ye etਊl., 2012). Interessant is dat deze geïnduceerde senescente T-cellen zelf regulerend worden en de proliferatie van reagerende CD4 T-cellen remmen. Een andere recente studie toonde aan dat het tumorsuppressorgen p53 deelneemt aan de in vivo generatie van FoxP3 Treg-cellen uit naïeve CD4+-cellen (Kawashima etਊl., 2013). Inderdaad, p53-eiwitniveaus nemen toe in CD4+ T-cellen na TCR-activering en er zijn verschillende p53-bindingsplaatsen aanwezig op de FoxP3-promoter. Zoals verwacht resulteert specifieke inactivatie van p53 in CD4+ T-cellen in een dramatische vermindering van CD4+ CD25 hi FoxP3 Tregs in muismodellen (Kawashima etਊl., 2013). Deze bevindingen onthullen het complexe samenspel tussen senescentie-inductoren, zoals p53, en het lot van immuuncellen.

Tot slot, recente gegevens van Burzyn etਊl. (2013) onthulden een verrassende en nieuwe functie voor Tregs. Na intramusculaire injectie van cardiotoxine als een model van geïnduceerde weefselbeschadiging na acuut letsel bij muizen, onthulden de auteurs de belangrijke rol van Tregs bij de bescherming, reparatie en onderhoud van spierweefsel. Dit werkingsmechanisme lijkt onafhankelijk te zijn van hun immunosuppressieve functies (Arpaia etਊl., 2015). Interessant is dat tijdelijke accumulatie van senescente myogene cellen ook vereist is voor een goed spierherstel en ook deelneemt aan het proces van skeletspierregeneratie (Le Roux etਊl., 2015). Onderzoek naar het verband tussen Tregs, cellulaire senescentie en weefselhomeostase zou nieuwe onderzoekspistes in het veld kunnen bieden.


Senescente cellen en macrofagen: belangrijke spelers voor regeneratie?

In de afgelopen tien jaar is ons begrip van de fysiologische rol van senescente cellen drastisch geëvolueerd, van louter indicatoren voor cellulaire stress en veroudering tot een centrale rol bij regeneratie en herstel. In toenemende mate hebben onderzoeken senescente cellen en het senescentie-geassocieerde secretoire fenotype (SASP) geïdentificeerd als cruciaal in het regeneratieve proces na een blessure, maar de timing en context waarop het senescentieprogramma wordt geactiveerd, kan tot verschillende resultaten leiden. Een tijdelijke inductie van verouderde cellen gevolgd door snelle klaring in de vroege stadia na verwonding bevordert bijvoorbeeld herstel, terwijl de langdurige accumulatie van verouderde cellen de weefselfunctie schaadt en kan leiden tot orgaanfalen. Een sleutelrol van de SASP is de rekrutering van immuuncellen naar de plaats van verwonding en de daaropvolgende eliminatie van senescente cellen. Onder deze celtypen bevinden zich macrofagen, die goed gedocumenteerde regulerende rollen hebben in alle stadia van regeneratie en herstel. Hoewel de rol van senescente cellen en macrofagen in dit proces begint te worden onderzocht, vereisen de specifieke interacties tussen deze celtypen en hoe deze belangrijk zijn in de verschillende stadia van verwonding/herstellende respons nog nader onderzoek. In deze review beschouwen we de huidige literatuur met betrekking tot de interactie van deze celtypen, hoe hun samenwerking belangrijk is voor regeneratie en herstel, en welke vragen nog moeten worden beantwoord om het veld vooruit te helpen.

1. Inleiding

Weefselherstel en -regeneratie zijn cruciale biologische processen die plaatsvinden na een verwonding en die essentieel zijn om te overleven. Verwonding kan optreden als gevolg van infectie, toxische of mechanische aanval, en resulteert in een prominente activering van het immuunsysteem en de rekrutering van een groot aantal en type cellen, die het beschadigde gebied infiltreren. Deze bestaan ​​uit natuurlijke killercellen, macrofagen, neutrofielen, B-cellen, T-cellen, fibroblasten, epitheelcellen en endotheelcellen. In een gezonde omgeving werken dergelijke cellen samen om de weefselfunctie te herstellen en schade te beperken, een proces dat strak gereguleerd moet worden. In veel pathologische omgevingen raken deze mechanismen ontregeld en de rekrutering van immuuncellen kan in plaats daarvan weefselbeschadiging initiëren, versterken en zelfs in stand houden. Dit proces van genezing van beschadigd weefsel staat bekend als 'reparatie' en omvat de twee afzonderlijke processen van regeneratie en vervanging, waarbij regeneratie verwijst naar het proces waarbij nieuwe weefselgroei gebieden van beschadigd weefsel in hun oorspronkelijke staat herstelt, terwijl vervanging plaatsvindt in ernstig beschadigd weefsel. , vaak in de vorm van littekens.

Terwijl de inflammatoire cascade dient om de schadelijke stimulus te elimineren en het gewonde gebied te verwijderen van dode cellen en matrixresten, is de genezing van gewonde weefsels afhankelijk van de tijdige onderdrukking van ontstekingen, wat de weg vrijmaakt voor de activering van herstellende cellen [1]. De effectiviteit van de herstellende reactie is echter afhankelijk van de ernst en het type letsel, het aangetaste orgaan en soortspecifieke kenmerken. Terwijl amfibieën ledematen kunnen regenereren [2] en vissen het myocardium kunnen regenereren [3], kunnen volwassen zoogdieren geen van beide regenereren. Bovendien behouden organen zoals de lever bij volwassen zoogdieren enig regeneratief vermogen [4], terwijl de regeneratie van de hersenen en het ruggenmerg uiterst beperkt is [5]. Om deze complexiteit nog groter te maken, kan het herstelproces, wanneer weefsels worden blootgesteld aan langdurig letsel, chronisch of ontregeld worden, wat leidt tot pathologische processen, waaronder fibrose of chronische ontsteking, die uiteindelijk de orgaanfunctie beïnvloeden en tot de dood van organen of organismen kunnen leiden.

1.1. Cellulaire veroudering

Een veelvoorkomend resultaat van het verwondingsproces is cellulaire veroudering, een onomkeerbare maar stabiele vorm van celcyclusstilstand, gedefinieerd door een veranderd transcriptoom, dat optreedt in prolifererende cellen wanneer ze het einde van hun replicatieve levensduur hebben bereikt of wanneer ze worden blootgesteld aan stress. Senescente cellen worden vaak gekenmerkt door een vergrote en afgeplatte vorm [6], en vertonen kenmerken van veroudering, waaronder veranderingen in DNA en chromatine en veranderingen in genexpressie [7-11] mitochondriale disfunctie en de daaropvolgende afgifte van reactieve zuurstofsoorten (ROS) [12 ,13] eiwitmodificaties [14] en accumulatie van lipofuscinekorrels [15] expressie van SA-β-galactosidase [16] en de afgifte van SASP-factoren [14,17] (figuur 1een).Bovendien, hoewel ze vaak worden aangetroffen in beschadigde weefsels [27,28], kunnen verouderde cellen ook aanwezig zijn in niet-verwonde organen, vooral in organen die eerder schade of ziekte hebben opgelopen [29], en vooral bij oudere personen. Cellulaire senescentie werd voor het eerst ontdekt in primaire celcultuur, waar cellen die gedurende lange tijd werden gekweekt, vergelijkbaar met veroudering, een staat bereikten waarin ze niet langer in staat waren om te repliceren [30,31]. Vervolgens werden cellen die positief waren voor senescentie-geassocieerde (SA)-β-galactosidase waargenomen in verouderde weefsels [16]. Gedurende vele jaren daarna werd senescentie uitsluitend gezien als een gevolg van veroudering van het organisme, maar in het laatste decennium is ons begrip dramatisch geëvolueerd, wat aangeeft dat cellulaire veroudering kan optreden als reactie op een reeks stimuli, waaronder cellulaire schade [18], oxidatieve stress [32], oncogene signalering [19], telomeer verloop [20], ioniserende straling [21] en sommige geneesmiddelen tegen kanker [22] (figuur 1B), en wordt zelfs gezien tijdens de ontwikkeling [23,24] (figuur 1C). Senescentie is gemeld in tal van celtypen tijdens natuurlijke veroudering en na verwonding of ziekte, waaronder epitheel [33], endothelia [34], immuuncellen [35], mesenchymale cellen [36], bot [37], spier [38] en vetweefsel [39]. Een belangrijke rol van senescentie is daarom het voorkomen van de verspreiding van schade door het weefsel en fungeert bij kanker als een krachtige barrière tegen tumorigenese (besproken in [40]) (figuur 1C). Over het algemeen bevordert de tijdelijke inductie van veroudering gevolgd door eliminatie van verouderingscellen weefselremodellering en regeneratie [25,26] (figuur 1C) chronisch letsel kan echter leiden tot de ophoping van verouderde cellen op de lange termijn, waardoor een aanhoudende ontsteking ontstaat die uiteindelijk de weefselfunctie schaadt en kan bijdragen aan orgaanfalen (figuur 1C). Om deze reden zal de fijne balans van senescente cellen en hun aanwezigheid/opruiming waarschijnlijk een cruciale rol spelen bij weefselherstel. In deze review hebben we ons geconcentreerd op de literatuur die het samenspel beschrijft tussen senescentie in epitheelweefsels en immuuncellen, met name macrofagen.

Figuur 1. De kenmerken, oorzaken en gevolgen van cellulaire veroudering. (een) De belangrijkste kenmerken van een ouder wordende cel, waaronder een vergrote en onregelmatige/afgeplatte vorm [6], DNA-segmenten met chromatine-veranderingen die de veroudering versterken (DNA-SCARS) [9] en foci [10], veranderde genexpressie [8] en stopzetting van de celcyclus [7], mitochondriale disfunctie en afgifte van reactieve zuurstofspecies (ROS) [12,13], eiwitmodificaties [14], lipofuscinekorrels, expressie van SA-β-galactosidase [16] en afgifte van SASP-factoren [14 ,17]. (B) Cellulaire veroudering kan optreden als reactie op cellulaire of DNA-schade [18], oncogen-, mitogeen- en cytokinesignalering [19], telomeerafslijting/verkorting [20], ioniserende straling [21] en geneesmiddelen tegen kanker [22]. (C) Cellulaire veroudering speelt een dubbele rol tijdens de ontwikkeling [23,24] en tijdens weefselherstel en -regeneratie [25,26], waar het de opruiming van celresten kan bevorderen, fibrose kan verminderen, epigenetische veranderingen kan veroorzaken en als een krachtige barrière tegen tumorigenese kan fungeren , terwijl het ook leidt tot senescentieverspreiding, DNA-schade, verder weefselletsel en uiteindelijk leidend tot leeftijdsgebonden weefselverslechtering en pathologieën. Gemaakt met Biorender.com.

