Vanhenemisen mekanismit: Miten vanheneminen tapahtuu?

Teksti on kirjoitettu yhdessä Saara Marttilan (FT, molekyylibiologi, gerontologi) kanssa.

Vaikka vanhenemisen merkit näkyvät usein vasta keski-iän korvilla, alkavat vanhenemisprosessit jo nuorena. Näistä solutason muutoksista puhutaan joko vanhenemisen tunnusmerkkeinä tai mekanismeina. Vanhenemisen mekanismit ovat kaikki osasyynä kehon toiminnan heikkenemiselle.

Vanhenemisen mekanismit haurastuttavat kehoa. Kuva: Pixabay

Vanhenemisen tunnusmerkiksi (engl. hallmark of aging) määritellään sellainen biologinen mekanismi, joka tapahtuu normaalin vanhenemisen aikana ja jonka hidastaminen hidastaa vanhenemista ja nopeuttaminen vastaavasti kiihdyttää vanhenemista. Nämä tunnusmerkit voidaan jakaa kolmeen eri luokkaan: vahinkoa aiheuttaviin, vahinkoon reagoiviin ja heikkenemistä aiheuttaviin. Yksittäisiä vanhenemisen mekanismeja voidaan lähteestä riippuen laskea olevan kaikkiaan kaksitoista erilaista.

Vanhenemisen mekanismeista jokainen on tutkitusti osasyynä kehon rappeutumiseen. Jokaisen kohdalla on siis voitu osoittaa, että siihen puuttumalla voidaan pidentää elinikää vähintäänkin banaanikärpäsillä, yhtä lukuun ottamatta myös hiirillä. Ihmisten kohdalla ei voida suoraan todistaa eliniän pitenemistä, mutta on näyttöä siitä, että näihin mekanismeihin puuttumalla voidaan lievittää vanhenemisesta seuraavia vaivoja.

Vahinkoa aiheuttavat mekanismit ovat aina haitallisia

Nimensä mukaisesti vahinko aiheuttavat mekanismit ovat aina tapahtuessaan solulle haitallisia. Tällaisia mekanismeja ovat genomin (DNA:n) epästabiilius, telomeerien lyheneminen, muutokset epigenomissa, proteiinitasapainon häiriöt ja toimimaton makroautofagia. Tässä tekstissä keskitymme näistä jälkimmäiseen.

Makroautofagia on osa kehon kierrätysjärjestelmää, jonka avulla solut poistavat käytöstä esimerkiksi toimimattomia proteiineja, soluelimiä (esim. mitokondrioita) ja patogeenejä (esim. bakteereja). Tehoton tai epätavallisesti toimiva autofagia on monen vanhenemiseen liittyvän sairauden yhteinen piirre. Ihmisillä autofagiaan liittyvien geenien ilmeneminen heikkenee ikääntyessä. On myös havaittu, että erityisen pitkäikäisten ihmisten jälkeläisillä autofagia on aktiivisempaa kuin muilla vastaavan ikäisillä ihmisillä.

On tutkittu, että geneettisesti hiljennetty autofagia kiihdyttää vanhenemista koe-eläimillä. Tätä vastoin makroautofagian tehostamisen on havaittu lisäävän paitsi elinikää myös tehostavan aineenvaihduntaa ja motorisia toimintoja. Ihmisillä, joilla on autofagiaa hiljentävä mutaatio perimässään, on havaittu monenlaisia aineenvaihduntaan, sydän- ja verisuonitauteihin ja hermoston toimintaan liittyviä sairauksia, joista monet muistuttavat oireiltaan ennenaikaista vanhenemista. Sen sijaan makroautofagian lääkkeellisen tehostamisen on havaittu parantavan fyysistä kuntoa ja terveyttä keski-ikäisillä ihmisillä.

Makroautofagian riittävän tehokas toiminta vaikuttaa siten olevan terveen ja terveenä vanhenevan kehon edellytys.

Vahinkoon reagoivat mekanismit voivat olla solulle myös eduksi

Toisin kuin vahinkoa aiheuttavat vanhenemismekanismit, vahinkoon reagoivat mekanismit ovat oikein toimiessaan soluille hyödyksi. Ne esimerkiksi pyrkivät lievittämään aiemmin kuvatuista mekanismeista aiheutuvia haittoja. Liiallisina tai väärään aikaan toimiessaan ne kuitenkin alkavat itsekin aiheuttaa vahinkoa. Tällaisia mekanismeja ovat mitokondrioiden toiminnan häiriöt, senesenssi ja häiriöt ravintoaineisiin liittyvässä signaloinnissa. Seuraavaksi esittelemme näistä viimeisen.

Häiriöt ravintoaineisiin liittyvässä signaloinnissa keskittyvät kolmeen signalointireittiin, joiden välittäjinä toimivat sirtuiinit, insuliinin kaltainen kasvutekijä (IGF-1) ja mTOR (engl. mechanistic target of rapamycin). Nämä signalointireitit ovat säilyneet evoluutiossa hyvin samankaltaisina eliöstä toiseen.

IGF-1 on hormoni, joka edistää ravintoaineiden ottoa soluihin lisäten kudosten kasvua. mTOR puolestaan on solun aineenvaihdunnan säätelijä. IGF-1 ja mTOR -signaloinnin hiljentämisen on havaittu pidentävän elinikää koe-eläinasetelmissa. Ihmisillä matala IGF-1-taso on yhdistetty lyhyeen pituuteen ja pitkään elinikään. Koe-eläimillä on havaittu, että ravintoaineisiin liittyvän signaloinnin hiljentäminen kasvuikäisenä voi johtaa poikkeukselliseen lyhytkasvuisuuteen, mutta aikuisuudessa hiljentäminen parantaa terveyttä ja pidentää elinikää.

Aineenvaihdunnallisiin sairauksiin kehitetyt lääkkeet tyypillisesti vaikuttavat juuri ravintoaineisiin reagoiviin signalointireitteihin, minkä vuoksi samoja lääkkeitä on tutkittu myös vanhenemisen yhteydessä. Esimerkiksi tyypin 2 diabeteksen hoidossa käytetty metformiini hiljentää sekä IGF-1 että mTOR-signalointia. Epidemiologisissa tutkimuksissa metformiinin on raportoitu vähentävän esimerkiksi sydän- ja verisuonitautien riskiä, mutta tämänkaltaisessa tutkimuksessa ei voida luotettavasti poissulkea muita sekoittavia tekijöitä. Yhdysvalloissa onkin suunnitteilla kliininen koe, jossa on tarkoitus kontrolloidusti selvittää metformiinin vaikutusta vanhenemiseen liittyviin sairauksiin terveillä ihmisillä (TAME, Targetting Ageing with Metformin).

Sirtuiinit ovat joukko proteiineja, jotka toimivat yhdistävänä linkkinä energia-aineenvaihdunnan ja eliniän välillä. Sirtuiinit säätelevät esimerkiksi DNA:n korjausta ja mitokondrioiden energian tuottoa. Toisin kuin IGF-1:n ja mTOR:in kohdalla, sirtuiineja halutaan olevan paljon, että DNA:n korjauskoneisto toimisi mahdollisimman tehokkaasti.

Edellä kuvatut kolme signalointireittiä reagoivat siis ravintoaineiden saatavuuteen ja välittävät esimerkiksi kalorirajoituksen elinikää pidentäviä vaikutuksia.

Heikkenemistä aiheuttavat mekanismit ovat seurausta solun tasapainotilan menettämisestä

Heikkenemistä aiheuttavat mekanismit ottavat vallan silloin kun vahinkoa aiheuttavia ja niihin reagoivia mekanismeja ei voida kompensoida ja solu tai kudos suistuu pois tasapainotilasta. Niitä lasketaan olevan kaikkiaan neljä erilaista; kantasolujen toiminnan ja solujen välisen viestinnän häiriöt, matala-asteinen tulehdus ja dysbioosi.

Dysbioosilla tarkoitetaan suoliston mikrobiston epätasapainoa, toisin sanoen puutteellista tai poikkeavaa suoliston mikrobistoa. Dysbioosi puolestaan altistaa useille vanhenemiseen liittyville sairauksille, kuten sydän- ja verisuonitaudeille ja muistisairauksille.

Suolistomikrobiston vaikutusta elinkään on tutkittu eläinmalleilla ulostesiirteiden avulla. Näissä kokeissa on havaittu, että kun siirretään kiihtyneen ikääntymisen mallin mikrobistoa terveelle yksilölle, sen terveys huononee, ja päinvastainen siirre auttaa sairasta yksilö elämään terveempänä ja pidempään. Ulosteensiirteillä on myös pystytty todentamaan suolistomikrobiston rooli vastustuskyvylle ja aivoterveydelle.

Toistaiseksi ei vielä ole pystytty määrittelemään terveyden kannalta yhtä parasta mahdollista mikrobistokokonaisuutta, vaikka yksittäisiä ”hyviä” bakteereja jo tunnetaankin. Tutkimusten nojalla kuitenkin vaikuttaa kiistattomalta, että suoliston bakteerit vaikuttavat vanhenemisen etenemiseen.

Vanhenemisen mekanismeihin puuttuminen voi nuorentaa kehoa

Vanhenemisen tunnusmerkkejä päivitetään jatkuvasti, joten tulevaisuudessa tunnusmerkkien määrä voi muuttua. On hyvä myös ymmärtää, että vanhenemisen mekanismit ovat kytköksissä toisiinsa – vahinkoon reagoivat tai heikkenemistä aiheuttavat mekanismit eivät käynnisty ilman vahinkoa aiheuttavia mekanismeja. Tämän vuoksi mekanismien erottelu toisistaan on osin keinotekoista.

Siinä missä eläinmalleilla voidaan hyvinkin luotettavasti arvioida eri mekanismeihin puuttumisen vaikutusta elinikään johtuen esimerkiksi pienestä geneettisestä vaihtelusta ja hyvin kontrolloiduista olosuhteista, ihmisillä ei tällaiseen tarkkuuteen päästä koskaan. Me eroamme toisistamme paitsi perimän myös elinympäristön ja ravitsemuksen puolesta, ja vaihtelu eliniässä voi olla kymmeniä vuosia. Vanhenemisen mekanismeihin puuttumisen vaikutusta ihmisillä voidaan kuitenkin arvioida esimerkiksi mittaamalla fyysistä kuntoa tai toimintakykyä, ja viime vuosina myös biologista ikää arvioimalla.

