Введение к работе
Актуальность темы
Старение является гетерогенным процессом, что позволяет использовать для оценки степени его выраженности различные биологические объекты и молекулярные маркеры [Kvetnoy I.M. et al., 2003; Anisimov V.N., Khavinson V.H., 2010;]. В настоящее время
в различных исследованиях биологического возраста и темпа старения организма используется более 150 биохимических, эндокринологических, морфологических, иммунологических, антропометрических и клинико-физиологических параметров [Ахаладзе Н.Г., 2010; Кветной И.М., Пальцев М.С., 2008]. В связи с этим одной из актуальных задач геронтологии является поиск биологических объектов (органов и тканей) исследование которых на биохимическом, молекулярно-биологическом и генетическом уровнях позволяет своевременно диагностировать признаки ускоренного старения. Одним из основных требований, предъявляемым
к возможным тканям – индикаторам старения организма является
их доступность для прижизненной молекулярной диагностики. В качестве такого материала можно рассматривать буккальный (щечный) эпителий (БЭ).
БЭ можно рассматривать как пограничную зону между внешней
и внутренней средой организма. Изменения функциональной активности клеток БЭ (процессы клеточного обновления и дифференцировки, экспрессия различных сигнальных молекул) во многом отражают состояние локального и системного гомеостаза организма, а также его нарушения при старении [Хусаинова И.С. и соавт, 1997]. В 2003 г. была высказана гипотеза о том,
что использование БЭ в сочетании с другими тканями организма
является достаточно объективным подходом к оценке биологического возраста [Jackson S.H. et al., 2003] Ранее было установлено, что биологический возраст коррелирует с продолжительностью течения ассоциированных с возрастом заболеваний.
По данным отечественных и зарубежных исследователей, БЭ является легкодоступным материалом, позволяющим оценивать биологический возраст человека по показателям электрофизиологических характеристик ядер этих клеток, отслеживать процесс ускоренного старения при возрастной патологии и эффективность лечения. БЭ можно рассматривать как альтернативный источник биологического материала для теломерного теста, а морфологические особенности ядер эпителиоцитов отражают темпы ускоренного старения при наследственных и нейродегенеративных заболеваниях. Перспективным направлением использования БЭ в качестве объекта для оценки темпа старения организма является иммуногистохимический анализ различных сигнальных молекул, участвующих в процессах пролиферации и апоптоза, например
белок p16(INK4a) – общепризнанный маркер клеточного старения
[Baker D.J. et. al., 2011]. Другим общепринятым маркером биологического старения является гормон мелатонин, однако нами не было найдено данных
о возрастных особенностях его экспрессии в БЭ.
Забор материала с внутренней поверхности щеки является неинвазивной процедурой, кроме того, данный объект исследования обладает большой информативностью (изучение экспрессии сигнальных молекул, возможность оценки электрокинетических характеристик клеток и т.п.)
и может быть применим для прижизненной диагностики биологического возраста и темпа старения организма.
Несмотря на успешные попытки применения БЭ в качестве объекта
для диагностики возрастной и другой социально-значимой патологии,
до сих пор отсутствует единое мнение о том, какие именно сигнальные молекулы могут наиболее эффективно применяться для оценки биологического возраста и темпа старения организма.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационного исследования явилось изучение возрастных особенностей экспрессии сигнальных молекул, обеспечивающих функциональную активность клеток буккального эпителия и поддержание гомеостаза организма.
Для достижения указанной цели были поставлены и последовательно решены следующие задачи:
-
Изучить возрастные особенности экспрессии маркеров ремоделирования межклеточного матрикса - металлопротеиназ ММР2, ММР9
и их ингибитора TIMP1 в буккальном эпителии у людей разного возраста. -
Оценить экспрессию маркера роста эндотелия сосудов VEGF
в буккальном эпителии у людей разного возраста. -
Выявить возрастную динамику экспрессии маркера нейроэндокринной функции буккального эпителия - хромогранина А у людей разного возраста.
-
Оценить динамику экспрессии маркера старения - мелатонина
в буккальном эпителии у людей разного возраста. -
На основании полученных данных выявить возможные сигнальные молекулы, которые могут служить маркерами в диагностике, профилактике и лечении социально-значимых заболеваний у людей различного возраста.
Научная новизна работы
Впервые установлено, что в буккальном эпителии происходит снижение в 4 раза экспрессии матриксной металлопротеиназы-9 (ММР9), участвующей в расщеплении эластина, у лиц старческого возраста,
в то время как экспрессия матриксной металлопротеиназы-2 (ММР2), расщепляющей фибронектин, коллаген IV типа и тенасцин у людей
в возрасте 22-89 лет не изменяется. Выявлено, что с возрастом почти в 2 раза возрастает экспрессия тканевого ингибитора матриксной металлопротеиназы-9 - TIMP1.
Впервые показано, что в буккальном эпителии у лиц старших возрастных групп происходит резкое уменьшение экспрессии фактора роста эндотелия сосудов VEGF.