1.2. Senescentie-geassocieerd secretoir fenotype

Senescente cellen worden vaak gekenmerkt door hun vermogen om een ​​senescentie-geassocieerd secretoir fenotype (SASP) te ontwikkelen, een pro-inflammatoire respons die het senescentie-fenotype in omringende cellen activeert en versterkt, fibrose moduleert en regeneratie bevordert [41] (figuur 1C). De SASP bestaat uit een complexe mix van extracellulaire matrixproteasen, groeifactoren, chemokinen en cytokinen, die een diepgaand effect hebben op de micro-omgeving van het weefsel [42]. Dergelijke SASP-componenten kunnen senescentie in naburige cellen veroorzaken op zowel een autocriene [43,44] als paracriene [41,45] manier, wat suggereert dat senescentie een inflammatoire micro-omgeving creëert die kan leiden tot de eliminatie van senescente cellen. De uitscheiding van pro-inflammatoire cytokines, zoals interleukine-6 ​​(IL-6) en interleukine-8 (IL-8) [46], chemokinen, zoals monocyt chemoattractant eiwitten (MCP's) en macrofaag inflammatoire eiwitten (MIP's) [42 ], en groeifactoren, zoals transformerende groeifactor-β (TGFβ) [47], ontstekingen veroorzaken en immuuncellen rekruteren om verouderde cellen te verwijderen.

1.3. Macrofagen bij weefselherstel

Onder de verscheidenheid aan celtypen die herstel orkestreren, is aangetoond dat macrofagen kritische regulerende activiteit vertonen in alle stadia van herstel en fibrose. Macrofagen worden naar de plaats van verwonding gerekruteerd door chemokine-gradiënten en verschillende adhesiemoleculen, waar ze hun rol vervullen als aasetercellen die celafval en binnendringende cellen fagocyteren, naast andere apoptotische cellen, als reactie op weefselbeschadiging. Belangrijk is dat macrofagen de sleutel zijn voor de klaring van verouderde cellen na verwonding [48,49], evenals een belangrijke bron van chemokinen, matrixmetalloproteïnasen (MMP's) en andere ontstekingsmediatoren die de initiële cellulaire respons aansturen [50]. Huidige modellen suggereren dat veroudering weefselmodellering / hermodellering initieert door immuuncellen te rekruteren via de SASP, waar macrofagen verouderingscellen opruimen, waardoor herbevolking door voorlopercellen en regeneratie van het beschadigde weefsel mogelijk wordt [25,26,51]. In het geval van aanhoudende schade of in verouderde weefsels, kunnen klaring en regeneratie echter in gevaar komen als gevolg van slechte rekrutering van macrofagen, toegenomen veroudering van cellen of zelfs schade aan de macrofagen zelf. Inderdaad, als macrofagen in de vroege stadia van herstel in een aantal organen uitgeput raken, wordt de ontstekingsreactie verminderd [52] en leidt dit tot minder efficiënt herstel en regeneratie [53,54].

Deze review richt zich op de recente bevindingen die ons begrip van senescente cellen en macrofagen bij weefselbeschadiging hebben verbeterd, en het belang van de samenwerking van deze cellen als belangrijke spelers bij het vergemakkelijken van weefselregeneratie en -herstel.

2. Bewijs voor de rol van senescente cellen bij weefselbeschadiging

Senescentie is een toestand van onomkeerbare proliferatieve stilstand, die cellen ondergaan als reactie op een verscheidenheid aan schadelijke stimuli, en wordt geassocieerd met veranderingen in morfologie, lysosomale activiteit, veranderingen in chromatinestructuur (H2Ax-expressie) en activering van de SASP [55] (figuur 1een). Veel van ons huidige begrip van senescentie is voortgekomen uit onderzoek naar ziekte of veroudering, maar onlangs is een nieuwe rol voor senescentie bij het oplossen van weefselbeschadiging naar voren gekomen. Er zijn inderdaad verouderde cellen geïdentificeerd in een verscheidenheid aan beschadigde organen, waaronder de lever [28,47], nier [56,57], hart [58], skeletspier [27] en speekselklieren [59], en hebben grotendeels geassocieerd met het verlies van weefselfunctie. Desalniettemin is gemeld dat de aanwezigheid van senescente cellen zowel positieve als negatieve effecten heeft in hun residente orgaan, afhankelijk van hun overvloed en duur (figuur 1C), en geeft ons belangrijke inzichten in hun fysiologische functie. Als de functie van veroudering inderdaad de eliminatie van cellen is, waarom ondergaan cellen dan niet de snellere en meer directe route van apoptose, en waarom werden verouderde cellen geselecteerd tijdens de evolutie? Deze vraag heeft geleid tot het opkomende concept dat senescente cellen een belangrijke rol spelen bij weefselherstel en -remodellering, waarbij ze een laatste functie vervullen voordat ze uiteindelijk zelf worden geëlimineerd [26].

2.1. De rol van senescente cellen bij weefselherstel

Tot op heden zijn twee belangrijke benaderingen gebruikt om de rol van senescente cellen bij herstel te onderzoeken: genetische depletiestrategieën, waarbij senescente cellen uit het weefsel worden verwijderd, en door het gebruik van senolytica, waarbij verbindingen worden gebruikt om senescente celdood te induceren.

2.2. Genetische uitputtingsstrategieën

Om de rol van senescente versus apoptotische cellen bij weefselbeschadiging te onderscheiden, heeft Baker et al. [66] gebruikte een induceerbaar 'senescentie-tot-apoptose' progerisch muismodel, waarbij transgene muizen pro-apoptotische eiwitten tot expressie brengen onder de expressie van de p16 INK4a-promoter. Door de muizen een 'chemische schakelaar' toe te dienen, werden cellen die de senescentie-geassocieerde marker p16 INK4a tot expressie brengen omgezet in apoptotische cellen in vivo. Interessant is dat Baker, naast het observeren van een afname van het aantal verouderende cellen, et al. [66] nam een ​​omkering waar in een aantal leeftijdsgebonden pathologieën (figuur 2), wat wijst op een rol voor senescente cellen bij het verstoren van de weefselhomeostase. Echter, met behulp van een vergelijkbaar maar mechanistisch ander muismodel in cutane wondgenezingsstudies, werd aangetoond door Demaria et al. [60] dat het induceren van muizen om over te schakelen van senescentie naar apoptose de wondgenezing significant vertraagde en ervoor zorgde dat de wonden grotere hoeveelheden fibrotisch weefsel ophopen (figuur 2). Interessant is dat bij jonge muizen een voorbijgaande uitbarsting van P16 INK4a + verouderingscellen werd gevonden tijdens normale wondgenezing en verdween na wondsluiting, wat wijst op een vroege rol voor verouderde cellen bij wondherstel en de negatieve impact van hun verwijdering [60]. Evenzo treedt cellulaire veroudering op in myofibroblasten in huidwonden tijdens het genezingsproces, waarvan wordt gedacht dat het de omvang van fibrose minimaliseert [61].

Figuur 2. Uitputting van macrofagen of verouderde cellen heeft diverse en tegengestelde effecten op de regeneratie van organen. De effecten van veroudering van cellen (een) of uitputting van macrofagen of voorkomen van accumulatie (B) zijn afgebeeld. In veel organen speelt de timing van celuitputting een cruciale rol op het regeneratieve resultaat. Terwijl uitputting van verouderde cellen de wondgenezing van de huid vertraagt ​​en fibrose verergert [60,61], is het effect van deletie van macrofagen tijdens wondgenezing afhankelijk van de tijd [54], terwijl uitputting van verouderde cellen leidt tot leverfibrose [28,62], uitputting van macrofagen kunnen leiden tot zowel verminderde leverlittekenvorming als fibrose, afhankelijk van de timing [52]. Bovendien heeft het verwijderen van verouderde cellen geen of grotendeels positieve effecten op spieren en hart [63], maar uitputting van macrofagen leidt tot nadelige effecten op hart- en spierregeneratie [63-65]. Gemaakt met Biorender.com.

Ter ondersteuning van deze waarnemingen zijn ook contrasterende effecten van senescente celfunctie aangetoond in andere modellen van weefselbeschadiging. Wanneer de lever beschadigd raakt, verouderen de stellaatcellen van de lever en produceren ze een stabiel fibrotisch litteken [28] (figuur 2). In vivo, deze senescente cellen worden geïdentificeerd in de fibrotische laesies, maar muizen hebben een tekort aan p53 en p16 INK4A vertonen verhoogde fibrose in zowel de lever als de nieren [28,62]. Omgekeerd, in een muismodel van oncogeen NRAS G12 V, waar senescente cellen gewoonlijk worden geklaard door monocyten en macrofagen, vertonen immunodeficiënte muizen een verminderde klaring, wat resulteert in volwassen levertumoren [67]. Bovendien is de p16-3MR transgene muis, een model dat een p16 INK4a-promotor bevat die het opsporen en verwijderen van senescente cellen mogelijk maakt, gebruikt om aan te tonen dat senescente celdeletie pijn vermindert in een experimenteel model van osteoartritis [68]. Cruciaal is dat een muismodel dat het transgen INK-ATTAC bevat, dat apoptose induceert in cellen die p16 INK4a tot expressie brengen, aantoonde dat behandeling met senescente celklaring de levensduur verlengde bij zowel mannelijke als vrouwelijke muizen, tumorigenese vertraagde en leeftijdsgerelateerde achteruitgang van verschillende organen verminderde , inclusief nieren, hart en vet, zonder duidelijke bijwerkingen [69].

2.3. Senolytica

Het gebruik van senolytische verbindingen biedt ook een mechanisme om de rol van senescente cellen en in het bijzonder de specifieke timing van uitputting op te helderen. Er zijn aanwijzingen dat senolytica de expressie van SA-β-gal in celkweek [70] kunnen aansturen. Bovendien is de toediening van de senolytische verbindingen ABT-737 of Dasatinib plus Quercetine (DQ) in vivo induceert apoptose in senescente cellen en leidt tot klaring in de huid, longen en het hematopoëtische systeem van de muis, en verbetert vervolgens het weefselherstel [70-73]. Bovendien bevordert DQ-toediening de overleving van transplantaties van oude muizen [74].

Al met al benadrukken deze studies de tegengestelde rollen van senescente cellen bij letsel en herstel, en de variatie in hun functie als gevolg van timing, mate en type letsel. Sterker nog, toenemend bewijs suggereert dat cellulaire veroudering een meerstaps, dynamisch proces is, dat zich ontwikkelt van een voorbijgaande naar een stabiele toestand van stilstand van de celcyclus, wat de uitkomst dicteert [75].

2.4. De rol van het senescentie-geassocieerde secretoire fenotype bij weefselherstel

Bovendien, naast het directe effect op celdeling en klaring, is een belangrijk mechanisme waarbij senescente cellen letsel beïnvloeden, via de SASP. Het SASP-secretoom bevat een grote verscheidenheid aan oplosbare signalen die weefselontsteking, herstel en fibrose kunnen beïnvloeden, waaronder IL-1, IL-8, IL-6 en transformerende groeifactor bèta (TGFβ). De SASP is een pro-inflammatoire respons die het senescente fenotype in omringende cellen activeert en versterkt en daardoor de verspreiding van senescentie door het weefsel bemiddelt, bekend als 'bystander senescentie'. Door een variabele set van cytokinen en chemokinen wordt paracriene senescentie geïnduceerd en gehandhaafd door mechanismen die reactieve zuurstofsoorten (ROS) en de DNA-schaderespons (DDR) [76] genereren. Het is bijvoorbeeld aangetoond dat paracriene senescentie galbeschadiging verergert en regeneratie in de lever schaadt [47]. Bij de gedeeltelijke ablatie van de SASP, via TGFβ remming, de proliferatie van hepatocyten wordt verhoogd, fibrose wordt verminderd en de algehele leverfunctie wordt verbeterd. Daarentegen, in het muismodel van huidletsel dat door Demaria werd gebruikt: et al.identificeerden de auteurs een positief effect van de SASP [60]. Intrigerend genoeg bleek door de secretie van de SASP-factor PDGF-AA de sluiting van huidwonden te worden versneld, door myofibroblastdifferentiatie en vorming van granulatieweefsel te bevorderen.