Vanhenemisen mekanismeihin puuttumalla voidaan mahdollisesti tulevaisuudessa lykätä vanhenemiseen liittyviä sairauksia ja toiminnanvajauksia, jolloin terve ikääntyminen on mahdollista yhä suuremmalle osalle vanhenevaa väestöä.

Lähteet:

Gerontologia (Duodecim, 2022), Luku 16, ”Solun vanheneminen”
Kananen Laura, Marttila Saara (2019). Vanhenemisen biologiset mekanismit ja miten niihin voi vaikuttaa. Duodecim 135:1098–106
López-Otín, C., Blasco, M. A., Partridge, L., Serrano, M., & Kroemer, G. (2022). Hallmarks of aging: An expanding universe.
Fedintsev, A., & Moskalev, A. (2020). Stochastic non-enzymatic modification of long-lived macromolecules – A missing hallmark of aging. Ageing Research Reviews, 62, 101097.

Vanhenemisen teoriat: Miksi vanheneminen tapahtuu?

Teksti on kirjoitettu yhdessä Saara Marttilan (FT, molekyylibiologi, gerontologi) kanssa.

Yksi yleisimmistä harhaluuloista vanhenemiseen liittyen on, että vanhenemme ja lopulta kuolemme, jotta nuoremmalle ja hyväkuntoisemmalle sukupolvelle tulisi tilaa. Tämä ei pidä paikkaansa, vaan on ilmeinen kehäpäätelmä. Jos vanhenemista ei tapahtuisi, edellinen sukupolvi ei olisi sen huonommassa kunnossa kuin seuraavakaan, eikä siis olisi mitään erityistä syytä tehdä sille tilaa. Miksi siis olemme luonnonvalintaan perustuvan evoluution tuoksinassa päätyneet olemaan eliölaji, joka vanhenee?

Vanhenemisen suureen miksi-kysymykseen voidaan vastata usean eri teorian kautta. Kuva: Pixabay

Vanhenemisteorioiden on tarkoitus vastata kysymykseen ”Miksi vanhenemme?” tai hiukan monisanaisemmin muotoiltuna ”Miten olemme päätyneet olemaan eliölaji, joka vanhenee, vaikka vanheneminen heikentääkin yksilön elinkelpoisuutta?”. Rinnakkainen kysymys tälle on ”Millä mekanismeilla vanhenemme?” eli ”Mitkä asiat soluissamme ja kehossamme menee ajan kuluessa rikki?”. Toisinaan nämä kaksi kysymystä menevät sekaisin, vaikka ensimmäiseen onkin haettava selitystä evoluutiobiologiasta ja toiseen solu- ja molekyylibiologiasta. Tässä tekstissä esitellään neljä tällä hetkellä vallalla olevaa vanhenemisen teoriaa.

Nuoren etu voi olla vanhan taakka, erityisesti valintavarjossa

Luonnonvalinta suosii yksilöitä, jotka ovat parhaiten sopeutuneet vallitseviin oloihin ja tuottavat näin suurimman määrän jälkeläisiä. Valintavarjolla tarkoitetaan iän myötä heikkenevää luonnonvalinnan valintapainetta, joka ei riitä poistamaan myöhään ilmeneviä haitallisia ominaisuuksia. Näin ollen ne ominaisuudet, jotka tulevat esiin vasta sen jälkeen, kun yksilö on jo tuottanut suurimman osan jälkikasvustaan säilyvät populaatiossa.

Vanhenemiseen liittyvät muutokset ovat tällaisia valintavarjoon jääviä ominaisuuksia. Valintavarjo selittää vanhenemisen ilmiön säilymisen evoluutiossa – omaisuus säilyy, koska siihen ei kohdistu valintapainetta.

Antagonistinen pleiotropia on melkoinen sanahirviö, mutta ilmiönä toivottavasti helpompi ymmärtää. Pleiotropialla tarkoitetaan tilannetta, jossa sama geeni (tai joukko geenejä) säätelee useaa eri ominaisuutta. Esimerkkinä tästä on geenijoukko, joka säätelee sekä juoksukykyä että elinikää.

Antagonistinen puolestaan tarkoittaa vastavaikutteista tai päinvastaista. Kun nämä kaksi termiä yhdistetään, puhutaan ilmiöstä, jossa samalla geenillä on sekä positiivisia että negatiivisia vaikutuksia yksilössä. Vanhenemisen kohdalla antagonistisella pleiotropialla viitataan tilanteeseen, jossa tietty geeni (tai ominaisuus) on hyödyllinen varhain, mutta haitallinen myöhemmin elämässä. Antagonistinen pleiotropia on myös sidoksissa valintavarjoon, voi ajatella, että myöhemmin elämässä ilmi tuleva ominaisuus jää nimenomaan valintavarjoon.

Vaikka yleisimmin hyväksytyt vanhenemisteoriat ovat alla esitetyt kertakäyttöisen kehon teoria sekä vanhenemisen kehitysteoria, ne molemmat noudattavat valintavarjon ja antagonistisen pleiotropian periaatteita.

Tasapainottelua lisääntymisen ja oman kehon korjaamisen välillä

Kertakäyttöisen kehon teoria lähtee ajatuksesta, että luonnossa energia on aina rajallinen resurssi, ja sen käyttö on optimoitava. Vaakakupeissa ovat lisääntyminen ja oman kehon kunnossapito.

Luonnossa kuolema korjaa todennäköisesti jonkin ulkoisen syyn, siis saaliiksi joutumisen, nälkiintymisen tai onnettomuuden seurauksena. Pitkäikäisyys ei siis ole erityisen todennäköistä, vaikka suurimman osan energiastaan käyttäisikin kehoon kertyvien vaurioiden, esimerkiksi DNA:n mutaatioiden korjaamiseen. Kehoa kannattaa korjata vain sen verran, että se pysyy kunnossa sen aikaa kuin on muutenkin todennäköistä säilyä hengissä. Kaikki muu energia kannattaa suunnata lisääntymiseen.

Kertakäyttöisen kehon teorian mukaan vanheneminen on siis seurausta erilaisista kehoon ja soluihin kertyvistä, sattumanvaraisista virheistä ja vaurioista, joiden annetaan tapahtua, koska korjausmekanismit ovat vain riittävän hyviä, eivät täydellisiä. Me nykyihmiset olemme pääaisassa turvassa nälkäkuolemalta ja saaliiksi joutumiselta, joten me pysymme elossa niin kauan, että nämä sattumanvariaset vauriot ja virheet alkavat näkyä erilaisina vaivoina ja sairauksina. Toisin sanoen elämme niin turvattua elämää, että ehdimme tulla vanhoiksi.

Vanheneminen käynnistyy, kun kasvu ja kehitys eivät pysähdy

Uusimpana teorioiden joukkoon on tullut vanhenemisen kehitysteoria, jonka mukaan vanheneminen on kasvun ja kehityksen solutason tapahtumien tarkoituksetonta jatkumista. Tämän teorian lähtökohta on, että kasvun ja kehityksen tapahtuminen on yksilön elämässä ensisijaista, onhan se ehdoton edellytys sille, että yksilö voi saada omia jälkeläisiä ja siirtää geeninsä eteenpäin. Koska tämä on niin tärkeää, valintapaine tämän prosessin hidastamiseksi tai pysäyttämiseksi on erittäin heikko. Niinpä nämä kasvun ja kehityksen prosessit jatkuvat vielä senkin jälkeen, kun varsinainen kehitys on valmis, eli yksilöstä on tullut lisääntymiskykyinen aikuinen. Erinomainen esimerkki tästä on silmän linssin jatkuvasta kasvusta seuraava, ikään liittyvä likinäkö. Kehossa olevat prosessit siis jatkuvat aiheuttaen ongelmia vasta varttuneella iällä.

Mikään teorioista ei ole ylitse muiden

Mitä vanhenemisen teorioista sitten on paras ja eniten oikeassa? Tähän tuskin saadaan yksiselitteistä vastausta. Jos vanheneminen esimerkiksi olisi tulos pelkästään sattumanvaraisten virheiden karttumisesta, miksi se olisi niin samanlaista eliölajista toiseen? Toisaalta, jos vanheneminen se olisi seurausta pelkästään kasvun ja kehityksen tarkoituksettomasta jatkumisesta, miksi yksilöiden välillä havaitaan niin valtavia eroja? Vanhenemisen teoriat selittävät tiettyjä piirteitä vanhenemisesta, mutta yksikään ei kata niistä kaikkia.

Lähteet:

Gerontologia (Duodecim, 2022), Luku 15, ”Biologisen vanhenemisen teoriat”
Kirkwood, T. B., & Austad, S. N. (2000). Why do we age? Nature, 408(6809), 233–238.

Ikääntyminen on väistämätöntä, vanheneminen ei

Teksti on kirjoitettu yhdessä Saara Marttilan (FT, molekyylibiologi, gerontologi) kanssa.

Vanhenemistutkimuksen kentällä käytetään termejä sekä englanniksi että suomeksi varsin epäjohdonmukaisesti. Tilannetta ei paranna se, että suomessa ’aging’ voi kääntyä ikääntymiseksi tai vanhenemiseksi, jotka eivät ole toistensa synonyymeja. Kuinka vanhenemisesta sitten tulisi puhua?

Vanhenetko vai ikäännytkö, vai teetkö kenties molempia? Kuva: Pixabay

Termien määritteleminen voi tuntua välillä hiusten halkomiselta. Tieteessä termien määrittely on kuitenkin välttämätöntä, jotta kaikki lukijat ymmärtävät yksiselitteisesti, mitä milläkin sanalla tarkoitetaan. Vaikka monessa yhteydessä ikääntymistä ja vanhenemista käytetään toistensa synonyymeinä, nämä eivät tarkoita samaa asiaa. Siinä missä jokainen vuorokausi tuo jokaiselle yhtä monta tuntia lisää ikää, vanhenemisen etenee yksilöllisesti.

Ikääntyminen alkaa syntymästä, vanheneminen alkaa murrosiän jälkeen

Ikääntyminen tarkoittaa yksinkertaisesti iän karttumista, se siis alkaa syntymästä. Vanheneminen puolestaan on joukko prosesseja, jotka ajan kuluessa johtavat haitallisiin muutoksiin solujen ja kudosten toiminnassa. Nämä vanhenemismuutokset heikentävät elimistön toimintaa ja lisäävät kuolemanriskiä. Tyypillisesti vanhenemisen katsotaan alkavan murrosiästä, eli ajankohdasta, jolloin yksilö on täysin kehittynyt ja kuolemanriski pysyy suhteellisen vakaana.