Впервые получены данные свидетельствующие о том, что клетки буккального эпителия человека выполняют эндокринную функцию -
в их цитоплазме верифицированы гранулы, содержащие хромогранин А
и мелатонин. Впервые показано, что с возрастом в буккальном эпителии наблюдается снижение экспрессии хромогранина А и мелатонина
примерно в 6-7 раз, что указывает на снижение эндокринной функции буккального эпителия при старении.
Практическая значимость работы
Установлено, что в буккальном эпителии человека экспрессируется мелатонин. Показано, что в среднем, пожилом и старческом возрасте количество мелатонина прогрессивно снижается по сравнению с молодыми людьми. Полученные данные могут явиться основой для разработки нового неинвазивного метода определения биологического возраста человека
и темпа старения организма. Определение уровня мелатонина в буккальном эпителии по сравнению с изучением уровня этого маркера в крови,
а также его метаболита моче является наиболее удобным и доступным методом, как для пациентов, так и специалистов.
Исследование возрастной динамики маркеров - фактора роста эндотелия сосудов VEGF, матриксной металлопротеиназы-9 (MMP9), тканевого ингибитора матриксной металлопротеиназы-9 (TIMP1),
особенно хромогранина А, в буккальном эпителии открывает новые перспективы для диагностики и оценки эффективности лечения различных ассоциированных с возрастом заболеваний, в том числе и тех, которые связаны с патологией нейроиммуноэндокринной регуляции.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
-
-
В буккальном эпителии верифицировано возрастное снижение экспрессии матриксной металлопротеиназы ММР9 при одновременном повышении синтеза ее ингибитора TIMP1, что свидетельствует о нарушении расщепления эластина. В то же время, уровень экспрессии металлопротеиназы ММР2, расщепляющей тенасцин, коллаген IV типа
и фибронектин, при старении не изменяется. -
При старении происходит снижение активности образования капилляров
в ткани буккального эпителия, о чем свидетельствует возрастное снижение экспрессии фактора роста эндотелия сосудов VEGF. -
Буккальный эпителий обладает эндокринной функцией,
что подтверждается морфологически выявленным наличием гранул
в цитоплазме буккальных клеток, а также иммуноцитохимически верифицированная экспрессия хромогранина А и мелатонина. С возрастом в клетках буккального эпителия экспрессии хромогранина А снижается почти в 7 раз, а мелатонина – в 6 раз. -
Выявленное возрастное снижение экспрессии мелатонина в буккальном эпителии может явиться основой для разработки нового метода определения темпа старения организма и биологического возраста,
наряду с исследованием экспрессии мелатонина в крови и экскреции
его метаболита в моче. -
Снижение экспрессии в буккальном эпителии маркеров ремоделирования межклеточного матрикса (MMP9, TIMP1), функциональной активности эндотелия сосудов (VEGF), эндокринной функции, (хромогранина А, мелатонина) является интегральным показателем различных заболеваний, ассоциированных с возрастом.
Апробация работы
Основные результаты и положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практической геронтологической конференции
с международным участием «Пушковские чтения» (Санкт-Петербург, 2012); VII Ежегодной научно-практической конференции с международным участием «Здоровье – основа человеческого потенциала: проблемы и пути
их решения» (Санкт-Петербург, 2012); Научной конференции молодых ученых с международным участием «Актуальные проблемы геронтологии
и гериатрии» (Киев, 2013); Международном форуме «Старшее поколение» (Санкт-Петербург, 2013); IV Ежегодной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Репродуктивная медицина - взгляд молодых-2013» (Санкт-Петербург, 2013); IV International symposium interactions of the nervous and immune systems in health and disease
(Санкт-Петербург, 2013); I Международного форума «Молекулярная медицина – новая модель здравоохранения XXI века: технологии, экономика, образование» и конференции «Этические, правовые, экономические
и социальные аспекты внедрения молекулярно-генетических технологий. Диалог с обществом» (Санкт-Петербург, 2013).Реализация результатов исследования
Материал диссертации отражен в главе 24 «Буккальный эпителий: экспрессия сигнальных молекул и их роль в диагностике
социально-значимой патологии человека» в руководстве Пальцев М.А., Кветной И.М. «Руководство по нейроиммуноэндокринологии» 3-е изд. -
М.: ОАО «Издательство «Медицина», - 2013. - 856 с.: ил., рекомендованном Департаментом образовательных медицинских учреждений и кадровой политики Минздрава России в качестве учебника для студентов медицинских вузов. Результаты работы используются в научной, педагогической
и практической деятельности Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН, НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О. Отта СЗО РАМН, Белгородского государственного национального исследовательского университета.Публикации
По материалам диссертации опубликовано 14 работ, из них 3 - статьи
в журналах, включенных в Перечень ВАК Минобрнауки РФ,
1 глава в руководстве и 10 тезисов докладов.Связь с научно-исследовательской работой института
Диссертационная работа является научной темой, выполняемой
по основному плану НИР Санкт-Петербургского института биорегуляции
и геронтологии.Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 4 глав, обсуждения, выводов, практических рекомендаций и указателя литературы. Текст диссертации изложен на 105 страницах, содержит 3 таблицы, иллюстрирован
25 рисунками. Список литературы содержит 193 источника,
из них отечественных – 41, зарубежных – 152.Похожие диссертации на Возрастные особенности экспрессии сигнальных молекул в буккальном эпителии
-