Inderdaad, toen de SASP voor het eerst werd bestudeerd, werd de rol ervan bij letsel en resolutie niet goed begrepen, omdat de componenten meestal pro-inflammatoir bleken te zijn. Sindsdien is gesuggereerd dat veroudering de regeneratie kan belemmeren door paracriene signalering, waardoor naburige cellen niet in staat zijn om schade te compenseren, wat resulteert in verhoogde fibrose en een verminderd vermogen van de regeneratieve respons [47]. Het lijkt er echter op dat de prominente ontstekingscomponenten en nadelige gevolgen grotendeels optreden wanneer de SASP een lange levensduur heeft en gunstig kan zijn wanneer deze van voorbijgaande aard is, en zo een cruciale rol speelt bij weefselremodellering in de vroege stadia van letsel. In 2017, Chiche et al. [29] toonde aan dat bij acuut en chronisch letsel de afgifte van de SASP-factor IL-6 uit senescente cellen de herprogrammering van spiersatellietcellen mogelijk maakte, wat wijst op een rol voor de SASP bij het vergemakkelijken van cellulaire plasticiteit en reparatie. Belangrijk is dat dit wijst op een gunstige rol van de SASP bij het bevorderen van de cellulaire plasticiteit van stamcelpopulaties tijdens acuut spierletsel, evenals in de pathologische setting van spierverslechtering [29].

2.5. Cellulaire veroudering in pluripotentie

Om aan de bovengenoemde bevindingen toe te voegen, heeft een recente studie aangetoond dat de herprogrammeringsfactoren OCT4, SOX2, KLF4 en cMYC cellulaire veroudering en IL-6-productie kunnen induceren in vivo, wat leidt tot efficiëntere herprogrammering [77]. Bovendien kan SASP een pro-regeneratieve respons bevorderen door de inductie van plasticiteit en stamheid in somatische stam-/voorlopercellen [78]. Ritschka et al. [78] toonde aan dat een voorbijgaande blootstelling aan de SASP in primaire muiskeratinocyten de verhoogde expressie van stamcelmarkers en regeneratief vermogen veroorzaakte in vivo. Langdurige blootstelling aan de SASP veroorzaakte echter senescentie-arrest die de regeneratieve stimuli tegenging [78]. Er is dus voorgesteld dat in het geval van verwonding de senescente cel de SASP gebruikt om plasticiteit en stamheid in aangrenzende cellen te induceren, waardoor de senescente cel kan worden vervangen zodra deze is verwijderd en weefselregeneratie wordt aangemoedigd [25]. Het is echter belangrijk op te merken dat wanneer dit proces ongecontroleerd is, senescentie-geassocieerde herprogrammering kan leiden tot tumorvorming door kankerstamheid te bevorderen [79]. Daarentegen leiden SASP-factoren die worden uitgescheiden door senescente cardiale voorlopercellen (CPC's) via paracriene signalering, tot de veroudering van overigens gezonde CPC's. In deze context deed de eliminatie van senescente cellen bij oudere muizen of bij muizen die met senolytica werden behandeld de SASP teniet en resulteerde in de activering van residente CPC's en een toename van het aantal prolifererende Ki-67 EdU+-cardiomyocyten, wat erop wijst dat de verwijdering van senescente cellen kunnen achteruitgang na hartletsel verminderen en bijdragen aan het vermogen van het hart om te regenereren [58]. Bovendien verbetert de deletie van de senescentie-effectoren p53 en p16 INK4a de herprogrammeringsefficiëntie van menselijke fibroblasten naar iPSC's, wat suggereert dat veroudering in deze omgeving een negatief effect heeft op plasticiteit [80]. Belangrijk is dat deze verschillen in de vraag of senescente cellen gunstig / nadelig zijn voor regeneratie, het belang benadrukken van de timing waarin het senescentieprogramma wordt geactiveerd en de veranderende rol ervan tijdens verschillende stadia van de verwondingsreactie.

Tot op heden is bekend dat de SASP een belangrijke rol speelt bij embryonale ontwikkeling, wondgenezing en tumorgroei, wat aangeeft dat de SASP complexere fysiologische rollen heeft dan we momenteel begrijpen (besproken in [81,82]). Alles bij elkaar genomen tonen deze onderzoeken aan dat senescente cellen een belangrijke rol spelen bij weefselbeschadiging en -regeneratie en weefselherstel zowel kunnen bevorderen als remmen. Het bewijs van de positieve effecten van het verwijderen van verouderende cellen komt eenvoudigweg uit de omstandigheden waarin verouderende cellen zich ophopen en tot negatieve gevolgen leiden. Omgekeerd lijkt een voorbijgaande golf van verouderde cellen een belangrijke rol te spelen bij het bevorderen van herstel in de vroege stadia van letsel. Over het algemeen ondersteunen deze bevindingen het begrip dat het senescentieprogramma een gunstig regeneratief proces kan zijn, maar wanneer het wordt verstoord, kan het een nadelige rol spelen. Terwijl acute veroudering bijvoorbeeld duidelijk een belangrijke rol speelt bij het voorkomen van maligniteit en het bevorderen van succesvol weefselherstel, draagt ​​de accumulatie van chronisch verouderde cellen verder bij aan letsel, ziekte en veroudering.

3. De rol van macrofagen bij weefselbeschadiging

Hoewel is aangetoond dat een grote verscheidenheid aan celtypen een belangrijke rol spelen bij letsel en herstel, is er de afgelopen jaren een bijzondere interesse in macrofagen ontstaan, vanwege de bijdrage van verschillende macrofaagpopulaties en hun plasticiteit in de context van letsel.Zo is er de afgelopen jaren bijzondere aandacht geweest voor de identificatie van verschillende macrofaagtoestanden en subsets in veel verschillende orgaansystemen en hun verschillende rollen bij letsel en herstel. Macrofagen zijn cruciaal voor de regeneratie van ledematen bij de salamander [83] en voor de regeneratie van de staartvin bij de zebravis [84] (figuur 3). Bovendien interageren macrofagen nauw met hun omgeving en integreren ze signalen van binnendringende pathogenen, commensale bacteriën, evenals weefselspecifieke functies, waardoor macrofagen buitengewoon goed aangepast zijn aan hun lokale omgeving en dus orgaanspecifieke functies verwerven [85,86]. De macrofaagpopulaties die in de vele verschillende weefsels van het lichaam worden aangetroffen, worden 'weefsel-residente' macrofagen genoemd en zijn grotendeels afgeleid van de dooierzak tijdens de embryogenese (besproken in [87]). Als langlevende cellen zijn weefsel-residente macrofagen bijzonder belangrijk, vanwege hun getuige zijn van en 'memoriseren' van gebeurtenissen uit het verleden en heden in het weefsel, dat een belangrijke rol speelt in hun plasticiteit. Verder is aangetoond dat deze macrofagen in staat zijn hun gedrag aan te passen, waarschijnlijk door epigenetische modificaties [88,89]. Daarom zijn weefsel-residente macrofagen van cruciaal belang bij het handhaven van weefselhomeostase.

Figuur 3. Diermodellen van regeneratie hebben het bewijs geleverd van het samenspel tussen macrofagen en senescente cellen tijdens weefselregeneratie. De inductie van cellulaire senescentie leidt tot de initiatie van het senescentie-geassocieerde secretoire fenotype (SASP) tijdens de regeneratie van de salamander ledematen, de regeneratie van de zebravisvin en de regeneratie van de baarmoeder na de bevalling. Bij afwezigheid van macrofagen worden verouderde cellen in het regenererende salamanderlidmaat niet gewist, wat een mogelijke reden is voor verminderde regeneratie (gestippelde grijze pijl) [48]. Het verwijderen van verouderde cellen of macrofagen tijdens de regeneratie van de zebravis heeft een schadelijk effect op de regeneratie, vermoedelijk als gevolg van het veranderen van de strak gereguleerde balans van celveroudering (gestippelde grijze pijlen) [125]. De baarmoeder van zoogdieren ondergaat een uitgebreide hermodellering post-partum waar senescente cellen normaal worden gewist door macrofagen. Bij afwezigheid van macrofagen hopen verouderde cellen zich op in de baarmoeder [126], wat vermoedelijk leidt tot ontregelde regeneratie en functie (gestippelde grijze pijl). Gemaakt met Biorender.com.

Als reactie op weefselbeschadiging resulteert ontsteking in een initiële instroom van neutrofielen, vergezeld van van monocyten afgeleide macrofagen, die celresten opruimen en cellulaire processen coördineren om weefselherstel te initiëren. Belangrijk is dat dit proces leidt tot een algehele verdunning van de weefsel-residente macrofagen in de macrofaagpool, die verder wordt verergerd door de proliferatie van infiltrerende macrofagen, die hun functie aanpassen aan de omringende signalen in de lokale micro-omgeving. Een reeks onderzoeken heeft dus de gespecialiseerde rollen van monocyten en macrofagen en de timing van hun activering geïdentificeerd als cruciaal in de verschillende stappen van weefselherstel, regeneratie en hermodellering [52,54].

3.1. Macrofaag fenotypes

In het verleden zijn macrofagen grofweg onderverdeeld in twee categorieën: M1 (klassiek geactiveerd) en M2 (alternatief geactiveerd), op basis van respectievelijk hun inflammatoire en anti-inflammatoire/herstellende functies. Tegenwoordig wordt de binaire M1/M2-classificatie algemeen beschouwd als een oversimplificatie van de grote verscheidenheid aan macrofaagpopulaties die er bestaat in vivoen zijn tot op heden verder onderverdeeld op basis van hun genexpressieprofielen [90,91]. Niettemin worden pro-inflammatoire macrofagen over het algemeen geassocieerd met de expressie van hoge niveaus van pro-inflammatoire cytokinen, een vermogen om resistentie tegen pathogenen te mediëren, reactieve stikstof- en zuurstoftussenproducten te produceren en Th1 reacties [92]. Aan de andere kant worden herstellende macrofagen gekenmerkt door hun rol in weefselremodellering en -herstel, regulatie van het immuunsysteem, opruimings- en fagocytische capaciteiten [93], waardoor ze voornamelijk pro-tumorale en immunoregulerende functies uitoefenen (besproken in [94]).

Het is niet verwonderlijk dat is aangetoond dat de aanwezigheid van pro-inflammatoire macrofagen weefselbeschadigende ontstekingsreacties ondersteunt, en de aanwezigheid van deze cellen is in verband gebracht met een verscheidenheid aan ontstekings- en fibrotische ziekten. De rol van pro-inflammatoire macrofagen is bijzonder goed bestudeerd in modellen van ruggenmergletsel, waarbij is aangetoond dat macrofagen zich gemakkelijk ophopen op de plaats van verwonding. In deze modellen hebben macrofaagactivering en polarisatie, afhankelijk van veranderingen in de micro-omgeving, aangetoond dat de aanhoudende rekrutering van pro-inflammatoire macrofagen axonale afsterving vergemakkelijkt en de regeneratieve respons [95] en hun dood aanzienlijk kan vertragen. ter plaatse draagt ​​verder bij aan weefselbeschadiging [96]. Bovendien is de aanwezigheid van axongroeiremmers significant hoger in pro-versus anti-inflammatoire macrofagen, wat suggereert dat deze cellen actief kunnen bijdragen aan het onderdrukken van regeneratie na dwarslaesie [97]. Bovendien hebben studies in de lever ook inflammatoire macrofagen betrokken bij het verergeren van letsel, waarbij een toename van inflammatoire macrofagen wordt waargenomen in gebieden met levernecrose [98,99]. Dit is ook waargenomen tijdens acuut nierletsel waar remming van vroege, pro-inflammatoire macrofagen de nierfunctie verbetert [100] (figuur 2). Het is echter belangrijk op te merken dat pro-inflammatoire macrofagen ook kunnen bijdragen aan de processen die tot herstel leiden. Dit is waargenomen in modellen van skeletspierbeschadiging, waarbij remming van de accumulatie van monocyten/macrofagen de spierregeneratie belemmert [63,64], en hartregeneratie, waarbij de uitputting van macrofagen leidt tot veranderingen in myofibroblastinfiltratie en neovascularisatie, en daaropvolgende ventriculaire dilatatie en mortaliteit [ 65] (figuur 2). Een goede balans tussen pro/anti-inflammatoire macrofagen is dus waarschijnlijk nodig voor optimaal herstel na een blessure.