On kuitenkin hyvä pitää mielessä, että luonto ei tiedä ihmisten määrittelemistä termeistä. On siis osittain sopimuskysymys, kun sanomme että vanheneminen alkaa murrosiästä. Esimerkiksi DNA:han alkaa kertyä mutaatioita heti syntymän jälkeen. Toisaalta suurin osa kehon toiminnoista ja fyysisistä ominaisuuksista on huipussaan nuoruudessa ja varhaisaikuisuudessa, jolloin tuntuisi erikoiselta väittää, että tällainen optimaalisesti toimiva keho olisi jo vanhentunut noin kaksikymmentä vuotta.

Ikääntyminen ja vanheneminen eivät siten tarkoita samaa asiaa. Yleensä molempia termejä käytetään iloisesti sekaisin, vaikka tyypillisesti on kysymys nimenoman vanhenemisesta. Mielenkiintoista on, että Google-haun perusteella selvästi ikääntyminen on käytetympi termi kuin vanheneminen (564 000 vs. 193 000 hakutulosta). Ehkäpä sanaa ikääntyminen suositaan, koska se kuulostaa jotenkin lempeämmältä tai vähemmän negatiiviselta kuin vanheneminen.

Vanheneminen heikentää kehoa, mutta ei ole välttämätöntä

Vanhenemisen aiheuttamat haitalliset muutokset solujen ja kudosten toiminnassa lisäävät paitsi riskiä esimerkiksi sydän- ja verisuonitaudeille ja muistisairauksille, myös heikentävät aisteja ja kognitiivisia kykyjä. Tyypillisesti ajatellaankin, että vanheneminen onkin useiden sairauksien ja toiminnan vajauksien yhteinen nimittäjä.

Kuitenkin voi olla haastava erottaa, mikä lopulta on vanhuutta ja mikä sairautta. Koska vanhenemismuutokset lopulta johtavat kehon elinkelpoisuuden heikkenemiseen, voidaan sairaudet nähdä vanhenemisen oireina. On määrittelykysymys, ovatko toiminnanrajoituksiin johtavat vanhenemismuutokset osa tavallista vanhenemista, vaiko erillisiä sairauksia.

Mutta onko vanheneminen väistämätöntä?

Vanhenemisen biologiaan keskittyvät tutkimukset ovat kiistatta osoittaneet, että vanheneminen on muovautuvaa ja sitä voidaan muokata. Tiedetään luonnossa eläviä eliöitä, kuten hydrat, jotka eivät vanhene. Koe-eläinasetelmilla vanhenemista on pystytty lykkäämään useilla eri menetelmillä. Kuitenkin toistaiseksi vastaavien hoitojen teho ihmisillä on joko tutkimatta tai osoittamatta. Ehkäpä tulevaisuudessa vanheneminen ja siihen liittyvät terveysongelmat ja toiminnanvajaukset eivät ihmisillekään ole enää välttämättömyys, vaikka ikääntyminen sitä on.

Lähteet:

Gerontologia (Duodecim, 2022), Luku 16 ”Solun vanheneminen”
Kananen Laura, Marttila Saara (2019). Vanhenemisen biologiset mekanismit ja miten niihin voi vaikuttaa. Duodecim 135:1098–106
Kirkland, J. L. (2016). Translating the Science of Aging into Therapeutic Interventions. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine, 6(3), a025908.

Vanhentaako koronavirus kehoa?

Koronavirustartunnoista on noussut mediassa esiin toinen toistaan villimpiä otsikoita. Viimeisimpänä keltainen lehdistö on ilmoittanut koronatartunnan voivan vanhentaa kehoa jopa kymmeniä vuosia. Millaista näyttöä koronatartunnan ja kehon biologisen vanhenemisen välisistä yhteyksistä toistaiseksi on tarjolla?

*Maski suojaa parhaiten kasvoille aseteltuna! Kuva: Pixabay*

Korona-aika on koetellut meistä jokaisen arkea. Vaikka ei itse olisi virusta elimistöönsä saanut, ovat suojautumistoimet – kuten kotikaranteenit ja muutokset monenlaisissa arjen perusasioissa – tuoneet stressiä. Moni on voinut kokea saaneensa harmaita hiuksia ja pelkästään siitä huolen määrästä, jonka korona on mukanaan tuonut. Mutta voiko korona tosiaan vanhentaa kehoa?

Sairaalahoitoa vaativa koronatartunta voi alentaa kognitiivisia kykyjä

Viimeaikaiset koronaviruksen vanhentavan vaikutuksen otsikot pohjautuvat brittitutkimukseen, jossa seurattiin 46 potilasta, joiden koronatartunnan oireet olivat vaatineet sairaalahoitoa. Tämän joukon tuloksia verrattiin terveisiin ihmisiin. Tutkimuksessa havaittiin vakavan koronavirustartunnan olevan yhteydessä alentuneisiin kognitiivisiin kykyihin.

Kognitiivisilla kyvyillä tarkoitetaan yleisesti tiedon käsittelyyn liittyviä toimintoja, kuten oppimista, ajattelua ja muistamista. Kognitiiviset kyvyt tyypillisesti heikkenevät vanhenemisen myötä, mikä selittyy osaltaan aivojen etuotsalohkon koon pienenemisellä ja toiminnan heikkenemisellä.

Tutkimustuloksia tulkittaessa on hyvä pitää mielessä, että reilun neljänkymmenen ihmisen joukko ei tietysti edusta koko väestöä. Mittaukset myös suoritettiin ainoastaan koronan sairastamisen jälkeen, ei ennen sitä. Näiden ohella on huomioitava, että tutkimuksessa mukana olleet sairastuivat aikana, jolloin väestöllä ei vielä ollut kattavasti koronarokotteita ja leviävä viruskanta oli ominaisuuksiltaan erilainen (alkuvuosi 2020). Suurin osa sairastaa parhaillaan leviävän deltamuunnoksen koronavirustartunnan lievänä, jolloin sairastumisesta seuraavat jälkioireetkin ovat usein lieviä.

Onko koronan vanhentava vaikutus kaukaa haettua?

Voiko koronavirus kuitenkin kiihdyttää vanhenemista? Mahdollisesti. Mikä tahansa infektiotauti, siinä missä yksinäisyys ja stressikin, voivat edistää vanhenemista solutasolla. Koronavirustauti ei ole poikkeus tästä, etenkin kun huomioidaan kaikki koronan mukanaan tuomat lieveilmiöt.

Korona-aika on voinut muuttaa elinympäristöä ja -tapoja vanhenemista kiihdyttävään suuntaan. Puhutaan esimerkiksi ”koronakiloista”, vähentyneestä liikunnan määrästä ja epäsuotuisista muutoksista ruokavaliossa. Kaikki tämä yhdistettynä mahdollisesti pitkiinkin eristysjaksoihin (yksinäisyys) ja vielä mahdollinen infektio sairasteluineen rasittavat niin kehoa kuin mieltäkin.

Vanhentavat virukset

Vanheneminen heikentää tunnetusti elimistön vastustuskykyä. Iäkkäät ihmiset sairastuvat siksi herkemmin virus- ja bakteeri-infektioihin eivätkä saa rokotteista yhtä tehokasta suojaa kuin nuoremmat aikuiset.

Virukset voivat tuoda kehoon monenlaisia haasteita, joista ilmeisimmät liittyvät juuri vastustuskykyyn. Esimerkiksi HIV-infektion on havaittu kiihdyttävän immuunipuolustuksen solujen vanhenemista, niin sanottua immunosenesenssiä. Tiettyjen yleisesti esiintyvien virusten, kuten herpes- ja influenssaviruksen on myös osoitettu kiihdyttävän aivojen vanhenemista, mikä voi osaltaan olla edellä kuvattujen kognitiivisten oireiden taustalla. Sekä HIV- että koronavirus myös kiihdyttävät biologista vanhenemista epigeneettisellä kellolla mitattuna.

Koronan muu kuorma – Stressi

Korona on voinut aiheuttanut monenlaisia kuormittavia muutoksia arkeen. Stressi voi liittyä esimerkiksi pelkoon läheisten terveydestä, oman työpaikan menettämisestä tai esimerkiksi siitä, kuinka hoitaa perhe ja työt, kun lapset ovatkin päivät kotona koulun sijaan. Suurempi stressin määrä on puolestaan yhteydessä lyhentyneisiin valkosolujen telomeereihin, mikä voi johtaa kehon heikentyneeseen kykyyn esimerkiksi korjata vaurioita.

Korona vanhentaa – pitääkö olla huolissaan?

On mahdollista, että koronavirus vanhentaa kehoa usean eri biologisen mekanismin kautta – se voi johtaa esimerkiksi lyhentyneisiin telomeereihin, immuunipuolustuksen heikkenemiseen ja mahdollisesti aiheuttaa vanhentavia muutoksia aivoissa. Näitä samoja vanhenemisen merkkejä aiheuttavat tosin myös muut virukset, epäterveelliset elintavat ja stressi. Koronan kehoa vanhentavia muutoksia tarkasteltaessa onkin syytä muistaa myös koronan välilliset vaikutukset, kuten paikallaanolon lisääntyminen, mahdollinen painonnousu ja yksinäisyys.

Kokonaisuutena korona voi kerryttää yhdessä lieveilmiöidensä kanssa vanhenemisen biologisia prosesseja kiihdyttävän ympäristön.

On myös totta, että koronavirus on aiheuttanut rajuja oireita ja vienyt ihmisiä ennenaikaiseen hautaan. Koronan yhteyttä elinikään ei siten varmastikaan tarvitse nostaa sen tarkemmin esille – sen on esimerkiksi USA:ssa arveltu vaikuttavan lyhentävästi jo elinajanodotteeseenkin.

