Starzenie komórkowe jest wieloaspektową reakcją, która może powstać w wyniku wielu rodzajów stresu, w tym uszkodzenia DNA, zużycia telomerów i aktywacji onkogenów. Prowadzi do stabilnego zatrzymania cyklu komórkowego wraz ze zwiększoną odpornością na apoptozę, napędzane częściowo przez indukcję białek przeciw apoptotycznych1,2. Starzenie się zostało powiązane z lepszym przeżyciem komórek w kontekstach, gdzie zachowanie integralności tkanki jest istotne, takie jak naprawa i utrzymanie3,4. Poza swoją rolą w homeostazie tkankowej, starzenie się przyczynia się również do normalnego rozwoju poprzez kształtowanie wzorców embrionalnych5,6oraz jako bariera dla powstawania guzów poprzez promowanie usuwania uszkodzonych lub potencjalnie złośliwych komórek7,8,9. Chociaż starzenie się może pełnić korzystne funkcje, wiele badań podkreśla kontrastujący aspekt, w którym komórki starsze nabywaja prozapalny profil sekrecyjny, który może zakłócać lokalny metabolizm, uszkodzić otaczającą tkankę, a nawet wspierać progresję nowotworową10,11,12,13.
Starzenie się zostało wykryte w różnorodnych typach komórek w wielu tkankach i często wiąże się ze starzeniem, chorobą, dysfunkcją tkanki lub rakiem. W wątrobie starzenie się komórek gwiaździstych wątroby wykazało, że promuje progresję nowotworową poprzez zmianę homeostazy metabolicznej poprzez wydzielane czynniki14,15. Badania dotyczące hepatocytów16 lub pełnych biopsji wątroby17 wskazują, że starzenie się w tych komórkach może przyczyniać się do przewlekłych chorób metabolicznych, takich jak metaboliczna choroba wątroby skojarzona ze stłuszczeniem i stłuszczeniem wątroby skojarzone z dysfunkcją. Ponadto, związek między cukrzycą typu 2 a starzeniem się zyskał znaczną uwagę w ciągu ostatniej dekady, ze wskazaniami łączącymi starzenie się z powikłaniami związanymi z cukrzycą w komórkach β trzustki, hepatocytach16 i adipocytach18,19,20,21. Te odkrycia podkreślają znaczenie dokładnego identyfikowania starzejących się komórek w tkankach metabolicznych, gdzie ich akumulacja i heterogeniczność przyczyniają się do progresji choroby i docelowego leczenia22.
Zmiany w sygnalizacji i ekspresji białek związane z starzeniem są często specyficzne dla komórek i tkanek; jednak kilka cech jest ogólnie charakterystycznych dla starzejących się komórek. Jednym z najczęściej stosowanych markerów jest zwiększona aktywność enzymatyczna β-galaktozydazy w pH 6,0, nazywana starzeniową β-galaktozydazą (SA-β-gal)23. β-galaktozydaza jest hydrolazą lizosomalną obecną we wszystkich komórkach i jest normalnie aktywna w kwaśnym pH (~4,5–5,0), gdzie przyczynia się do degradacji glikozylowanych substratów. Definiującą cechą SA-β-gal jest utrzymanie aktywności β-galaktozydazy w nieoptymalnych warunkach pH. W klasycznym postępowaniu komórki są inkubowane z syntetycznym substratem 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galaktozydydem (X-gal) w pH 6,0, gdzie aktywność enzymatyczna jest zmniejszona w większości komórek, ale pozostaje wykrywalna w komórkach starzejących się. Prowadzi to do powstania nierozpuszczalnego niebieskiego osadu, który można uwidocznić mikroskopowo24.
Mimo że to badanie zostało szeroko przyjęte, wykrywanie osadu X-gal tradycyjnie polegało na mikroskopi jasnopolowej. Jasnopolowa detekcja polega na wizualnym rozpoznaniu niebieskiego osadu i dlatego ma ograniczoną czułość dla niskiego poziomu sygnałów i wczesnych stanów starzenia się. W przeciwieństwie do tego, obrazowanie światłem odbitym rejestruje gęstość optyczną osadu X-gal, umożliwiając ilościowe wykrywanie w szerszym zakresie dynamicznym. Bardziej niedawno, związki fluorogeniczne zostały opracowane, aby poprawić czułość25. Jednak te podejścia zazwyczaj mierzą aktywność β-galaktozydazy w warunkach, które nie zachowują klasycznej definicji pH-zależnej SA-β-gal. W rezultacie mogą zwiększać intensywność sygnału, ale zmniejszać specyficzność dla starzenia się. Natomiast, naturalna nieprzezroczystość osadu X-gal umożliwia jego wykrywanie za pomocą konfokalnego obrazowania światłem odbitym, zapewniając bardziej czuły i ilościowy odczyt, zachowując oryginalną enzymatyczną definicję SA-β-gal26.
Przez lata, zidentyfikowano dodatkowe cechy charakterystyczne dla starzenia się, w tym zwiększone występowanie inhibitorów kinazy zależnej od cyklin P16 i P21, a także czynnika transkrypcyjnego P53,