3.2. Onderzoek naar uitputting van macrofagen en reconstitutie

Het is misschien niet verrassend dat de volledige uitputting van macrofagen ook nadelig is bevonden voor weefselherstel. Uitputtingsstudies in modellen van weefselbeschadiging in de lever hebben aangetoond dat macrofaag-uitgeputte muizen geen volledige cytokinerespons uitoefenen, wat vervolgens de leverregeneratie in gevaar bracht [52]. Dit is waarschijnlijk te wijten aan het verlies van ontstekingsremmende pro-regeneratieve macrofagen die een cruciale rol spelen bij het bevorderen van weefselherstel. Deze macrofaagpopulaties zijn gedeeltelijk gedefinieerd door hun productie van het ontstekingsremmende cytokine IL-10, dat functioneert als een belangrijke ontstekingsremmende bemiddelaar die essentieel is voor het behoud van ontstekingsremmende activiteit [101]. Interessant is dat in een model van vroeg optredende inflammatoire darmziekte, het verlies van de IL-10-receptor (IL-10R) resulteerde in de spontane ontwikkeling van colitis [102], wat aangeeft dat IL-10R-signalering in intestinale macrofagen een belangrijke factor is. voor het onder controle houden van darmontsteking. Bovendien, terwijl cutane wondgenezing wordt versneld bij muizen die deficiënt zijn voor IL-10, een resultaat dat wordt toegeschreven aan versnelde re-epithelialisatie en wondcontractie, was de infiltratie van macrofagen significant verhoogd [103], wat verder IL-10-signalering bij ontsteking impliceert.

Verder een recent artikel van Podaru et al. [104] toonde aan dat de transplantatie van functionele 'herstellende macrofagen', verkregen uit mononucleaire beenmergcellen, in een muis-myocardinfarctmodel, resulteerde in een significante verbetering van functioneel herstel. Hier ontdekten de auteurs dat transplantatie van de herstellende macrofagen het herstel van het myocardweefsel verbeterde, door de vorming van de vasculatuur te bevorderen en de hypertrofie van cardiomyocyten en interstitiële fibrose te verminderen. Interessant genoeg bleek de transplantatie van dergelijke herstellende macrofagen ook het aantal van hun van de gastheer afgeleide tegenhangers te verhogen, wat gedeeltelijk werd gemedieerd door TGFβ afscheiding [104]. Bovendien, na dood van hepatocyten tijdens leverbeschadiging, leidt het opslokken van afval door macrofagen tot de inductie van Wnt3a, wat vervolgens leidt tot canonieke WNT-signalering in nabijgelegen hepatische voorlopercellen, waardoor hun differentiatie tot hepatocyten wordt vergemakkelijkt en daardoor wordt bijgedragen aan de regeneratieve respons [105]. Aldus speelt inflammatoire celgemedieerde cytokinesignalering een integrale rol bij regeneratie en weefselresolutie.

Onlangs is aangetoond dat kleine extracellulaire blaasjes (sEV's) afgeleid van M2-beenmerg-afgeleide monocyten (BMDM's) ruggenmergletsel (SCI) kunnen verzwakken. sEV's bemiddelen paracriene signalering en zijn belangrijk voor het reguleren van de cellulaire functie [106]. Hier bleken sEV's van M2 BMDM's neuronen in SCI-muizen te beschermen, door de mTOR-route te remmen en het autofagievermogen van neuronen te verbeteren, waardoor apoptose wordt verminderd in vitro en in vivo. Dit bleek te wijten te zijn aan de overdracht van het microRNA miR-421-3p, dat de mTOR-route in de M2 ​​BMDM-sEV's reguleert [107]. Deze studie toonde voor het eerst aan dat M2-afgeleide BMDM's belangrijk zijn bij het beschermen van neuronen en het vergemakkelijken van herstel na SCI, en benadrukte ook dat dit gebeurt via de overdracht van sEV's. Bovendien verheldert deze studie dus de gunstige rollen voor M2-macrofagen tijdens letsel en geeft het een mechanisme aan waarmee ze hun beschermende / herstellende functie uitvoeren.

Interessant is dat van dergelijke ontstekingsremmende macrofagen is aangetoond dat ze niet alleen weefselherstel bevorderen, maar ook de functie van pro-inflammatoire macrofagen tegenwerken en vechten tegen hun pro-fibrotische vermogens [108,109]. De interactie/samenwerking van macrofagen met verschillende celtypes, ook die welke betrokken zijn bij de beginfase van ontsteking, is dus van vitaal belang. Recent is aangetoond dat neutrofielen ook een cruciale functie hebben bij leverherstel, door de fenotypische omzetting van pro-inflammatoire Ly6C hi CX3CR1 lo monocyten/macrofagen naar pro-herstellende Lyc6 lo CX3CR1 hi macrofagen te bevorderen. Verder bleek deze omzetting afhankelijk te zijn van de expressie van reactieve zuurstofspecies (ROS) uit neutrofielen [110,111]. Intrigerend genoeg toonde deze studie de samenwerking aan tussen neutrofielen en macrofagen en het belang van hun interactie bij het oplossen van ontsteking en weefselherstel [111]. Dit ondersteunt het toenemende bewijs dat van monocyten afgeleide macrofagen zowel fenotypische als functionele overgangen kunnen ondergaan om weefselregeneratie en genezing te bevorderen [112.113].

Ten slotte is macrofaagactiviteit tijdens verschillende fasen van weefselbeschadiging belangrijk voor weefselherstel. Door selectief macrofaagpopulaties uit te putten, Duffield et al. [52] toonde aan dat macrofagen verschillende, tegengestelde rollen hebben tijdens letsel en herstel. Specifiek, in een muismodel van Ccl4-geïnduceerde omkeerbare leverbeschadiging, resulteerde de uitputting van macrofagen tijdens gevorderde fibrose in verminderde littekens. Als macrofagen echter tijdens de reparatieperiode waren uitgeput, resulteerde dit in het falen van matrixafbraak en een aanhoudende activering van de fibrotische respons. Belangrijk is dat dit aantoonde dat macrofagen zowel letsel-inducerende als reparatie-bevorderende taken uitvoeren (figuur 2), en dat er functioneel verschillende subpopulaties van macrofagen bestaan ​​in hetzelfde weefsel die een belangrijke rol spelen in verschillende fasen van letsel/herstel [52]. Bovendien vertraagde de uitputting van macrofagen in de vroege stadia van huidwondherstel de re-epithelialisatie, wat leidde tot verminderde littekenvorming, terwijl uitputting in de middenfase van de vorming van nieuw weefsel leidde tot een verminderde wondsluiting. Cruciaal was dat uitputting in de late stadia van herstel geen effect had op de algehele herstelrespons, wat suggereert dat macrofagen verschillende en verschillende functies spelen tijdens de fasen van huidherstel [54,114] (figuur 2). Uiteindelijk tonen studies zoals deze aan dat macrofagen verschillende en verschillende functies uitoefenen in verschillende stadia van de reparatie- of regeneratieprocessen, een ontdekking die cruciaal is als we de macrofaagfunctie in de toekomst therapeutisch willen manipuleren om de orgaanregeneratie te verbeteren.

4. De interactie tussen senescente cellen en macrofagen bij weefselregeneratie en -herstel

Van senescentie is nu bekend dat het een belangrijke rol speelt in veel verschillende weefsels tijdens de embryonale ontwikkeling van muizen [23,24]. Dit omvat in de mesonephric tubuli tijdens mesonephros-involutie (ontwikkeling van de nieren en testikels), de endolymfatische zak van het binnenoor, de apicale ectodermale rand van de ledematen, de regressieve interdigitale banen van de handen en voeten, en het sluiten van de neurale buis [23]. Er zijn inderdaad aanwijzingen dat senescente cellen in de ontwikkeling van muizen op dagen E13.5-14.5 worden omgeven door macrofagen en dat de infiltratie van macrofagen leidt tot senescente celklaring en de bevordering van weefselremodellering [23,97]. Belangrijk is dat de processen die tijdens de ontwikkeling worden waargenomen ons een uniek inzicht geven in de mechanismen die de regeneratie en het herstel na een verwonding op volwassen leeftijd stimuleren, en fungeren als een startpunt voor de manipulatie van dergelijke processen. in vivo.

4.1. Senescente celbewaking door macrofagen

De rol van macrofagen bij het opruimen van verouderde cellen is al meer dan een decennium bekend [115]. Vanwege de aanzienlijke afgifte van cytokinen en chemokinen door senescente cellen via de SASP, is het niet verwonderlijk dat een toenemend aantal onderzoeken een macrofaag-afhankelijk bewakingsmechanisme lijkt te ondersteunen dat in zowel normale als regenererende weefsels werkt. Het lijkt inderdaad logisch dat het aantal verouderende cellen nauwlettend moet worden gecontroleerd om de weefselhomeostase te behouden en om de negatieve effecten van verouderende celaccumulatie te verminderen en/of te voorkomen. Het eerste bewijs van de betrokkenheid van het immuunsysteem bij de bewaking van senescente cellen kwam in 2007 van Xue et al. [116], die onthulde dat de reactivering van p53 in p53-deficiënte tumoren leidde tot volledige tumorregressie. Dit bleek te worden gemedieerd door de opregulatie van inflammatoire cytokines en de activering van de aangeboren immuunrespons [116]. Hierna bleek de rol van immuuncellen, inclusief macrofagen, belangrijk te zijn bij het verwijderen van verouderde cellen in modellen van leverbeschadiging, evenals voor het voorkomen van overmatige schadelijke fibrose en bij het oplossen van leverfibrose [117]. Bovendien is aangetoond dat verouderde leverstellaatcellen een SASP afscheiden die macrofagen aantrekt [118]. In 2013, Lujambio et al. toonde aan dat p53 tot expressie brengende stellaatcellen IFN-γ en IL-6 afgeven, die residente Kupffer-macrofagen bevorderen en geïnfiltreerde macrofagen polariseren naar een tumorremmende M1-toestand, die in staat is zich te richten op verouderde cellen in kweek. In verouderde stellaatcellen zonder p53 werd echter IL-4 geproduceerd, wat macrofaagpolarisatie veroorzaakte naar het pro-overlevings-M2-fenotype [119]. Dit bewijs suggereert dus dat senescente cellen fenotypische veranderingen in macrofagen kunnen veroorzaken die hun functionaliteit kunnen beïnvloeden. Interessant is dat mesenchymale stamcellen (MSC's) ook een regulerende rol lijken te spelen bij het verschuiven van lokale macrofagen van een pro-inflammatoir naar een weefselherstellend fenotype [120,121], en bij afwezigheid van macrofagen verliezen pasgeborenen hun vermogen om hun myocardie te regenereren na myocard infarct [122].