Hyviä uutisia kuitenkin ovat, että nykyisin rokotekattavuus on saatu jo varsin hyväksi ja leviävä virusmuoto ei ole enää yhtä ärhäkkä kuin koronan alkuvuosina. Onneksemme suurin osa sairastaa taudin lievänä, osa jopa oireettomana. Vaikka koronavirusinfektio itsessään rasittaisi kehoa vanhentaen sitä, emme vielä tiedä, kuinka pysyviä nämä muutokset ovat. Luotettavaa tutkimusnäyttöä sekä koronan aiheuttamista oireista, että niiden palautumisesta, on vielä hyvin rajallisesti saatavilla.

Jotta koronan välilliset kehoa vanhentavat vaikutukset pysyisivät mahdollisimman vähäisinä, olisi hyvä kiinnittää erityistä huomiota omaan jaksamiseen ja mahdollisimman terveellisiin elintapoihin. Hyvä resilienssi auttaa pitämään kiinni arjen terveyttä edistävistä tavoista kovienkin haasteiden keskellä.

Lähteet:

Hampshire A, Chatfield DA, MPhil AM, et al. Multivariate profile and acute-phase correlates of cognitive deficits in a COVID-19 hospitalised cohort. eClinicalMedicine. 2022;47:101417. doi:https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2022.101417
Nyberg L, Salami A, Andersson M, et al. Longitudinal evidence for diminished frontal cortex function in aging. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107(52):22682-22686. doi:10.1073/pnas.1012651108
Deeks SG, Verdin E, McCune JM. Immunosenescence and HIV. Curr Opin Immunol. 2012;24(4):501-506. doi:10.1016/j.coi.2012.05.004
Sohn E. How the COVID-19 pandemic might age us. Nature. 2022;601(7893):S5-S7. doi:10.1038/d41586-022-00071-0
Epel ES, Blackburn EH, Lin J, et al. Accelerated telomere shortening in response to life stress. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004;101(49):17312-17315. doi:10.1073/pnas.0407162101
Filgueira L, Larionov A, Lannes N. The Influence of Virus Infection on Microglia and Accelerated Brain Aging. Cells. 2021;10(7). doi:10.3390/cells10071836
Horvath S, Levine AJ. HIV-1 Infection Accelerates Age According to the Epigenetic Clock. J Infect Dis. 2015;212(10):1563-1573. doi:10.1093/infdis/jiv277
Cao X, Li W, Wang T, et al. Accelerated biological aging in COVID-19 patients. Nat Commun. 2022;13(1):2135. doi:10.1038/s41467-022-29801-8
Woolf SH, Masters RK, Aron LY. Effect of the covid-19 pandemic in 2020 on life expectancy across populations in the USA and other high income countries: simulations of provisional mortality data. BMJ. 2021;373:n1343. doi:10.1136/bmj.n1343
Lowry CA, Jin AY. Improving the Social Relevance of Experimental Stroke Models: Social Isolation, Social Defeat Stress and Stroke Outcome in Animals and Humans. Front Neurol. 2020;11:427. doi:10.3389/fneur.2020.00427

Pituus (lyhyys) ja elinikä

Pituuteen on perinteisesti liitetty hyviä ominaisuuksia. Pituuden kuvitellaan kertovan esimerkiksi paremmasta ravitsemuksesta ja sosiaalisesta asemasta. Elinikää tarkasteltaessa kompaktimpi koko on kuitenkin valttikortti. Lyhyys on nimittäin yhteydessä pidempään elinikään.

*Pituus ei aina ole eduksi. Kuva: Pixabay.*

Pituus nähdään yleensä positiivisena ominaisuutena. Pituus on yhdistetty muuan muassa korkeampaan sosioekonomiseen asemaan ja koulutukseen. Erityisesti miehillä pituus voi vaikuttaa jopa kumppanin löytymiseen ja palkkatasoon.

Kurjaa ilmiössä on se, että omaan pituutensa voi vaikuttaa varsin vähän – arviolta jopa noin 80 % pituudesta määräytyy perimän kautta.Perimänohella pituuskasvuun vaikuttavat ravitsemus ja elinympäristö. Normaalipainoisia ihmisiä tarkasteltaessa pituudella on yhteys terveyteen ja elinikään.

Lyhyyden terveyshyödyt

Vaikka lyhyyttä ei yhteiskunnassa arvostettaisi, tuo se tutkimusten mukaan terveyshyötyjä. Lyhyillä on esimerkiksi keskimäärin matalampi verenpaine ja he sairastuvat pitkiä harvemmin syöpäsairauksiin. Lyhyillä ihmisillä on myös tietyillä alueilla havaittu pitkään elinikään liittyviä geenejä ja he elävät keskimäärin pitkiä ihmisiä pidempään.

Ilmiö ei esiinny ainoastaan ihmisillä. Eläimillä (lajin sisällä) pienempi koko on yhteydessä pidempään elinikään. Esimerkiksi pienikokoiset koirarodut ovat tyypillisesti suurikokoisia pitkäikäisempiä. On myös mainittava, että kalorirajoitteinen ruokavalio vähentää kasvua ja pidentää elinikää useilla lajeilla.

Lyhyyden terveyshyödyille on useita mahdollisia syitä

Miksi lyhyys sitten yhdistyy pidempään elinikään? Syiden on arveltu liittyvän vähäisempään solujen jakautumiseen, pienempään DNA-vaurioiden määrään ja pienempään syöpäriskiin. Syynä voi olla myös kasvuhormonin vähäisempi määrä.

Solumme voivat jakautua vain tietyn kertamäärän, johon vaikuttavat DNA:n päässä olevat telomeerit. Koska solujen koko suurelta osin vakio, vaatii pidemmän ihmisen rakentaminen enemmän soluja ja siten myös enemmän solun jakautumisia kuin lyhyellä ihmisellä. Tämän ajatellaan johtavan siihen, että pidemmän ihmisen soluilla on vähemmän jakautumispotentiaalia käytössä vanhuudessa.

Pitkien ihmisten suurempi solumäärä voi myös altistaa heidät DNA-vaurioille juuri solujen runsaan jakautumisen vuoksi: DNA:n kahdentumisessa voi tapahtua virheitä, ja niiden todennäköisyys voi kasvaa useampien jakautumiskertojen myötä. Myös suuri energiankulutus voi altistaa solut suuremmalle happiradikaalikuormalle. Nämä yhdessä voivat puolestaan altistaa kehon suurentuneelle syöpäriskille.

Pituuskasvua ohjaa aivolisäkkeestä erittyvä kasvuhormoni, joka vaikuttaa kasvutekijöiden kautta. Kasvuhormoni esimerkiksi kiihdyttää proteiinien valmistusta, edistää rasvojen pilkkoutumista ja estää glukoosin ottoa soluihin. Matala kasvutekijöiden määrä on yhdistetty pitkään elinikään.

Ääriesimerkkejä kasvutekijöiden ja eliniän välisestä yhteydestä ovat Laronin oireyhtymä ja akromegalia. Laronin oireyhtymä on perinnöllinen, harvinainen sairaus, jonka syynä on aivolisäkkeen toiminnasta johtuva lyhytkasvuisuus. Laronin oireyhtymälle tyypillistä ovat poikkeuksellisen matala kasvurekijöiden määrä ja ylipaino, mutta huomattavasti pienentynyt syöpäsairauksien riski.

Akromegalia eli jättikärkisyys puolestaan johtuu aivolisäkkeen kasvaimen aiheuttamasta kasvuhormonin liikaerityksestä. Lapsilla akromegalia johtaa pituuskasvun epätavalliseen kiihtymiseen. Aikuisilla sairaus aiheuttaa esimerkiksi kämmenien, jalkojen, leuan ja nenän kasvamista, sekä kohonnutta verenpainetta ja tyypin 2 diabetestä. Tauti myös lyhentää elinikää.

Elävätkö naiset pidempään koska ovat lyhyempiä kuin miehet?

Lyhyyden ja eliniän välinen yhteys selittyisi helpoiten sukupuolella. Naiset ovat keskimäärin miehiä lyhyempiä ja elävät miehiä pidempään. Selittyykö naisten pitkä elinikä siis lyhyydellä? Asia ei ole näin yksinkertainen.

Naisten pidempään elinikään vaikuttavat monet seikat, kuten parempi vastustuskyky ja oksidatiivisen stressin sietokyky sekä estrogeenihormonin suojaava vaikutus. Sukupuolten välinen pituusero voi tuoda tähän kuvioon oman pienen lisänsä, muttei kokonaan selitä eroa eliniässä. Kiinnostavaa kyllä, naisilla kasvuhormonin eritys on miehiä suurempaa, vaikkakaan kasvutekijöiden määrissä ei havaita eroa.

Suomalaisten pituus

Kansalliset kasvukäyrät uudistetaan tietyin aikavälein vastaamaan paremmin lasten sen hetkistä kasvua. Suomalaisten kasvukäyrät uudistettiin viimeksi vuonna 2011. Uusien kasvukäyrien mukaan suomalaisten naisten keskipituus 168 cm ja miesten 181 cm. Molemmilla sukupuolilla keskipituus on kasvanut noin 2 cm verrattuna edellisiin, vuonna 1986 julkaistuihin kasvukäyriin.

Suomalaiset lapset ovat nykyisin pidempiä ja myös saavuttavat lopullisen pituutensa aiempia ikäluokkia nopeammin. Vertailun vuoksi, naisten maailmanlaajuinen keskipituus vuoden 1996 arvion mukaan oli naisilla 160 cm ja miehillä 171 cm.

Ihmisten keskipituus kasvaa mutta elinikä pitenee?

Edellä on kerrottu miten lyhyet elävät keskimäärin pitkiä pidempään. Kuitenkin länsimaissa keskipituus on viime vuosisadan ajan kasvanut samalla pidentyneen keskimääräisen eliniän kanssa. Samaan aikaan kehitysmaissa ihmiset ovat länsimaita lyhyempiä ja elävät heitä lyhyemmän ajan. Epäloogista? Ehkäpä tälle löytyy kuitenkin ymmärrettävä selitys.

On todennäköistä, että länsimaiden parempi ravitsemus ja kehittynyt terveydenhuolto takaavat sen, että yhä useampi tavoittaa perimän asettaman maksimipituuden. Ilmiö osoittaa myös sen, miten monisyinen ilmiö elinikä on. Pelkkä pituus ennustaa vain pienen osan totuutta. Huomattavasti suurempi merkitys elinympäristöllä, erityisesti hygienialla ja terveydenhuollolla.

