Клеточное старение — это многоаспектный ответ, который может возникать при различных типах стресса, включая повреждение ДНК, истощение теломер и активацию онкогенов. Это приводит к стабильной остановке клеточного цикла вместе с повышенной устойчивостью к апоптозу, отчасти за счёт индукции антиапоптотическихбелков 1,2. Старение связано с улучшением выживаемости клеток в условиях, где сохранение целостности тканей крайне важно, таких как восстановление иподдержание 3,4. Помимо роли в гомеостазе тканей, старение также способствует нормальному развитию, формируя эмбриональный паттерн 5,6 и выступая барьером для образования опухоли, способствуя очищению повреждённых или потенциально злокачественныхклеток 7,8,9. Хотя старение может выполнять полезные функции, многочисленные исследования выявили противоположный аспект, при котором стареющие клетки приобретают провоспалительный секреторный профиль, способный нарушать местный метаболизм, повреждать окружающие ткани и даже поддерживать прогрессированиеопухоли 10,11,12,13.
Старение обнаруживается в различных типах клеток в различных тканях и часто связано со старением, заболеваниями, нарушениями функций тканей или раком. В печени было показано, что старение клеток печени способствует прогрессированию опухоли путём изменения метаболического гомеостаза с помощью секретируемыхфакторов 14,15. Исследования, изучающиегепатоциты 16 или биопсии всейпечени 17, показывают, что старение этих клеток может способствовать метаболическим сопутствующим заболеваниям, таким как стеатозное заболевание печени, связанное с дисфункцией, и стеатогепатит, связанный с дисфункцией. Кроме того, связь между сахарным диабетом 2 типа и старением привлекла значительное внимание за последнее десятилетие, имея доказательства связи старения с осложнениями, связанными с диабетом, в β-клетках поджелудочной железы,гепатоцитах 16 и адипоцитах 18,19,20,21. Эти результаты подчёркивают важность точного выявления стареющих клеток в метаболических тканях, где их накопление и гетерогенность способствуют прогрессированию заболевания и терапевтическомутаргетированию 22.
Изменения сигнальной передачи и экспрессии белков, связанные с старением, часто специфичны для клеток и тканей; однако несколько признаков в целом характерны для стареющих клеток. Одним из наиболее широко используемых маркеров является повышенная ферментативная активность β-галактозидазы при pH 6.0, называемая стареющим β-галактозидазой (SA-β-gal)23. β-галактозидаза — это лизосомная гидролаза, присутствующая во всех клетках и обычно активная при кислотном pH (~4,5–5,0), где способствует деградации гликозилированных субстратов. Определяющей особенностью SA-β-gal является сохранение активности β-галактозидазы при неоптимальных условиях pH. В классическом анализе клетки инкубируются с синтетическим субстратом 5-бромо-4-хлор-3-индолил-β-D-галактопиранозид (X-гал) при pH 6.0, при этом ферментативная активность снижается в большинстве клеток, но остаётся обнаруживаемой в стареющих клетках. Это приводит к образованию нерастворимого синего осадка, который можно визуализироватьмикроскопически.
Хотя этот анализ широко применяется, обнаружение осадка X-гал традиционно основывалось на яркой микроскопии. Обнаружение в ярком поле основано на визуальной идентификации синего осадка, поэтому обладает ограниченной чувствительностью к низкоуровневым сигналам и состояниям раннего старения. В отличие от этого, изображение отражённого света фиксирует оптическую плотность осадка X-гал, что позволяет количественно обнаруживать в более широком динамическом диапазоне. В последнее время были разработаны фторогенные субстраты для повышениячувствительности 25. Однако эти подходы обычно измеряют активность β-галактозидазы при условиях, не соответствующих классическому pH-зависимому определению SA-β-gal. В результате они могут увеличивать интенсивность сигнала, но снижать специфичность старения. В отличие от этого, врожденная непрозрачность осадка X-гал позволяет его обнаруживать с помощью конфокального отражения света, обеспечивая более чувствительное и количественное показание при сохранении исходного ферментного определения SA-β-гал26.
Со временем были выявлены дополнительные признаки старения, включая повышенную экспрессию ингибиторов циклин-зависимых киназ P16 и P21, а также транскрипционного фактора P53, который регулирует остановку клеточного цикла и другие программыстарения 27,28,29,30,31,32,33 . Эти достижения привели к более строгому определению старения, при котором клетки обычно классифицируются на основе совместного наличия нескольких маркеров. На практике, однако, эти маркеры часто измеряются с помощью различных модальностей: ядерные маркеры, такие как P16 и P21, обычно обнаруживают с помощью флуоресцентных методов, тогда как активность SA-β-гал традиционно оценивается с помощью яркой микроскопии. Это разделение ограничило возможность оценивать несколько признаков старения внутри одной клетки. Визуализация отражённого света преодолевает это ограничение, позволяя напрямую интегрировать обнаружение SA-β-gal с флуоресцентными маркерами в рамках единого процесса визуализации, обеспечивая более надёжную и биологически значимую оценку старения в гетерогенных клеточных популяциях.
Хотя Дедик и коллеги рассматривают ряд ограничений традиционной SA-β-gal визуализации, включая улучшенную чувствительность, использование pH-согласованных контрольных систем для объективного порогового измерения и совместимость с иммуноцитохимией, их метод конфокального анализа отраженного света был оптимизирован специально для изолированных зрелыхадипоцитов 26. Однако старение жировой ткани не ограничивается адипоцитами34,35, и дополнительное понимание можно получить, изучая стромальную сосудистую фракцию (SVF). SVF включает преадипоциты, эндотелиальные и фибробластные популяции, а также различные иммунные клетки, все из которых могут подвергаться старению и способствуют ремоделированию жира, воспалению и изменению метаболической сигнализации. Поэтому характеризация старения внутри этого гетерогенного компартмента важна для связи процессов, специфичных для типа клеток, с исходами на уровне тканей и системой.
Здесь мы расширяем обнаружение отражённого света SA-β-gal на клетки SVF, что позволяет применять его на различных типах клеток жировой ткани. Сочетая этот подход с иммуноцитохимией, метод позволяет проводить интегрированный анализ активности SA-β-gal на отдельных клетках наряду с линейными и функциональными маркерами в первичных образцах человека.