Om hieraan toe te voegen, zijn senescente cellen ook in staat om een ​​adaptieve immuunrespons op te wekken waar ze worden geklaard door CD4+ T-cellen en monocyten/macrofagen. Dit is aangetoond in de lever, waar premaligne senescente hepatocyten klaring ondergaan door CD4+ T-cellen, die de aanwezigheid van monocyten/macrofagen vereisen, wat het belang van overspraak met immuuncellen bij de klaring van senescente cellen benadrukt [123]. Bovendien bleek in een model van leverkanker dat senescente celsurveillance de rekrutering en rijping van CCR2+ myeloïde cellen vereist, terwijl de ablatie van CCR2 de uitgroei van hepatocellulaire carcinomen veroorzaakte [124].

4.2. Senescente cellen en macrofaag-interacties tijdens regeneratie

Om deze interacties verder te onderzoeken, heeft Yun . in 2015 et al. [48] ​​toonde aan dat macrofagen cruciaal waren voor de opruiming van verouderde cellen, wat het eerste bewijs leverde dat mechanismen voor verouderingsbewaking werken tijdens normale regeneratie. Hier toonden de auteurs aan dat er tijdens de regeneratie van de salamander ledematen een significante inductie van cellulaire senescentie was, wat het belang aangeeft als een mechanisme voor regeneratie in normaal regenererend weefsel. Verder heeft Yunu et al. rapporteerde ook dat een sterke SASP-signatuur in blastema's samenviel met een sterke piek in de inductie van senescente cellen (figuur 3), wat aangeeft dat deze paracriene effecten zouden kunnen hebben op de regeneratie en de chemo-aantrekking van macrofagen [48]. Cruciaal is dat macrofagen en senescente cellen dicht bij elkaar worden gevonden in regenererende ledematen. Daarentegen resulteert clodronaat-gemedieerde deletie van macrofagen in de persistentie van verouderde cellen tijdens de regeneratie van ledematen [48]. Ter ondersteuning hiervan hebben rapporten in andere modelorganismen zoals de zebravis de negatieve effecten aangetoond van macrofaagablatie tijdens de regeneratie van de zebravisvin [84]. Dit is verder onderzocht in een studie uit 2020 door Da Silva-Álvarez et al., die aantoonde dat na verwonding bij de zebravis verouderde cellen aanwezig waren op de plaats van verwonding en dat hun verwijdering de regeneratie belemmerde [125] (figuur 3). Bovendien worden ouder wordende cellen die zich ophopen in de postpartum baarmoeder van zoogdieren efficiënt geklaard door macrofagen na de geboorte, terwijl uitputting van macrofagen leidt tot abnormale accumulatie van ouder wordende cellen [126] (figuur 2).

Er bestaat daarom overtuigend bewijs voor de rol van senescente cellen en hun interactie met macrofagen bij weefselbeschadiging en -herstel. SASP bevordert de proliferatie van macrofagen [127], terwijl P16INK4a+-macrofagen zich ophopen met toenemende leeftijd en SASP verergeren [128]. De transcriptiefactor GATA4 wordt gestabiliseerd tijdens cellulaire veroudering, die op zijn beurt NF . activeertκB om SASP [129] te vergemakkelijken (figuur 4). Tot op heden blijven er echter vragen bestaan ​​​​met betrekking tot de mechanismen waarmee senescente cellen interageren met het immuunsysteem, inclusief macrofagen, en hoe dit een herstellende reactie uitlokt of voorkomt. Eerder is aangetoond dat senescente cellen NKG2D-liganden MICA en ULBP2 op hun celoppervlak tot expressie brengen, waardoor ze kunnen worden herkend en geëlimineerd door natuurlijke killercellen (NK-cellen). Verder is gevonden dat de expressie van deze liganden wordt gereguleerd door de DNA-schaderespons en de ERK-signaleringsroute als gevolg van letsel [131] (figuur 4).

Figuur 4. Senescente cellen en macrofagen communiceren via complexe bidirectionele signalen tijdens weefselremodellering, reparatie, regeneratie en tumorigenese.Senescente cellen worden gedetecteerd door middel van immuunsurveillance door natuurlijke killercellen (NK-cellen), gemedieerd door cel-celcontact, eiwitoverdracht, actinepolymerisatie en cytoplasmatische bruggen, wat uiteindelijk de herkenning door NK-cellen en T-cellen bevordert [130]. Senescente cellen brengen de liganden MICA en ULBP2 tot expressie op hun celoppervlak als reactie op DNA-schade en ERK-signalering, wat helpt bij hun klaring door NK-cellen [131]. Bovendien brengen senescente cellen vaak MHCII en vimentine tot expressie, wat herkenning door respectievelijk T-cellen en macrofagen mogelijk maakt [123,132,133]. Omgekeerd kunnen verouderde cellen detectie ontwijken door het 'eet me niet op'-signaal CD47 tot expressie te brengen, dat fagocytose door macrofagen schaadt door te binden aan de remmende receptor SIRPα [111] en GATA4 wordt gestabiliseerd tijdens cellulaire veroudering, wat op zijn beurt NF . activeertκB om SASP te vergemakkelijken [129]. Macrofagen bestaan ​​als weefsel-residente cellen of zijn afgeleid van bloedgedragen monocyten en kunnen worden gepolariseerd naar een pro-inflammatoire of pro-herstellende toestand. Expressie van p16 Ink4a en SaβGal in macrofagen is geïmpliceerd in een rol voor polarisatie, in plaats van als een gevolg van paracriene senescentie [128,134,135]. CCR2 dat door macrofagen tot expressie wordt gebracht, is van cruciaal belang voor het toezicht op ouder wordende cellen en het opruimen door T-cellen en het infiltreren van macrofagen [124]. Onder normale fysiologische omstandigheden geven p53+-stellaatcellen de pro-inflammatoire cytokines, IFN-γ en IL-6, af, die residente Kupffer-cellen bevorderen en macrofagen infiltreren om te polariseren naar een pro-inflammatoire toestand, die zich kan richten op senescente cellen. Omgekeerd wordt in verouderde stellaatcellen zonder p53 IL-4 geproduceerd, wat resulteert in macrofaagpolarisatie naar het pro-overlevingsfenotype [119]. Senescentie-geassocieerd secretoir fenotype (SASP) leidt tot verhoogde inflammatoire cytokines, activering van de immuunrespons en senescente celklaring. Naast deze klassieke rol leidt SASP ook tot extracellulaire hermodellering (ECM), wat bijdraagt ​​aan veranderde celrekrutering en verminderde toegang van immuuncellen tot senescente cellen [136]. Het MHC-molecuul HLA-E, dat tot expressie wordt gebracht door senescente cellen en geïnduceerd door IL-6, interageert met de remmende receptor NKG2A, tot expressie gebracht door NK-cellen en T-cellen, om surveillance te ontwijken, en het blokkeren van deze interactie verbetert de immuunresponsen tegen senescente cellen [137], op een manier waarbij aanhoudende ontsteking ook bijdraagt ​​aan de persistentie van senescente cellen. Gemaakt met Biorender.com.

4.3. Senescente cellen en macrofaag interacties met veroudering

Een andere openstaande vraag is wat het mogelijk maakt dat verouderde cellen zich ophopen tijdens veroudering/letsel en hoe verouderde cellen erin slagen te ontsnappen aan de verwijdering door het immuunsysteem. Vooruitgang bij het beantwoorden van deze vraag heeft aangetoond dat senescente dermale fibroblasten de klaring door het immuunsysteem kunnen omzeilen door het niet-klassieke MHC-molecuul HLA-E tot expressie te brengen. HLA-E functioneert door interactie met remmende NKG2-receptoren, tot expressie gebracht door NK-cellen en CD8+ T-cellen, om immuunresponsen tegen senescente cellen te remmen (figuur 4). De auteurs ontdekten dat het blokkeren van de interactie tussen HLA-E en de receptor NKG2A de immuunrespons tegen senescente cellen verhoogde in vitro. Interessant genoeg vonden ze dat het SASP-gerelateerde cytokine IL-6 de expressie van HLA-E in niet-senescente cellen op een paracriene manier induceerde [137]. De opregulatie van HLA-E-expressie door IL-6 suggereert dus dat aanhoudende ontsteking ook kan bijdragen aan de persistentie van senescente cellen in weefsel, wat verder bijdraagt ​​aan de pathogenese van letsel of leeftijdgerelateerde ziekten. Dit wordt ondersteund door het feit dat IL-6 goed is gekarakteriseerd in senescentie [138] en wordt aangetroffen in het serum van oudere patiënten, evenals in verschillende letselmodellen [139,140]. Bovendien, zoals de auteurs opmerken, kan de uitbreiding van CD8+ T-cellen die NKG2C+ zijn, een andere isovorm van de remmende NKG2-receptoren, met de leeftijd een verklaring bieden waarom het immuunsysteem minder effectief is in het opruimen van verouderde cellen bij oudere personen. Het zou daarom van belang zijn om te bepalen of de abundantie/rol van CD8+ NKG2C+ T-cellen verandert tijdens acuut en/of chronisch letsel.

Een ander belangrijk onderdeel voor weefselregeneratie is de extracellulaire matrix (ECM) en zijn overspraak met cellen in de omringende micro-omgeving. Interessant is dat het bekend is dat de oplosbare SASP ECM-remodellering en verstijving induceert, waarvan eerder is aangetoond dat het de rekrutering van immuuncellen tijdens veroudering verandert [136]. In feite belemmeren veranderingen in de ECM als gevolg van veranderingen in matrixstijfheid de toegang van immuuncellen tot met senescentie verrijkte weefsels [136]. Bovendien zijn stromale cellen zoals fibroblasten verantwoordelijk voor het reguleren van de weefselstructuur door afzetting van de ECM, en voor het ondersteunen van homeostase door de uitscheiding van cytokinen, chemokinen, groeifactoren en andere belangrijke signaaleiwitten [136] (figuur 4). We hebben eerder het belang van de SASP besproken bij de afgifte van oplosbare factoren die de micro-omgeving van het omringende weefsel beïnvloeden en de weefselhomeostase behouden. Er is gemeld dat er uitgebreide overspraak bestaat tussen senescentie-geassocieerde stromale populaties waarvan bekend is dat ze accumuleren tijdens veroudering en een immunosuppressief fenotype.

4.4. De parallellen tussen macrofagen en senescente cellen

Naast de goed gedocumenteerde fagocytische rol van macrofagen, werd onlangs voor het eerst aangetoond dat chemotherapie-geïnduceerde senescente cellen (CISC's) in staat zijn om zowel naburige senescente cellen als niet-senescente tumorcellen te verzwelgen in een macrofaag-achtige mode. Het is belangrijk op te merken dat dit gedrag werd opgemerkt na behandeling met chemotherapie. Dit gedrag wordt echter ook veroorzaakt door de toediening van nutlin, dat p53 activeert zonder genotoxische stress te veroorzaken [141]. Deze fascinerende ontdekking dat senescente cellen, in de juiste omgeving, een fagocytisch fenotype kunnen verwerven, suggereert een potentieel overlevingsvoordeel.