Kannattaako omaa pituutta siis murehtia tai toisaalta tuudittautua siihen, että lyhyys tarjoaa pitkän eliniän? Ei kannata. Siinä missä pituus määräytyy suurelta osin perimästä, eliniästä perimä selittää vain 20-30 %. Pituutta huomattavasti suurempi merkitys on terveillä elintavoilla, joihin jokainen voi itse vaikuttaa.

Lähteet:

Bartke A. Healthy aging: is smaller better? – a mini-review. Gerontology 58: 4: 337-343, 2012.
Clayton RN. Cardiovascular function in acromegaly. Endocr.Rev. 24: 3: 272-277, 2003.
He Q, Morris BJ, Grove JS, Petrovitch H, Ross W, Masaki KH, Rodriguez B, Chen R, Donlon TA, Willcox DC and Willcox BJ. Shorter men live longer: association of height with longevity and FOXO3 genotype in American men of Japanese ancestry. PLoS One 9: 5: e94385, 2014.
Laron Z, Kauli R, Lapkina L and Werner H. IGF-I deficiency, longevity and cancer protection of patients with Laron syndrome. Mutat.Res.Rev.Mutat.Res. 772: 123-133, 2017.
Maier AB, van Heemst D and Westendorp RG. Relation between body height and replicative capacity of human fibroblasts in nonagenarians. J.Gerontol.A Biol.Sci.Med.Sci. 63: 1: 43-45, 2008.
McEvoy BP and Visscher PM. Genetics of human height. Econ.Hum.Biol. 7: 3: 294-306, 2009.
Samaras TT. How height is related to our health and longevity: a review. Nutr.Health 21: 4: 247-261, 2012.
Tyrrell J, Jones SE, Beaumont R, Astley CM, Lovell R, Yaghootkar H, Tuke M, Ruth KS, Freathy RM, Hirschhorn JN, Wood AR, Murray A, Weedon MN and Frayling TM. Height, body mass index, and socioeconomic status: mendelian randomisation study in UK Biobank. BMJ 352: i582, 2016.
Vitale G, Barbieri M, Kamenetskaya M and Paolisso G. GH/IGF-I/insulin system in centenarians. Mech.Ageing Dev. 165: Pt B: 107-114, 2017.
https://thl.fi/fi/web/lastenneuvolakasikirja/terveystarkastusten-menetelmat/kasvu/kasvukayrat

Jos elinikää yrittää pidentää, milloin on viimeistään aloitettava?

Nykyisin tiedetään monia keinoja eliniän pidentämiseksi. On esimerkiksi liuta lääkkeitä, joilla vaikkapa sydän- ja verisuonitautien riskitekijöitä saadaan normalisoitua. Ei kuitenkaan ole sama, minkä ikäisenä elinikään mahdollisesti vaikuttava toiminta kannattaa aloittaa. On viitteitä niin sanotusta ikäkynnyksestä – aloitusikä voi siis vaikuttaa lopputulokseen.

*Kun pyrkii elämään mahdollisimman pitkään, on osattava valita oikea ovi oikeaan aikaan. Kuva: Pixabay.*

Yhä useampi on kiinnostunut eliniän pidentämisestä. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että pyritään elämään siten, että päästään mahdollisimman lähelle oman perimän asettamaa maksimielinikää. Geeniperimän itsessään arvellaan vaikuttavan elinikään noin 25-30%, muilta osin elinikä selittyy elinympäristön ja elintapojen kautta, ja onpa sattumallakin vielä näppinsä pelissä.

Perimä kuitenkin vaikuttaa elinikään myös välillisesti esimerkiksi sairastumisriskien ja liikunnallisten taipumusten kautta. Missä iässä katseet sitten tulisi keskittää elinikää mahdollisesti pidentäviin toimiin? Tutkimusten perusteella eri keinoilla on omat tehokkaimmat ikäsidonnaiset rajapyykkinsä, ja näissäkin on todennäköisesti yksilöllistä vaihtelua.

Kalorirajoitteinen ruokavalio ei sovi kasvuikäiselle

Kalorirajoitteisen ruokavalion on todistettu pidentävän elinikää useilla eliöllä, ihminen mukaan lukien. Kalorirajoitteisella ruokavaliolla tarkoitetaan ravinnon kalorimäärän vähentämistä ilman, että kyseessä on aliravitsemus tai ravintoaineiden puutos. Tässä elinikää pidentävässä elintavassa erityisen olennaista on ikä, jolloin ruokavalio aloitetaan.

Kalorirajoitus ei sovi kasvuikäiselle. Kasvuikäisillä lapsilla kalorirajoituksen määrä on hankala arvioida, se voi muuttaa lapsen syömiskäyttäytymistä ja pahimmillaan johtaa ravintoaineiden puutokseen ja syömishäiriöön. Myös aikuisena aloitetulla kalorirajoituksella on varjopuolensa, ja etenkin pitkällä aikavälillä se voi johtaa alentuneeseen suorituskykyyn, luuston tiheyden laskuun ja ongelmiin lisääntymisessä.

Lääkitys oikeaan asiaan ja oikeaan aikaan

Sydän- ja verisuonitauteja tarkastellessa ennaltaehkäisevä hoito vaikuttaisi olevan eliniän kannalta tehokkainta. Suurin vaikutus saadaan aikaan siten, että väestöstä seulotaan ne, kenellä on korkea riski sairastua sydän- ja verisuonitauteihin tulevaisuudessa, ja aloitetaan ennaltaehkäisevä hoito jo ennen taudin puhkeamista. Elinikää tarkasteltaessa vaste lääkkeille on kuitenkin hyvin yksilöllinen.

Ihmisiä tutkittaessa on aina huomioitava, että emme tiedä, kuinka pitkään henkilö olisi elänyt ilmanlääkitystä. Voimme vain vertailla toisiinsa ryhmää ihmisiä, jotka hoitoa käyttävät ja heitä, jotka eivät. On siis mahdollista, että henkilö olisi elänyt täsmälleen saman ikäiseksi myös ilman hoitoa, mutta hyvin todennäköisesti terveydeltään huonommassa kunnossa.

Liikuntaa lapsesta asti?

Liikuntaa on pitkään pidetty pitkän eliniän kivijalkana. Tiedetään, että liikunnalliset ihmiset elävät sohvaperunoita pidempään, mutta vielä ei ole pystytty osoittamaan, että liikunta itsessään pidentäisi elinikää. Toisin sanoen, ihmisillä, jotka harrastavat liikuntaa mielellään, on myös pitkää elinikää suosivat geeniperimä.

Elinikä ei vaikuta pidentyvän ainakaan, jos liikuntaa tarkastellaan aikuisiästä alkaen. Sen sijaan tällä hetkellä ei tiedetä, voiko esimerkiksi jo lapsuudessa aloitettu aktiivinen liikunta pidentää elinikää.

Eläinkokeilla on saatu viitteitä siitä, että liikunnan aloittamisikä vaikuttaa siihen, pidentääkö se elinikää vai ei. Esimerkiksi rotilla tämä maaginen rajapyykki vaikuttaisi olevan noin vuoden iässä – ennen tätä rajapyykkiä aloitettu liikunta pidensi elinikää, mutta sen jälkeen aloitettu ei. Vertailun vuoksi, laboratoriorotta elää keskimäärin 3-4 vuotta. Nämä tutkimukset on kuitenkin tehty vuosikymmeniä sitten, eikä niiden perusteella ollut sen hetkisillä menetelmillä mahdollisuutta selvittää, mistä ero johtui.

Omaa maksimielinikää tavoitellessa on parasta turvautua terveisiin elämäntapoihin, joihin kuuluu terveellinen ruokavalio, riittävä liikunta ja hyvät sosiaaliset suhteet. Näitä kaikkia voi harjoittaa jo lapsesta asti. Tarvittaessa oikeanlainen ja oikeaan aikaan otettu lääkitys voi tuoda lisää terveitä elinvuosia.

Lähteet:

Balasubramanian P, Howell PR, Anderson RM: Aging and Caloric Restriction Research: A Biological Perspective With Translational Potential. EBioMedicine 2017, 21:37-44.
Anderson RM, Weindruch R: The caloric restriction paradigm: implications for healthy human aging. Am J Hum Biol 2012, 24(2):101-106.
Finegold JA, Shun-Shin MJ, Cole GD, et al. Distribution of lifespan gain from primary prevention intervention. Open Heart. 2016;3(1):e000343-000343.
Hansen MR, Hrobjartsson A, Pottegard A, et al. Postponement of death by statin use: A systematic review and meta-analysis of randomized clinical trials. J Gen Intern Med. 2019;34(8):1607-1614.
Edington DW, Cosmas AC, McCafferty WB. Exercise and longevity: Evidence for a threshold age. Jornal of Gerontology. 1972;27:341.
Karvinen S, Waller K, Silvennoinen M, et al. Physical activity in adulthood: Genes and mortality. Sci Rep. 2015;5:18259.

Mutaatioille alttiit mitokondriot vanhenemisen taustalla

Solun voimalaitosten, eli mitokondrioiden toiminnan heikkeneminen on yksi tunnetuimmista vanhenemiseen liittyvistä ilmiöistä. Koska mitokondriot peritään äidiltä, vaikuttaa äidin elinikä isän elinikää enemmän lapsen pitkäikäisyyteen. Viime vuosina mitokondriot ovat kuitenkin yllättäneet tutkijoita ominaisuuksillaan ja niiden kokonaisvaltainen merkitys vanhenemiseen ja elinikään on vasta selviämässä.

*Mitokondriot ovat solujen voimalaitoksia. DNA:n on vaarallista hengailla niiden läheisyydessä. Kuva: Pixabay*

Mitokondriot kuvataan usein solujen voimalaitoksia, sillä ne tuottavat suurimman osan solun käyttämästä energiasta. Ne eroavat muista solun sisäisistä asukkaista erityisesti siinä, että niillä on omaa DNA:ta. Tämän erikoislaatuisen ”lisäperimän” eli mtDNA:n roolia vanhenemisessa on perusteltu monin tavoin. Ensimmäiset havainnot liittyivät juuri mitokondrioiden periytymistapaan – äidin eliniän huomattiin vaikuttavan lapsen elinikään isää enemmän. Seuraavaksi havaittiin, että mitokondriaalisen DNA:n tietyt ryhmät ovat yleisiä pitkäikäisillä ihmisillä. Miksi mitokondrioilla sitten on oma perimä ja miten se mahdollisesti vaikuttaa elinikään?

Mitokondrioiden DNA on altis mutaatioille

Mitä vanhemmaksi elämme, sitä enemmän soluissamme, mukaan lukien mitokondrioissa, tapahtuu sattumanvaraisia mutaatioita. Korkealla iällä mutaatioita on kertynyt niin paljon, että osa niistä voi aiheuttaa elimistön toiminnalle ongelmia.

Mitokondrioiden syntytarina selittää sen, miksi niiden DNA:n on havaittu olevan alttiimpaa mutaatioille kuin tuman DNA:n. Koska mitokondrioiden ajatellaan kehittyneen bakteereita, niiden DNA:n korjauskoneisto on huomattavasti alkeellisempi kuin solun tumassa oleva koneisto. Voit verrata tätä tietokoneen ohjelmistoihin – Photoshop nyt vain taipuu aavistuksen parempaan kuvankäsittelyyn kuin Paint. Heikon korjauskoneiston lisäksi mitokondrioiden DNA on varsin suojaton verrattuna tuman sisään huolellisesti pakattuihin kromosomeihin. Lisäksi se altistuu jatkuvasti oksidatiiviselle stressille, jota syntyy mitokondrioissa tapahtuvan energiantuotannon yhteydessä. DNA:n on siten vaarallista hengailla mitokondrioissa. Mitokondrioihin kertyvät mutaatiot voivat edesauttaa esimerkiksi syövän kehittymistä.

Luultavimmin juuri näiden ongelmien vuoksi mitokondriaalinen DNA on aikojen saatossa siirtynyt pikkuhiljaa tuman suojiin. Tumassa osana muuta DNA:ta mitokondriaalinen DNA on sekä paremmassa suojassa, että tuman tehokkaamman DNA:n korjauskoneiston alla. On viitteitä siitä, että DNA:ta siirtyy yhä soluelimistä tumaan, joten on mahdollista, että jonain päivänä mitokondrioiden DNA:kin on saatu säilöttyä kokonaisuudessaan parempaan turvaan.

Mitokondriot yllättävät yhä tutkijoita ominaisuuksillaan

Mitokondrioihin kiistatta kertyy mutaatioita vanhenemisen myötä. Vielä ole kuitenkaan pystytty osoittamaan, että nämä mutaatiot vaikuttaisivat suoraan elinikään. Tästä huolimatta mitokondrioiden toiminta on olennaista terveydelle. On myös havaittu, että verestä mitatun mitokondriaalisen DNA:n määrän väheneminen kertoo kehon hauraudesta ja kohonneesta kuolemanriskistä.

Vaikka ajatus mitokondrioihin liittyvästä vanhenemisen mekanismista on ollut vallalla jo vuosikymmeniä, ei tutkimus näiden voimalaitosten osalta ole suinkaan olet tullut valmiiksi. Viime vuonna tutkimusmaailmaa kohahdutti uutinen, jossa verenkierrosta oli löydetty solujen ulkopuolisia, mutta toimivia mitokondrioita. Näiden soluista karanneiden mitokondrioiden arvellaan toimivan esimerkiksi viestin viejinä kudosten välillä. Niiden merkitystä kehon toiminnalle tutkitaan parhaillaan.

Mitokondrioiden toiminnan heikkeneminen luustolihaksissa voi johtua sekä ikääntymisprosessista että liikunnan vähenemisestä. Monesti vanhenemisen ja liikkumattomuuden vaikutusta onkin hankala erottaa toisistaan. Liikunnan tiedetään kuitenkin parantavan mitokondrioiden toimintaa, vaikkei se kokonaan poistakaan vanhenemisen tuomia vaikutuksia. Liikunta paitsi tehostaa mitokondrioiden toimintaa myös tekee näistä voimalaitoksista turvallisempia, suojaten mitokondrioiden DNA:ta vaurioilta.

Lähteet:

Parise G, Brose AN, Tarnopolsky MA. Resistance exercise training decreases oxidative damage to DNA and increases cytochrome oxidase activity in older adults. Exp Gerontol. 2005 March 01;40(3):173-80.
Al Amir Dache Z, Otandault A, Tanos R, Pastor B, Meddeb R, Sanchez C, et al. Blood contains circulating cell-free respiratory competent mitochondria. FASEB J. 2020 March 01;34(3):3616-30.
Smith AL, Whitehall JC, Bradshaw C, Gay D, Robertson F, Blain AP, et al. Age-associated mitochondrial DNA mutations cause metabolic remodelling that contributes to accelerated intestinal tumorigenesis. Nat Cancer. 2020 October 01;1(10):976-89.
Henze K, Martin W. How do mitochondrial genes get into the nucleus? Trends Genet. 2001 July 01;17(7):383-7.
Wolf AM. MtDNA mutations and aging-not a closed case after all? Signal Transduct Target Ther. 2021 February 10;6(1):56.
Harper C, Gopalan V, Goh J. Exercise rescues mitochondrial coupling in aged skeletal muscle: a comparison of different modalities in preventing sarcopenia. J Transl Med. 2021 February 16;19(1):71-021.
Ashar FN, Moes A, Moore AZ, Grove ML, Chaves PHM, Coresh J, et al. Association of mitochondrial DNA levels with frailty and all-cause mortality. J Mol Med (Berl). 2015 February 01;93(2):177-86.
Samuels DC. Mitochondrial DNA repeats constrain the life span of mammals. Trends Genet. 2004 May 01;20(5):226-9.
Vermulst M, Bielas JH, Kujoth GC, Ladiges WC, Rabinovitch PS, Prolla TA, et al. Mitochondrial point mutations do not limit the natural lifespan of mice. Nat Genet. 2007 April 01;39(4):540-3.
Santoro A, Salvioli S, Raule N, Capri M, Sevini F, Valensin S, et al. Mitochondrial DNA involvement in human longevity. Biochim Biophys Acta. 2006 October 01;1757(9-10):1388-99.

Voiko vanhan kehon nuorentaa?

Vanhenemisesta puhuttaessa keskitytään yleensä ennaltaehkäisyyn tai hidastamiseen. Onko mitään enää tehtävissä sen jälkeen, kun keho on jo vanha ja toiminnaltaan sen mukainen? Ehkä vanheneminen ei olekaan yksisuuntainen tie, vaan on mahdollista kulkea toista kaistaa vastakkaiseen suuntaan.

*Kun ikä alkaa painaa, olisiko mahdollista hypätä toiseen suuntaan kulkevaan bussiin? Kuva: Pixabay.*

”Ja vanhakin nyt nuortuu kuin lapsi leikkimään, ja koukkuselkä suortuu, niin kaikk’ on mielissään” kertoo kansanlaulun sanoitus. Monelle vanhuuden vaivat ovat osa arkipäivää ja niistä eroon pääsy todella toivottavaa. Mitäpä jos pystyisimme tosiaan palauttamaan vanhan kehon nuoreksi? Kehon tai kudosten nuorentamista voidaan lähestyä monella eli tavalla, joista osa on jo osoittautunut lupaaviksi. Viimeaikaiset tutkimukset ovat nimittäin antaneet toiveita siitä, että ikääntyneiden kudosten toimintaa voitaisiin palauttaa. Tässä tekstissä nuoruutta etsitään proteiinien ristisidosten purkamisen, entsyymiterapian ja epigeneettisen uudelleenohjelmoinnin kautta.

Proteiinien ristisidosten purkaminen tekee jäykästä taas joustavan

Ikääntyessä proteiinien välisten ristisidosten määrä kasvaa. Nämä sidokset on nimetty osuvasti AGE-termillä (Advanced Glycation End products), josta käy ilmi, että ristisidokset vaativat sokeriosan (glycation) muodostuakseen. Ristisidosten kertyminen on myös diabetekseen liittyvien oireiden, ateroskleroosin ja Alzheimerin taudin taustalla. Terveellä ihmisillä ristisidoksia kertyy hitaasti iän myötä. Ristisidoksia voi näin ollen muodostua vain hyvin pitkäikäisiin rakenneproteiineihin, kuten kollageeniin.

Ristisidosten kertyminen tekee joustavasta rakenteesta, esimerkiksi vesisuonen seinämästä, jäykän. Diabeetikoilla ristisidoksia muodostuu kiihtyneellä tahdilla, koska solut altistuvat suuremmille sokerimäärille. Vanhenemiselle ja diabetekselle yhteinen piirre on ristisidosten aiheuttama sydämen ja verisuonten jäykistyminen. Jo nyt markkinoilla on useita ristisidoksia purkavia lääkevalmisteita, mutta niiden tarkka toimintamekanismi ja hyödyt eri ihmisryhmille ovat vielä selvityksen alla.

Entsyymiterapia tehostaa solujen jätehuoltoa

Lysosomit ovat solujen sisällä olevia pieniä rakkuloita, jotka sisältävät hajottavia entsyymejä. Ne ovat elintärkeä osa solujen jätehuoltojärjestelmää ja niiden toimimattomuus on useiden eri sairauksien taustalla. Iän myötä lysosomien määrä joko vähenee ja/tai niiden toiminta heikkenee, jonka seurauksena soluun kertyy toimimattomia soluelimiä ja niiden osia. Lysosomaalisiin sairauksiin käytettävä entsyymiterapia voisikin olla yksi mahdollisuus muuttaa lysosomien toiminta nuoren kaltaiseksi, mikä voisi osaltaan vähentää vanhenemisen merkkejä.

Entsyymitarapiassa kehoon viedään suonensisäisesti tiettyä entsyymiä, joka siirtyy solun sisälle lysosomeihin tehostaen niiden toimintaa. Entsyymiterapia ei siis korjaa esimerkiksi virheellistä geeniä, vaan tuo soluun lisää haluttua entsyymiä. Entsyymiterapialla voi kuitenkin olla sivuvaikutuksia ja se onnistuu usein epätäydellisesti siten, että entsyymi siirtyy tehokkaasti vain tiettyihin kudoksiin. Erityisen haastavaa on ollut saada entsyymiterapia toimimaan aivoissa, joissa lysosomien toiminnan heikkeneminen näkyy esimerkiksi Alzheimerin tautina. Entsyymiterapian hintalappukin on vielä varsin korkea tehtäväksi säännöllisesti loppuelämän ajan.