Dit nieuw gevonden vermogen van senescente cellen brengt parallellen met macrofagen aan het licht, waarbij zowel macrofagen als senescente cellen factoren afscheiden die matrixremodellering en immunomodulatie uitlokken [142,143], en metabole markers tot expressie brengen, zoals CD38 [144]. Er is inderdaad gesuggereerd dat kannibalisme door borstkankercellen een rol speelt bij de inductie van veroudering [141], dus het zal belangrijk zijn om de rol van kannibalisme van verouderingscellen in een reeks verschillende contexten te onderzoeken, waaronder ontwikkeling, veroudering en regeneratie /reparatie. In het bijzonder zal het interessant zijn om de rol van dergelijke cellen in de accumulatie van verouderde cellen te bepalen en of kannibalisme een rol kan spelen bij celopruiming na verwonding. Bovendien zal het van cruciaal belang zijn om te bepalen welke celtypes deze kannibalistische cellen bij voorkeur opslokken, en of er bepaalde kenmerken zijn die leiden tot hun verzwelging, om te bepalen of, als dergelijke cellen buiten de context van kanker bestaan, ze gunstig of schadelijk zijn tot het proces van regeneratie en reparatie.

4.5. Het verouderende immuunsysteem en immunosenescentie

Naarmate het lichaam ouder wordt, neemt het aangeboren immuunsysteem geleidelijk af, een fenomeen dat nu immunosenescentie wordt genoemd [145], wat resulteert in een verminderde effector-immuuncelfunctie en een drastische afname van de vernieuwingssnelheid van gezond weefsel [146]. Dientengevolge accumuleert de verouderde weefselmicro-omgeving verouderde cellen, zoals SASP-geassocieerde fibroblasten, en krijgt de infiltratie van immuuninfiltraten zoals immunosuppressieve myeloïde-afgeleide suppressorcellen (MDSC's) en T-regulerende cellen. MDSC's zijn een heterogene populatie van cellen van myeloïde oorsprong die T-cellen onderdrukken via de secretie van arginase 1, TGFβ en reactieve zuurstofsoorten (ROS), terwijl T-regulerende cellen een rol spelen bij het reguleren of onderdrukken van andere cellen in het immuunsysteem (besproken in [147]). Er is gesuggereerd dat deze verandering in de micro-omgeving van weefsel de ontwikkeling van pathologische aandoeningen zoals kanker kan stimuleren en de uitbreiding van kankercellen mogelijk maakt, onverminderd door het immuunsysteem. Bij chronisch letsel is het inderdaad mogelijk dat deze soepelheid van het immuunsysteem, of een verminderde immuunbewaking, ook soortgelijke effecten heeft, bijvoorbeeld door de accumulatie van verouderde cellen toe te staan. Bovendien is bekend dat de immunosenescentie van effector-T-cellen, NK-cellen, macrofagen en dendritische cellen leidt tot een dramatische afname van hun cytotoxische activiteiten en infiltratie in een verouderde tumorbevorderende micro-omgeving [148]. Dit wordt ondersteund door de waarneming dat er systemische toenames zijn in immunosuppressieve M2-macrofagen en N2-neutrofielen bij ouderen (besproken in [149]), wat kan bijdragen aan een immunosuppressief fenotype. Dit is aangetoond in een model van senescentie-inductie, waarbij gebruik wordt gemaakt van de fibroblasten die de stroma-ondersteunde tumorigenese (FASST) muis versnellen, waarbij de auteurs een accumulatie van senescente cellen waarnamen, evenals een verhoogd aantal MDSC's en regulerende T-cellen, wat niet het geval was. waargenomen in een jongere weefselmicro-omgeving. Bovendien werd deze toename van het aantal MDSC's en Treg-cellen bij gezonde muizen gevonden naast senescente celpopulaties en bleek deze voornamelijk te wijten te zijn aan de secretie van IL-6 [148]. Bovendien is de deletie van perforine (Prf1), een essentieel onderdeel van de immuunbewaking van verouderde cellen, leidt tot de accumulatie van verouderde cellen in de lever [150] en een algemene toename van de accumulatie met gevorderde leeftijd, resulterend in chronische ontsteking, fibrose en weefselbeschadiging [117]. Dit proces van voorbijgaande SASP en senescente celklaring bij jonge versus oude muizen tijdens het natuurlijke verouderingsproces vertoont dus zeer duidelijke overeenkomsten met het optreden van het senescentieprogramma en de cyclus van klaring/accumulatie van senescente cellen bij respectievelijk acuut en chronisch letsel. .

Een goed gekarakteriseerd mechanisme waarmee senescente en apoptotische cellen worden gereguleerd door macrofagen, is via hun 'eet me'-signalen. Verouderde cellen brengen echter vaak het 'eet me niet'-signaal CD47 tot expressie, een celoppervlakte-eiwit dat wordt gemedieerd door opregulatie van NFκB, die fagocytose door macrofagen schaadt door te binden aan het remmende receptorsignaalregulerende eiwit alfa (SIRPα) gevonden op het celoppervlak van macrofagen. Omgekeerd lijken verouderde cellen ook hun expressie van MHC klasse II-moleculen op hun celoppervlak te reguleren, wat helpt bij hun herkenning door CD4+ T-cellen [123,132]. Bovendien is recentelijk vastgesteld dat verouderde cellen ook een geoxideerde vorm van vimentine tot expressie brengen op hun celoppervlak, die uiteindelijk in de bloedbaan terechtkomt, wat suggereert dat geoxideerde eiwitten kunnen worden herkend door het humorale aangeboren immuunsysteem. Dit suggereert dat dergelijke eiwitten deel uitmaken van een mechanisme voor senescentie-surveillance door te werken als 'eet me'-signalen, en dit proces kan met de leeftijd worden belemmerd [133]. Van gemodificeerd vimentine is al bekend dat het tot expressie wordt gebracht op het oppervlak van immuuncellen, waaronder apoptotische neutrofielen [151-153] en T-cellen [154], wat uiteindelijk leidt tot eliminatie door macrofagen [155]. Bovendien is gevonden dat door straling geïnduceerde eiwitten die op het oppervlak van apoptotische cellen worden gevonden, kunnen interageren met vimentine dat wordt aangetroffen op het oppervlak van naburige fagocyten, wat leidt tot hun verwijdering door macrofagen [155]. Het begrijpen van de mechanismen die het fagocytische vermogen van macrofagen en de daaropvolgende klaring van verouderde cellen reguleren, zal van vitaal belang zijn voor de ontwikkeling van toekomstige therapeutische benaderingen om regeneratie te bevorderen en de gezondheidsspanne te verbeteren.

Senescente cellen zijn ook in staat om te communiceren met naburige cellen door de directe overdracht van eiwitten. In 2015 werd getoond door Biran et al. [130] dat eiwitten werden overgebracht naar NK- en T-cellen, en dat dit proces werd vergemakkelijkt door immuunsurveillance van verouderde cellen door NK-cellen, resulterend in hun activering en verhoogde cytotoxiciteit. De eiwitoverdracht was strikt afhankelijk van cel-celcontact en CDC42-gereguleerde actinepolymerisatie, en gedeeltelijk gemedieerd door cytoplasmatische bruggen. Dit verhoogt de mogelijkheid dat senescente cellen intracellulaire eiwitoverdracht gebruiken om senescentie in naburige cellen te induceren of misschien zelfs om overleving te bevorderen. Bovendien is het mogelijk dat dit proces belangrijk kan zijn voor regeneratie, door de cel-celoverdracht van moleculaire mediatoren tussen senescente en regeneratieve of ondersteunende cellen mogelijk te maken. De auteurs ontdekten inderdaad dat verouderde cellen, vergeleken met normale cellen, bij voorkeur intercellulaire eiwitoverdracht (IPT) gebruiken om hun eigen zelfeliminatie door immuuncellen te reguleren en te communiceren met epitheelcellen. Om dit te ondersteunen, hebben verschillende andere onderzoeken aangetoond dat IPT wordt gebruikt om zowel immuunresponsen te initiëren als te moduleren die uiteindelijk de celoverleving ondersteunen [156-158]. Verder onderzoek is nodig om de overdracht van materiaal tussen macrofagen en andere immuuncellen tijdens veroudering en regeneratie/reparatie volledig te bepalen. De recente publicatie van een proteomische database van oplosbare eiwitten en exosomale lading-SASP-factoren zal ongetwijfeld leiden tot een grondiger begrip van celcommunicatie en senescentie [14].

Hoewel er steeds meer bekend wordt over de rol van senescente cellen en macrofagen of het immuunsysteem bij regeneratie en herstel, blijven er veel open vragen. Het is bijvoorbeeld nog onduidelijk of macrofagen zelf verouderen in de context van letsel en of dit kan bijdragen aan de accumulatie van verouderende cellen. Hoewel schade aan het immuunsysteem leidt tot het falen om verouderde cellen te verwijderen, wat bijdraagt ​​​​aan hun persistentie in weefsels, kan dergelijk immuunfalen gedeeltelijk te wijten zijn aan immunosenescentie, wat leidt tot disfunctie van immuuncellen. Hal et al. [128] rapporteerde eerder de waarneming van p16 INK4a- en Sa-β-Gal-expressie in macrofagen, wat suggereert dat verouderde cellen veroudering naar immuuncellen zouden kunnen verspreiden. De auteurs rapporteerden later echter dat de expressie van deze markers niet te wijten was aan een verspreiding van senescentie, maar eerder werd verworven als onderdeel van een fysiologische reactie op immuunstimuli [134]. Dit komt overeen met rapporten dat p16 INK4a betrokken is bij macrofaagpolarisatie [135]. Dus of immuuncellen verouderen tijdens verwonding of ziekte, verder onderzoek vereist, er is echter gemeld dat immuuncellen een progressieve achteruitgang in functie ondergaan, bekend als immunosenescentie, waarvan is gemeld dat het bijdraagt ​​​​aan de accumulatie van verouderde cellen [159,160]. Bovendien, als macrofagen senescent worden, behouden ze dan nog steeds hun vermogen om doelcellen te wissen, inclusief andere senescente cellen? Als dit het geval is, is het waarschijnlijk dat macrofagen bijdragen aan het proces van 'ontsteking', inclusief immunosenescentie, vooral als senescente macrofagen een pro-inflammatoire omgeving blijken te bevorderen. Bovendien zal het ook belangrijk zijn om andere mechanismen te begrijpen waardoor macrofagen beschadigd raken en die veranderingen in hun functie en/of fenotype tijdens letsel veroorzaken, bij het overwegen van therapeutische benaderingen.

4.6. Senescente celaccumulatie en pathologie

Andere openstaande vragen zijn onder meer of er een 'omslagpunt' is waarop verouderende cellen zich moeten ophopen voordat het weefsel disfunctioneel wordt, en of een soortgelijk proces plaatsvindt op het punt waar macrofagen verouderende cellen niet kunnen verwijderen. Zoals eerder vermeld, moeten de specifieke mechanismen waarmee macrofagen interageren met senescente cellen nog worden opgehelderd. Het begrijpen van de moleculaire mechanismen die deze interacties besturen en die de macrofaagfunctie reguleren, zal van cruciaal belang zijn voor de voortgang van therapieën en het begrip van chronische ziekten. In overeenstemming met de interactie van senescente cellen met CD4+ T-cellen om immuunsurveillance te ontwijken, zou het gunstig zijn om verder te karakteriseren of er vergelijkbare mechanismen bestaan ​​tussen macrofagen en senescente cellen. Tot slot, hoewel verschillende onderzoeken individueel de rol van verschillende componenten van het senescentieprogramma in de regeneratieve respons hebben aangegeven, moet er nog een uitgebreide studie worden uitgevoerd om deze processen met elkaar te verbinden. Hoewel de voorbijgaande SASP gunstig is voor regeneratie en aanhoudende SASP-signalering de accumulatie van verouderde cellen bevordert, is een uitgebreide studie van de 'golven' van de SASP in reparatie/regeneratie, het punt waarop dit proces schadelijk wordt en de exacte mechanismen die deze reactie bepalen en hoe ze met elkaar omgaan ontbreekt nog.