Epigeneettinen uudelleenohjelmointi palauttaa solun toimintoja

Vanheneminen muuttaa DNA:n pinnalla olevia epigeneettisiä merkkiaineita, joista tutkituimpia ovat metyyliryhmät. Näihin merkkeihin perustuvat myös tunnetuimmat biologisen iän mittarit eli epigeneettiset kellot. Nämä epigeneettiset merkit paitsi kertovat biologisesta ikääntymisprosessista, myös vaikuttavat geenien toimintaan. Viime vuonna julkaistiin ensimmäiset todisteet siitä, että epigeneettisten merkkien muuttaminen voi palauttaa solun tai kudoksen toiminnan.

Hiirillä tehdyssä kokeessa silmän hermosolujen epigeneettisiä merkkejä muuttamalla onnistuttiin palauttamaan iän tai sairauden heikentämä näkökyky. Samalla tutkimus antoi uskoa siitä, että solujen DNA voidaan palauttaa epigeneettisiltä merkeiltään nuoren kaltaiseksi, jolloin myös kudoksen toiminta palautuu.

Vanheneminen saattaa tulevaisuudessa olla kaksisuuntainen tie

Tutkimukset viittaavat siihen, että vanheneminen ei ehkä olekaan vain yksisuuntainen tie, vaan on mahdollista kulkea myös vastakkaiseen suuntaan – ainakin hetken matkaa. Edellä kuvattujen keinojen lisäksi blogissa aiemmin käsitellyistä aiheista esimerkiksi geeninsiirto, solujen ympäristön nuorentaminen ja senesenssien solujen poisto voivat olla tulevaisuuden ”nuorennushoitoja”.

Haasteita suunnan muutokselle kuitenkin asettavat muun muassa ikääntymisprosessin monimutkaisuus ja yksilölliset erot. Jotta normaalia kudosten vanhenemista voidaan korjata, tulisi hoidon todennäköisesti kohdistua moniin ikääntymisen mekanismeihin ja kudoksiin samanaikaisesti. Lisäksi jos hoidoilla saavutettuja muutoksia halutaan ylläpitää, tulisi hoidon jatkua loppuelämän ajan. Vielä ei myöskään ole näyttöä siitä, että tietyn toiminnon nuorentaminen lopulta pidentäisi elinikää tai toisi lisää terveitä elinvuosia perusterveille ihmiselle. Nuorennushoitojen kehittymistä odotellessa terveellinen ruokavalio ja riittävä liikunta tarjoavat turvallisen keinon terveiden elinvuosien lisäämiseen.

Lähteet:

Engelen, L., Stehouwer, C. D., & Schalkwijk, C. G. (2013). Current therapeutic interventions in the glycation pathway: Evidence from clinical studies. Diabetes, Obesity & Metabolism, 15(8), 677-689.
Lu, Y., Brommer, B., Tian, X., Krishnan, A., Meer, M., Wang, C., et al. (2020). Reprogramming to recover youthful epigenetic information and restore vision. Nature, 588(7836), 124-129.
Parenti, G., Pignata, C., Vajro, P., & Salerno, M. (2013). New strategies for the treatment of lysosomal storage diseases (review). International Journal of Molecular Medicine, 31(1), 11-20.
Solomon, M., & Muro, S. (2017). Lysosomal enzyme replacement therapies: Historical development, clinical outcomes, and future perspectives. Advanced Drug Delivery Reviews, 118, 109-134.
Vasan, S., Foiles, P., & Founds, H. (2003). Therapeutic potential of breakers of advanced glycation end product-protein crosslinks. Archives of Biochemistry and Biophysics, 419(1), 89-96.

Miksi kehon rasittaminen parantaa terveyttä? Elinikä ja hormeesi

Teksti on kirjoitettu yhdessä Sanna Lensun (FT, toksikologia) kanssa.

Liikunnan tiedetään edistävän terveyttä monen tavoin. Tiedetään myös, että liikunta rasittaa kehoa lisäten solutason stressiä. Hormeesi on termi ilmiölle, joka kuvaa elimistön vasteita erilaisille annoksille ulkoisia tekijöitä, kuten liikuntaa. Vaikka tiedämme, että liikunta aiheuttaa stressiä, elimistön kohtuullinen altistuminen sille voikin saada kehon varautumaan paremmin tuleviin koitoksiin. Mutta kuinka ihmeessä liikunta voi olla sekä stressitekijä että terveyden edistäjä? Syvennytäänpä siis termiin hormeesi.

*Kehon rasittaminen saa sen varautumaan paremmin tuleviin koitoksiin. Kuva: Unsplash.*

Hormeesi juontaa juurensa kreikan kielen sanasta hórmesis eli “nopea liike” tai ”innokkuus”. Se kuvaa yleisesti erilaisille tekijöille altistumisen biologisia vaikutuksia kehossa. Tällaisia tekijöitä voivat olla esimerkiksi vitamiinit, hivenaineet, säteily, lääkeaine tai liikunta. Jotkin näistä ovat elimistölle ja terveydelle kriittisen tärkeitä – osaa taas emme vain voi välttää. Hormeesiteorian nojalla elimistön rasittaminen esimerkiksi pienellä annoksella haitallista ainetta voi saada kehon varautumaan paremmin vaurioihin tai muihin ympäristöstä tuleviin kuormituksiin.

Sopiva kuormitus saa solut voimaan paremmin

Hormeesi on alun perin toksikologian alan termi, jolla kuvataan esimerkiksi säteilyn, ympäristökemikaalin tai lääkeaineen annosvastetta. Hormeesiin perustuvan teorian mukaan tällaisen tekijän vaikutus elimistössä ei ole suorassa suhteessa sen annokseen. Toisin sanoen, pieni annos ei saakaan aikaan pientä vaikutusta ja suuri suurta, vaan pienellä annoksella vaikutus onkin erisuuntainen kuin isolla annoksella. Voi olla jopa niin, että sekä liian pieni että liian suuri annos ovat haitaksi, mutta kohtuullinen annos on terveydelle hyödyksi.

Hormeesiteorian on osoitettu toimivan hyvin esimerkiksi lääkeaineilla – pieni annos lääkettä auttaa pitämään sairauden kurissa, mutta yliannos aiheuttaa yleensä vakavia sivuvaikutuksia. Hyvä esimerkki liian pienen ja suuren annoksen haitoista on myös mediassa pinnalla ollut D-vitamiini, joka on kehon immuunipuolustukselle ja luustolle välttämätön, mutta voi aiheuttaa yliannostuksena maksavaurion.

Hormeesi-ilmiö tunnetaan myös haitallisina pidetyille, elimistöä kuormittaville, stressaaville aineille. Tästä esimerkkinä säteily, joka pieninä annoksina aktivoi solujen puolustautumistapoja taistella erilaisia ympäristöstä tulevia altistuksia vastaan. Kun säteilyn annos kasvaa, elimistön stressikuorma kuitenkin ylittyy ja seurauksena on usein syövän kehittyminen.

Liikunta kuormittaa soluja monella tavalla

Vaikka hormeesi on terminä ollut olemassa jo 1940-luvulla, on se siirtynyt liikuntatieteilijöiden sanavarastoon vasta 2000-luvun alussa. Jo pitkään on kuitenkin tunnustettu, että liikuntaa pakottaa solut tuottamaan energiaa tehokkaammin, mikä puolestaan lisää muun muassa oksidatiivista stressiä. Kasvanut oksidatiivinen stressi voi puolestaan vaurioittaa solun osia ja DNA:ta haitaten solun toimintaa. Miksi tämä olisi keholle eduksi?

Liikunta saa kehossa aikaan oksidatiivisen stressin ohella monenlaisia muita stressitekijöitä. Se tuottaa esimerkiksi lämpöstressiä sekä aineenvaihdunnallista ja mekaanista stressiä. Nämä yhdessä aktivoivat useita eri signaalireittejä lihasten aineenvaihdunnasta luuston kuormitukseen, aina suoliston ja aivojen toimintaan asti, mahdollistaen liikuntaan liittyvät vasteet elimistössä.

Salaisuus piileekin siinä, että rasitus aktivoi myös elimistön puolustusmekanismeja. Esimerkiksi oksidatiivista stressiä vastaan taisteleva antioksidanttikoneisto käynnistyy ja varautuu siihen, että lähdet pian uudelle juoksulenkille. Samalla elimistö tulee varautuneeksi myös muihin, samantyyppisiä vaurioita aiheuttavien stressitekijöiden kuormitukseen. Lopputuloksena elimistö on paremmin suojautunut esimerkiksi syövän kehittymiseltä. Liikunnan useita eri syöpiä estävä vaikutus voikin tulla osin hormeesin kautta.

Hormeesiteoria selittää myös sen, miksi antioksidanttien nauttiminen ei aina ole eduksi – ne voivat häiritä liikuntavasteen syntymistä ehkäisemällä happiradikaalien muodostumista. Kehon omien, luontaisten puolustusmekanismien aktivoituminen voikin olla olennaista sekä liikuntavasteen että liikunnan terveyshyötyjen kannalta.

Riittävä liikunta edistää terveyttä hormeesin avulla

Kuten D-vitamiini, liikunta edistää terveyttä oikeanlaisina annoksina nautittuna. Liian vähäisellä liikunnalla ei saavuteta liikunnan kaikkia terveyshyötyjä ja toisaalta liian raskas liikunta voi tuottaa terveydelle haitallisia vaikutuksia, kuten rasitusvammoja ja rytmihäiriöitä. Hormeesi on yhdistetty myös elinikään. Elimistön sopiva kuormitus vaikuttaisi tuovan lisää elinvuosia todennäköisesti juuri parantuneen kuormitukseen varautumisen vuoksi. Kuten edellä mainittu, liikunta voi myös ennaltaehkäistä tiettyjen syöpien ja monien muiden sairauksien ilmenemistä tuoden näin lisää terveitä elinvuosia.

Se, mikä annos liikuntaa on kullekin sopiva, riippuu todennäköisesti ihmisen omasta sen hetkisestä kuntotasosta ja perimästä. Mikäli on korona-aikana viettänyt päivät pääosin istuen, kannattaa kehoa lähteä totuttamaan liikuntaan vähitellen. Sitä mukaa kun keho sopeutuu liikuntaan, rasitusta voi ja kannattaakin lisätä, ja kehittää näin kuntoa. Sen lisäksi, että fyysinen ja psyykkinen hyvinvointi paranevat, kasvaa myös elimistön vastustuskyky muita stressitekijöitä kohtaan.

Lähteet:

Andersen, K., Farahmand, B., Ahlbom, A., Held, C., Ljunghall, S., Michaelsson, K., et al. (2013). Risk of arrhythmias in 52 755 long-distance cross-country skiers: A cohort study. European Heart Journal, 34(47), 3624-3631.
Lee, I. M., Hsieh, C. C., & Paffenbarger, R. S. (1995). Exercise intensity and longevity in men. the harvard alumni health study. Jama, 273(15), 1179-1184.
Mattson, M. P. (2008). Hormesis defined. Ageing Research Reviews, 7(1), 1-7.
Peake, J. M., Markworth, J. F., Nosaka, K., Raastad, T., Wadley, G. D., & Coffey, V. G. (2015). Modulating exercise-induced hormesis: Does less equal more? Journal of Applied Physiology (Bethesda, Md.: 1985), 119(3), 172-189.
Radak, Z., Chung, H. Y., Koltai, E., Taylor, A. W., & Goto, S. (2008). Exercise, oxidative stress and hormesis. Ageing Research Reviews, 7(1), 34-42.
Ristow, M., Zarse, K., Oberbach, A., Kloting, N., Birringer, M., Kiehntopf, M., et al. (2009). Antioxidants prevent health-promoting effects of physical exercise in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 106(21), 8665-8670.
Calabrese, E. J., Dhawan, G., Kapoor, R., Iavicoli, I., & Calabrese, V. (2015). What is hormesis and its relevance to healthy aging and longevity? Biogerontology, 16(6), 693-707.
Ji, L. L., Dickman, J. R., Kang, C., & Koenig, R. (2010). Exercise-induced hormesis may help healthy aging. Dose-Response : A Publication of International Hormesis Society, 8(1), 73-79.

Biologinen ikä – millä mittarilla lähimmäs totuutta?

Ihmisen biologista ikää voidaan mitata monenlaisilla mittareilla. Mitä useampaa mittaustapaa hyödynnetään, sitä lähemmäs totuutta todennäköisesti päästään. Viimeaikaiset tutkimukset ovat onnistuneet yhdistämään myös psyykkisen terveyden biologisiin vanhenemisprosesseihin.

Biologista ikää voidaan mitata monin keinoin. Mutta mikä on ylitse muiden? Kuva: Unsplash.

Biologisen iän mittarit pyrkivät mittaamaan kehon todellista ikää, joka voi poiketa suurestikin omasta kalenteri-iästä. Tunnetuimmat biologisen iän mittarit perustuvat DNA:n tiettyjen kohtien merkkiaineiden, eli metylaation mittaamiseen. Muitakin vaihtoehtoja biologisen iän mittaamiseen on, ja uusia menetelmiä hiotaan jatkuvasti. Yksittäiset tutkimukset keskittyvät yleensä kuitenkin mittaamaan biologista ikää vain yhdellä tavalla, mikä voi antaa virheellisen kuvan kehon todellisesta iästä.

Eri mittari, eri arvio iästä

Nykyiset biologisen iän mittaustavat voidaan jakaa viiteen eri kategoriaan: telomeerien pituuden, epigeneettisten muutosten, geenien tai proteiinien ilmenemisen ja aineenvaihdunnan tuotteiden mittaamiseen. Alla käyn lyhyesti läpi jokaisen menetelmän mittausperiaatteen.

Telomeerien pituuden mittaaminen tehdään tyypillisimmin veren valkosoluista. Tällöin mitataan DNA-juosteiden päässä olevien toistojaksojen pituutta. Mitä lyhempi telomeeri, sitä useammin solu on jakautunut, ja sitä vanhempi se on.

Epigeneettisten muutosten mittaamiseen on kehitetty useita eri algoritmeja, joita kutsutaan epigeneettisiksi kelloiksi. Menetelmässä mitataan tiettyihin DNA:n kohtiin kiinnittyneitä metyyliryhmiä. On havaittu, että DNA:n tiettyjen kohtien metylointi liittyy ikääntymiseen. Metyyliryhmän kiinnittyminen tiettyyn geeniin tyypillisesti hiljentää sen toiminnan.

Geenien ilmenemisen kokonaisuuden tutkiminen (traskriptomiikka) kertoo mitkä geenit näytteenottohetkellä ovat olleet aktiivisia. Tämä perustuu siihen, että tarkastellaan lähetti-RNA-molekyylejä, jotka välittävät geenien tiedon tuman DNA:sta toiminnalliseksi tuotteeksi. Lähetti-RNA:n lopputuote on tyypillisesti proteiini.

Proteiinien kokonaisuuden (proteomiikka) mittaaminen on idealtaan sama kuin geenien ilmenemisen, mutta nyt ollaankin kiinnostuneita lopputuotteesta, eli proteiinista. Nämä kaksi mittaustapaa voivat kuitenkin antaa hyvin eri tuloksen, sillä pelkkä lähetti-RNA:n määrä ei kerro vastaavan proteiinin määrää, sillä yksittäisestä lähetti-RNA:sta voidaan tuottaa koko joukko samaa proteiinia. Tällaisessa tilanteessa lähetti-RNA:n määrä on pieni, mutta vastaavan proteiinin suuri.

Aineenvaihduntatuotteiden kokonaisuutta (metabolomiikka) mitataan sitäkin tyypillisimmin verestä. Aineenvaihdunnan tuote eli metaboliitti on mikä tahansa yhdiste, joka osallistuu aineenvaihduntaan tai on sen tuote. Yksi metaboliittien mittaamisen hyödyistä on siinä, että metaboliitit ovat itsessään fysiologisesti merkittäviä viestin välittäjiä, toisin kuin edellä mainitut epäsuorasti elimistön tilasta kertovat mittarit, kuten lähetti-RNA:n määrä. Metaboliittien pitoisuudet kuitenkin vaihtelevat esimerkiksi iän ja elintapojen mukaan, mikä on huomioitava tulosten tulkinnassa.

Vaikka kaikki menetelmät tähtäävät biologisen iän selvittämiseen, tutkimuksissa nämä eri menetelmät eivät ole antaneet kovinkaan yhteneväisiä tuloksia. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että jos verestäsi mitattaisiin oma biologinen ikäsi viidellä eri tavalla, saisit viisi eri vastausta. Jokainen mittari siis mittaa hieman eri asiaa elimistön vanhenemisesta. Tämän vuoksi viimeaikaisissa tutkimuksissa on pyritty yhdistämään useampaa eri mittaria toisiinsa, jotta ihmisen kehon tilasta saataisiin kokonaisvaltaisempi kuva.

Biologiset kellot mittaavat ikääntymisen eri puolia

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, ettei telomeerien pituudella ja epigeneettisillä muutoksilla ole vahvaa yhteyttä. Ne siis kuvaavat ikääntymistä eri tavoin. Sen sijaan epigeneettisten kellojen ja geenien ilmenemisen on havaittu olevan yhteydessä toisiinsa, mikä on loogista, sillä metylaatio vaikuttaa geenien toimintaan. Osa ikääntymisen mittareista voi siis antaa samansuuntaisen tuloksen, vaikka keskittyvätkin eri solutason ilmiöihin.

Vastikään julkaistussa tutkimuksessa hyödynnettiin kaikkia viittä biologisen iän määritysmenetelmää. Tulokseksi saatiin, että biologista ikää eniten lisäsivät miessukupuoli, tupakointi, korkea kehonpainoindeksi (BMI) ja metabolinen syndrooma ja masennus. Kaikki edellä mainitut ovat tunnetusti elinikää lyhentäviä tekijöitä. Tässä yhteydessä COVID-19-rokotusten yhteydessä Twitterissä leviävä lause ”COVID-19-rokotus ei muuta DNA:tasi – tupakointi muuttaa” on enemmän kuin ajankohtainen. Kiinnostavaa kyllä, myös masennus pystyttiin yhdistämään useisiin solutason ikääntymisprosesseihin.

Ei ole siis suinkaa yhdentekevää, millä mittarilla biologista ikää mitataan. Lisäksi on huomioitava, että suurin osa tutkimuksista tehdään verestä (seerumi, veren valkosolut), jolloin ei myöskään päästä kiinni siihen, millä nopeudella eri kudokset (esimerkiksi aivot, lihakset, maksa) vanhenevat.

Vaikuttaa kuitenkin siltä, että useaa eri mittaustapaa yhdistämällä saadaan kokonaisvaltaisempi kuva kehon vanhenemisprosesseista, jolloin myös biologisessa iässä päästään lähemmäs totuutta.

Lähteet:

Belsky, D. W., Moffitt, T. E., Cohen, A. A., Corcoran, D. L., Levine, M. E., Prinz, J. A., et al. (2018). Eleven telomere, epigenetic clock, and biomarker-composite quantifications of biological aging: Do they measure the same thing? American Journal of Epidemiology, 187(6), 1220-1230.
Han, L. K. M., Aghajani, M., Clark, S. L., Chan, R. F., Hattab, M. W., Shabalin, A. A., et al. (2018). Epigenetic aging in major depressive disorder. The American Journal of Psychiatry, 175(8), 774-782.
Jansen, R., Han, L. K., Verhoeven, J. E., Aberg, K. A., van den Oord, E C, Milaneschi, Y., et al. (2021). An integrative study of five biological clocks in somatic and mental health. eLife, 10, 10.7554/eLife.59479.
Jylhava, J., Pedersen, N. L., & Hagg, S. (2017). Biological age predictors. EBioMedicine, 21, 29-36.
Li, X., Ploner, A., Wang, Y., Magnusson, P. K., Reynolds, C., Finkel, D., et al. (2020). Longitudinal trajectories, correlations and mortality associations of nine biological ages across 20-years follow-up. eLife, 9, 10.7554/eLife.51507.
Marioni, R. E., Harris, S. E., Shah, S., McRae, A. F., von Zglinicki, T., Martin-Ruiz, C., et al. (2018). The epigenetic clock and telomere length are independently associated with chronological age and mortality. International Journal of Epidemiology, 45(2), 424-432.
Walker, E. R., McGee, R. E., & Druss, B. G. (2015). Mortality in mental disorders and global disease burden implications: A systematic review and meta-analysis. JAMA Psychiatry, 72(4), 334-341.
Metabolomiikka – lääketieteellisen tutkimuksen uusi työkalu (duodecimlehti.fi)