5. Therapeutische manipulatie van macrofagen voor weefselregeneratie/reparatie

Zoals besproken in eerdere secties, begint de rol van macrofagen bij het handhaven van weefselhomeostase, het opruimen van verouderde cellen en het bevorderen van regeneratie beter te worden vastgesteld. Vanwege de aangeboren rol van macrofagen in deze processen, valt een opkomend idee voor het behandelen van ziekten / leeftijdsgerelateerde pathologieën die verband houden met verouderende celaccumulatie binnen het domein van het manipuleren van de macrofaagfunctie. Dergelijke ideeën omvatten de behandeling van de ziekte van Alzheimer [161], myocardinfarct [162], kanker [163] en ontstekingsziekten [164] zoals reumatoïde artritis, met macrofaagtherapie.

5.1. Macrofaag-engineeringbenaderingen

Een methode om een ​​therapeutische benadering te bereiken, is door macrofagen te manipuleren om 'eet me niet'-signalen die op het oppervlak van senescente cellen worden gevonden, te negeren. Zoals eerder vermeld, is de CD47-SIRPα as maakt het mogelijk dat verouderde cellen worden verwijderd door het immuunsysteem. Daarom kan het blokkeren van deze as een effectieve behandeling zijn tegen de ophoping van ouder wordende cellen bij veroudering en letsel. Moleculen die zich op deze as richten, zijn al ontwikkeld en omvatten die welke gericht zijn op CD47, evenals specifiek op SIRPα, naast bispecifieke targetingmiddelen. Het gebruik van deze middelen is goed gekarakteriseerd bij kanker, waar anti-CD47-antilichamen momenteel in klinische onderzoeken worden uitgevoerd [111]. Rekening houdend met de rol van macrofagen bij het blokkeren van de CD47-SIRPα-as, kan het construeren van macrofagen om CD47 te targeten effectief zijn. Bijvoorbeeld, vergelijkbaar met CAR-T-cellen, zijn chimere antigeenreceptoren voor fagocytose (CAR-P's) ontworpen om specifieke doelen te fagocyteren, en er is gesuggereerd dat het manipuleren van macrofagen om CD47 te targeten een effectieve antitumortherapie kan zijn [111]. Het gebruik van deze macrofagen kan inderdaad effectief blijken te zijn bij het opruimen van chronische verouderende celaccumulatie na verwonding.Er blijven echter zorgen over de manipulatie van de CD47-SIRPα-as voor therapeutisch gebruik, inclusief, maar niet beperkt tot, de consensus dat de CD47-SIRPα-interacties die zijn aangetoond in muisstudies mogelijk niet volledig of zo efficiënt vertalen naar de mens [165] de ontdekking dat de clustering van CD47 ook de interactie tussen CD47 en SIRPα kan beïnvloeden, en dat het anti-CD47 niet-blokkerende antilichaam 2D3 de CD47-clustering [166.167] verhoogt, en de aanzienlijke functies van CD47 die onafhankelijk zijn van SIRPα, die in plaats daarvan inwerken op SIRPγ of Thrombospondine 1 (TSP1), wat leidt tot mogelijke off-target effecten op T-cellen [168,169]. Een andere mogelijkheid is om het fagocytische vermogen van macrofagen te vergroten, door 'eet me'-signalen te vergroten. Defecte expressie van het 'eet me'-signaal calreticulin, een ligand dat nodig is voor activering van verzwelgende receptoren op fagocytische cellen, resulteert in cellulaire resistentie tegen efferocytose en apoptotische cellen worden niet geklaard door naburige macrofagen [170]. Een deel van de verouderde en kankercellen is vatbaar om te worden 'gelabeld' door door macrofaag uitgescheiden calreticuline en wordt vervolgens uit het weefsel geklaard [171]. De overexpressie van calreticuline op senescente cellen kan dus een manier verschaffen om fagocytose en klaring uit het weefsel door macrofagen te verhogen. Een derde optie omvat het gebruik van allogene macrofagen of toediening van geïnduceerde pluripotente stamcellen (IPS)-cel-afgeleide macrofagen van jonge donoren [172]. Het is echter niet duidelijk of jonge macrofagen een beter fagocyterend vermogen hebben, waarbij sommige onderzoeken een verminderd vermogen rapporteren met de leeftijd [ 173], terwijl anderen geen verschil rapporteren [174]. Bovendien lijken verschillen verband te houden met het weefsel waaruit ze zijn afgeleid en of ze in het weefsel aanwezig zijn of infiltreren [175]. Dus targeting op macrofagen kan een therapeutische optie zijn voor de klaring van senescente cellen in vivo.

5.2. Senolytica

Een alternatieve manier om verouderde cellen te verwijderen, is door het gebruik van medicijnen die ouder wordende cellen doden, ook wel senolytica genoemd. Het is aangetoond dat de verwijdering van senescente cellen met behulp van senolytische geneesmiddelen, zoals ABT-263, die werken door zich te richten op eiwitten die betrokken zijn bij de apoptose-route (zoals BCL-xL en BCL-2), succesvol is geweest bij het verwijderen van senescente cellen in vitro en in vivo [73.176]. Met name ABT-263, dat signalen geeft via de anti-apoptotische eiwitten BCL-xL en BCL-2, is effectief gebleken in het elimineren van senescente cellen in muismodellen [73,177] en ondergaat momenteel klinische fase 1-onderzoeken bij kankerpatiënten [178] . Bovendien is dasatinib plus quercetine (DQ), dat niet alleen gericht is op leden van de BCL-2-familie, maar ook op HIF-1α, PI3-kinase en p21-gerelateerde anti-apoptotische routes [179], efficiënt gebleken in het verbeteren van fysieke disfunctie bij idiopathische pulmonaire fibrose (IPF) patiënten [180]. Er blijven echter beperkingen bij het gebruik van senolytica, grotendeels als gevolg van een gebrek aan specificiteit, biologische beschikbaarheid en hun toedieningsweg. Als blijkt dat macrofagen zelf verouderend worden in de context van een verwonding, kan het inderdaad nodig zijn om werk aan senolytica te combineren om die op te nemen die zich zowel op macrofagen als op andere cellen kunnen richten. Als alternatief zou een therapie die gennetwerken activeert om een ​​'jonger' fenotype in macrofagen te bevorderen, een realistische optie kunnen zijn. Dit is vooral belangrijk vanwege de cruciale rol die macrofagen spelen bij het genereren van een regeneratie-permissieve omgeving die nodig is voor weefselherstel.

Zoals eerder vermeld, behouden ze, hoewel senolytica effectief zijn gebleken in het doden van senescente cellen, een breedspectrumactiviteit, vooral gezien de heterogene aard van het senescentieprogramma. In 2020, Cai et al. [181] ontwikkelde een nieuwe prodrug genaamd SSK1 die specifiek wordt geactiveerd door β-galactosidase (β-Gal) activiteit, waarvan wordt aangenomen dat het een goed gedocumenteerde marker is van senescente cellen. Van de prodrug werd aangetoond dat het verouderde cellen elimineert, evenals het herstel van laaggradige ontstekingen en het herstellen van enkele maatregelen van de functie. Dit nieuwe medicijn vertegenwoordigt daarom een ​​meer selectieve methode voor het verwijderen van verouderde cellen in een breed scala aan celtypen en weefsels [181]. Naast het verminderen van het aantal verouderde cellen in het algemeen, bleek de prodrug het aantal SA-β-Gal-positieve macrofagen in beschadigde longen en verouderde levers te verminderen, wat gepaard ging met een vermindering van ontstekingsgerelateerde cytokinen. Dit suggereert dat het verwijderen van macrofagen zelf gunstig kan zijn. Hier is het belangrijk om de eerder genoemde studie van Hall . op te merken et al. waarin de auteurs rapporteerden dat senescente macrofagen duidelijk waren bij jonge muizen, volledig vanwege hun expressie van de markers p16 INK4a en β-galactosidase [128]. De expressie van deze markers werd later echter beschreven als markers van macrofaagpolarisatie en respons [134]. Belangrijk is dat dit de behoefte aan betere methoden voor de identificatie van senescentie in immuuncellen benadrukt. Bovendien, aangezien senescente cellen geen enkele specifieke universele marker hebben, en vanwege hun dynamische aard, dat hun markers in de loop van de tijd kunnen veranderen, is de specificiteit van elk medicijn dat gericht is op het richten van senescente cellen alleen problematisch.

5.3. Genetische manipulatiebenaderingen

Aangezien het verwijderen van macrofagen zelf vaak ernstige gevolgen heeft, is een alternatieve benadering om hun genexpressie te veranderen om bepaalde fenotypen te induceren. Dit omvat de expressie van bepaalde transcriptiefactoren, bijvoorbeeld IRF5, dat betrokken is bij de polarisatie van macrofagen naar een inflammatoir fenotype, dat op zijn beurt genezing verhindert en ontsteking bevordert. Het manipuleren van macrofagen om lagere niveaus van IRF5 tot expressie te brengen, zou dus een veelbelovende strategie kunnen zijn [182]. Bovendien kan de levering van microRNA's of andere moleculen via leveringsmethoden zoals liposomen een veelbelovende methode zijn voor genetische manipulatie die verder onderzoek waard is [183184].

Wat betreft genetische manipulatie, is een interessant aspect van senescentie dat nog grondig moet worden onderzocht, de regulatie van genexpressie op epigenetisch niveau. Een interessant idee in de regeneratieve geneeskunde is dat pluripotente factoren tot expressie kunnen worden gebracht in senescente cellen, om herintreding in de celcyclus te bevorderen en genexpressieprofielen te wijzigen. Daarnaast is er interesse geweest in het gebruik van epigenetische factoren om herprogrammering te bevorderen, aangezien senescente cellen een repressieve chromatineconfiguratie vertonen, waarvan wordt gedacht dat ze proliferatiebevorderende genen stabiel tot zwijgen brengt, terwijl ook de SASP wordt geactiveerd. In het bijzonder zijn histon-modificaties zoals H3K27me3 in verband gebracht met opregulatie van de SASP in senescente cellen [185]. Interessant is dat in een recente studie ook werd aangetoond dat de activering van het senescentieprogramma leidt tot de hermodellering van het epigenetische landschap door BRD4 te rekruteren, een transcriptionele en epigenetische regulator, die nieuw geactiveerde superversterkers activeert die zich naast SASP-genen bevinden [186 ]. Bovendien bleek BRD4 van cruciaal belang te zijn voor de SASP- en paracriene signalering en bij senescentie-immuunsurveillance. Belangrijk is dat deze studie onthulde hoe cellen immuunmodulerende genen kunnen activeren die nodig zijn voor paracriene immuunactivatie en een tumoronderdrukkend immuunsurveillanceprogramma. Dit kan wijzen op de manier waarop senescente cellen worden gereguleerd tijdens homeostase en kunnen doelen voor regeneratie bieden. Inderdaad, de remming van BRD4 verstoort het vermogen van immuuncellen om premaligne verouderde cellen te targeten en te elimineren in vitro en in vivo [186], wat de effectiviteit van deze aanpak suggereert.

5.4. Epigenetische targeting

Als aanvulling op de genetische manipulatie van macrofagen, kan het richten op epigenetische enzymen die inwerken op het chromatine in senescente cellen ook een effectieve benadering zijn om genregulerende netwerken in te schakelen die zijn geassocieerd met een 'jongere morfologie' en kunnen bijdragen aan het reguleren van de SASP. Deze benadering is veelbelovend, omdat het door de identificatie van 'hoofdregulatoren' de regulering van een groot aantal ingewikkeld met elkaar verbonden genen en gennetwerken mogelijk maakt, in plaats van de manipulatie van kleine subsets. Het is inderdaad bekend dat senescente cellen het epigenetische landschap hermodelleren om de expressie te induceren van genen die betrokken zijn bij cellulaire verdediging en de ontstekingsreactie, waarvan vele worden gekarakteriseerd als onderdeel van de SASP [17]. Bovendien zijn veranderingen in epigenetische regulatie in verband gebracht met immunosenescentie, aangezien menine histonacetylering bevordert aan de Bach2 locus, waardoor T-celsenescentie wordt onderdrukt en vervolgens immunosenescentie [187]. Deze benadering heeft inderdaad ook betrekking op macrofagen en kan succesvol zijn bij het veranderen van de polarisatie van macrofagen.

5.5. Het gedrag van macrofagen veranderen

Fagocytose in macrofagen wordt gereguleerd door activering en remming van receptorsignalen. Het activeren van receptoren van macrofagen zendt een fagocytisch signaal uit dat het ‘eet’-proces in gang zet. Belangrijk is dat bij het richten van verouderde cellen/macrofagen met het oog op regeneratie/reparatie, het belangrijk is om op te merken dat een optimaal resultaat waarschijnlijk zal worden bereikt door de zorgvuldige, tijdige en evenwichtige manipulatie van dit proces. De literatuur heeft inderdaad gewezen op een belangrijke rol van senescente cellen bij de initiatie van de vroege stadia van herstel en van macrofagen bij het opruimen van deze cellen in de eerste voorbijgaande 'golf' van herstel. Pas onlangs werd vastgesteld dat de oplosbare SASP twee verschillende functionele stadia heeft, waarbij de eerste fase een zeer ontstekingsremmende fase is die is verrijkt met TGFβ. Dus de remming van dit proces, zoals aangetoond door eerdere studies [188], heeft waarschijnlijk een negatief effect op reparatie. Het is echter waarschijnlijk dat de activering van macrofagen op latere punten waar senescente cellen zich ophopen, gunstig zijn. Het identificeren van de tijdstippen waarop interventie nodig/het meest effectief is in verschillende orgaansystemen zal inderdaad een van de meest uitdagende aspecten zijn van het ontwikkelen van effectieve therapieën.

6. Conclusie, open vragen en perspectieven

Vanaf de eerste gedachte dat veroudering slechts een natuurlijk gevolg was van veroudering, is ons begrip van de rol van veroudering bij veroudering en menselijke ziekten sterk geëvolueerd. We zijn ons er nu van bewust dat het senescentieprogramma complexere rollen heeft, met name bij weefselregeneratie en -herstel, buiten onze huidige kennis. Bovendien is de cruciale rol van macrofagen bij herstel en regeneratie de afgelopen tien jaar ook aangetoond, vanwege hun goed gerapporteerde rol tijdens letsel. Tot op heden blijven er echter veel vragen over hun specifieke rol in de regulatie van senescente cellen na letsel in verschillende orgaansystemen, wat gecompliceerd wordt door de zeer heterogene aard van het senescentieprogramma, dat de macrofaagfunctie rechtstreeks beïnvloedt. Om senescentie te kunnen aanpakken voor therapeutische middelen, moeten dus een aantal open vragen worden beantwoord, zoals de volgende. (i) Hoe interageren verouderde cellen met macrofagen, en hoe verandert dit in verschillende fasen of 'golven' van de regeneratieve respons? (ii) Hoe leiden veranderingen in de micro-omgeving tot epigenetische/genomische/fenotypische veranderingen in macrofagen? (iii) Op welk punt moeten verouderde cellen zich ophopen voordat macrofagen ze niet kunnen verwijderen, of wanneer beginnen verouderde cellen de klaring door het immuunsysteem te ontwijken? Belangrijk is dat het beantwoorden van deze vragen beter zal verhelderen hoe senescente cellen en macrofagen samenwerken in de context van letsel en herstel, en de ontwikkeling van behandelingen zal sturen die gericht zijn op senescente cellen voor therapeutische middelen.


Nierziekte: senescente celbelasting wordt bij mensen verminderd door senolytische geneesmiddelen

In een kleine klinische veiligheids- en haalbaarheidsstudie hebben Mayo Clinic-onderzoekers voor het eerst aangetoond dat verouderingscellen uit het lichaam kunnen worden verwijderd met behulp van medicijnen die 'senolytica' worden genoemd. Het resultaat werd niet alleen geverifieerd bij analyse van bloed, maar ook in veranderingen in de overvloed aan verouderde huid- en vetweefselcellen. De bevindingen verschijnen in het tijdschrift EBioGeneeskunde.

Deze proef - waarbij deelnemers betrokken waren die diabetesgerelateerde nierziekte hadden - is de tweede klinische studie van senolytica die door Mayo wordt gepubliceerd, maar is de eerste proef om aan te tonen dat senolytische geneesmiddelen, ontdekt door Mayo-onderzoekers, verouderde cellen van mensen kunnen verwijderen zoals ze deden in talrijke studies bij dieren.

Senescente cellen zijn slecht functionerende cellen die zich ophopen bij veroudering en in organen die zijn aangetast door chronische ziekten. Ouderdomscellen kunnen in het lichaam achterblijven en bijdragen aan meerdere ziekten en verouderingsverschijnselen, variërend van hartaandoeningen tot zwakte, dementieën, osteoporose, diabetes en nier-, lever- en longaandoeningen.

"Verouderde cellen kunnen zich bij alle zoogdieren ontwikkelen als reactie op ziekte, verwonding of kankerachtige mutaties. Senolytische geneesmiddelen interfereren niet met het genereren van verouderde cellen, wat tot kanker kan leiden. Eenmaal gevormd, kunnen verouderde cellen echter bijdragen aan het ontwikkelen van kankers, meerdere andere ziekten en de gevolgen van veroudering", zegt James Kirkland, MD, Ph.D., senior auteur en hoofd van het Robert en Arlene Kogod Center on Aging.

"Door verouderde cellen met senolytica bij muizen aan te pakken, kunnen we meerdere ziekten uitstellen, voorkomen of behandelen en de gezondheid en onafhankelijkheid tijdens de resterende levensjaren vergroten", zegt Dr. Kirkland. "Naarmate we ons begrip van deze medicijnen en hun effecten vergroten, hopen we dat er voordelen kunnen zijn voor een reeks menselijke ziekten en aandoeningen."

Drie dagen lang kregen de negen deelnemers een combinatiedosis dasatinab en quercetine. Hoewel de medicijnen het lichaam binnen een paar dagen opruimden, waren de effecten op het verminderen van verouderde cellen gedurende ten minste 11 dagen duidelijk. De onderzoekers zeggen dat dit aantoont dat de combinatie van senolytische geneesmiddelen de last van verouderende cellen bij mensen aanzienlijk vermindert. Senescente cellen zijn kenmerkend voor nierfalen in het eindstadium en voor diabetesgerelateerde nierziekte. Door de cellen van muizen te verwijderen, hadden onderzoekers eerder ontdekt dat senolytica de insulineresistentie, celdisfunctie en andere processen die ziekteprogressie en complicaties veroorzaken, verlichten.

Hoewel er meer onderzoek nodig is naar de impact van senolytica op ziekten en aandoeningen van veroudering, zeggen de onderzoekers dat de resultaten van incidentele dosering de risico's van het continu moeten geven van medicijnen verminderen.


De fontein van de jeugd van het immuunsysteem

Medicamenteuze behandeling elimineert verouderde cellen uit weefsels van oude muizen. De blauwe kleuring toont verouderde cellen in long- en leverweefsel. De hoeveelheid kleuring is aanzienlijk verminderd na de medicamenteuze behandeling. Krediet: Weizmann Institute of Science

Konden we ons lichaam maar jong, gezond en energiek houden, zelfs als we de wijsheid van onze jaren bereiken. Nieuw onderzoek aan het Weizmann Institute of Science suggereert dat deze droom in de toekomst op zijn minst gedeeltelijk haalbaar zou kunnen zijn. De resultaten van dit onderzoek, geleid door Prof. Valery Krizhanovsky en Dr. Yossi Ovadya van de afdeling Moleculaire Celbiologie, zijn onlangs gepubliceerd in Natuurcommunicatie.

Het onderzoek begon met een onderzoek naar de manier waarop het immuunsysteem betrokken is bij een cruciale activiteit: het opruimen van oude, verouderende cellen die problemen opleveren voor het lichaam als ze rondhangen. Senescente cellen - niet volledig dood maar lijden aan functieverlies of onherstelbare schade - zijn betrokken bij verouderingsziekten door ontstekingen te bevorderen. De onderzoekers gebruikten muizen waarin een cruciaal gen voor deze immuunactiviteit ontbrak. Na twee jaar (ouderen, voor muizen), hadden de lichamen van deze muizen een grotere accumulatie van verouderde cellen in vergelijking met de muizen waarin het gen voor het verwijderen van deze cellen intact was. De muizen die het gen misten, leden aan chronische ontstekingen en verschillende functies in hun lichaam leken te zijn verminderd. Ze zagen er ook ouder uit - en stierven eerder - dan hun normale tegenhangers.

Vervolgens gaven de onderzoekers de muizen een medicijn dat de functie remt van bepaalde eiwitten die de verouderende cellen helpen te overleven in hun senescente toestand, om te zien of dit zou bijdragen aan de verwijdering van deze cellen uit het lichaam. De medicijnen werden toegediend aan muizen waarvan de veroudering het gevolg was van de defecten die de groep had ontdekt in het immuunsysteem, evenals aan muizen die voortijdig ouder werden door een andere genetische fout. De behandelde muizen reageerden uitzonderlijk goed op het medicijn: hun bloedtesten en activiteitstesten toonden verbetering, en hun weefsels leken veel dichter bij die van jonge muizen te liggen. De wetenschappers telden verouderde cellen en ontdekten dat er veel minder in de lichamen van de behandelde muizen achterbleven, en toen ze op zoek waren naar tekenen van ontsteking, ontdekten ze dat dit ook aanzienlijk lager was. De muizen die met het medicijn werden behandeld, waren actiever en hun gemiddelde levensduur nam toe.

De wetenschappers zijn van plan door te gaan met het onderzoeken van manieren om het menselijk lichaam ertoe aan te zetten zijn oude verouderende cellen te verwijderen, met name om middelen te vinden om het immuunsysteem te activeren om dit werk te doen. Als toekomstige experimenten bewijzen dat hun theorieën correct zijn, kunnen ze uiteindelijk echte "anti-aging" therapieën creëren.


Bekijk de video: ILMU DASAR KEPERAWATAN 2 PERTEMUAN KETIGA ADAPTASI, JEJAS, DAN PENUAAN SEL. NOFRI ZAYANI, (December 2021).