Die neun Kennzeichen des Alterns
Richard
Das chronologische Alter wird für alle Menschen durch das Geburtsdatum und die bereits verstrichene Lebenszeit nach Tagen bzw. Jahren bestimmt. Beim Vergleich von verschiedenen Menschen mit gleichem Alter stellte man jedoch fest, dass Menschen unterschiedlich “alt aussehen“. Auch der Rückgang der körperlichen Leistungsfähigkeit, die mit zunehmendem Alter einhergeht, ist verschieden stark ausgeprägt. Man nimmt deshalb auch an, dass Menschen unterschiedlich schnell altern, was wiederum auch erklärt, warum einzelne Menschen sehr alt werden können.
In der Wissenschaft wird unter Alterung der zunehmende Verlust von Funktionen des Körpers verstanden. Das Nachlassen dieser biologischen Funktionen führt zu einer abnehmenden körperlichen und geistigen Leistungsfähigkeit sowie zu einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Krankheiten.
Bei einem Blick ins Tierreich erkennt man schnell, dass bestimmte Tiere nur eine kurze Lebensdauer haben, während andere Arten sehr alt werden können. Dies gilt selbst dann noch, wenn Tiere in einem Lebensraum leben, in dem sie vor Fressfeinden geschützt sind. Bei Säugetieren besteht ein deutlicher Zusammenhang zwischen Körpergröße und Lebenserwartung. Die Spanne reicht dabei von einer Maus, die nur eine Lebenserwartung von zwei bis drei Jahren hat, bis hin zu einem Grönlandwal, der älter als 200 Jahre werden kann.
In den letzten Jahren wurden sogar Tiere entdeckt, deren Organismus keine biologische Alterung (Seneszenz) erkennen lässt. Ein bekanntes Beispiel dafür ist z. B. der Hummer, der bis zum Lebensende wächst und fortpflanzungsfähig bleibt. Das Sterberisiko eines Hummers bleibt also über die Zeit konstant und steigt nicht progressiv durch den Prozess des Alterns an. Im Bereich der Säugetiere sind dabei insbesondere Nacktmulle für die Forschung sehr interessant, da diese Tiere trotz ihrer geringen Größe nur eine vernachlässigbare Alterung aufweisen. Dies wirft natürlich die Frage auf, welche Faktoren die unterschiedliche Geschwindigkeit der Alterung bei den einzelnen Tieren und letztlich beim Menschen bestimmen.
In den letzten Jahren wurden von der Forschung zahlreiche neue Erkenntnisse über die biologischen Prozesse der Alterung auf Zellebene gewonnen und die neun Kennzeichen der Alterung abgeleitet, die von Lopez-Otin et al. als die Hallmarks of Aging (2013), definiert wurden:
Genomische Instabilität (Genomic instability)
Fast alle Körperzellen enthalten den genetischen Bauplan für alle zellulären Prozesse, die DNA mit über 3 Milliarden DNA-Bausteinen (auch Nukleoide genannt). Dieser Bauplan wird jedoch im Zeitverlauf, trotz laufender Reparaturen, durch äußere und körperinnere Vorgänge zunehmend beschädigt (z.B. durch Sonnenstrahlen).
Telomerverschleiss
Eine besondere Form der Genominstabilität ist die Verkürzung der Enden der Chromosomen des menschlichen Genoms, der Telomere. Bei jeder Zellteilung geht ein Stück der Telomere verloren, sodass sich die Chromosomenenden immer mehr verkürzen, je älter wir werden. Sobald eine Mindestlänge erreicht ist, wird die Zelle inaktiv und teilt sich nicht mehr. Solche Zellen können dann absterben und sogar Entzündungen verursachen, die den Alterungsprozess beschleunigen und Krankheiten auslösen.
Epigenetische Veränderungen
Mit kleinen chemischen Veränderungen lassen sich einzelne Gene an- oder abschalten. Die Summe dieser chemischen Veränderungen wird als Epigenom bezeichnet. Im Zeitverlauf geht die Fähigkeit zur Veränderung verloren und es kommt zu einem fehlerhaften Auslesen des DNA-Bauplans. Unser Epigenom wird von unserer Ernährung und unserem Lebensstil beeinflusst, wobei sich beispielsweise chronischer Stress oder Medikamenteneinnahme negativ auswirken.
Verlust der Proteostase
Die DNA unserer Zellen enthält Anweisungen für alle zellulären Funktionen, die dann innerhalb der Zelle von Proteinen und Enzymen gesteuert werden. Der Begriff Proteostase beschreibt dabei die Aufrechterhaltung der Form (Faltung) und der Menge aller Proteine. Und trotz mehrerer Mechanismen zur Qualitätskontrolle, kommt es mit zunehmendem Alter zu Fehlern bei der Proteostase, was Erkrankungen auslösen kann, wie zum Beispiel Alzheimer.
Gestörte Aufnahme von Nährstoffen
Die zellulären Mechanismen, die Nährstoffe erkennen können, werden während des Alterungsprozesses unempfindlicher, weshalb die Zellen nicht mehr richtig auf Signale reagieren, die normalerweise die Energieproduktion, Zellwachstum und andere wichtige Zellfunktionen regulieren. Wenn Zellen also ständig überschüssigen Nährstoffen ausgesetzt sind, wie es bei Diabetes und Fettleibigkeit der Fall ist, werden die zellulären Mechanismen, die Nährstoffe erkennen, weniger empfindlich. Dieser Prozess, der die Zellfunktion schädigt, tritt auch während des Alterungsprozesses auf. Mehrere Studien sind sogar zu dem Schluss gekommen, dass eine Beschränkung des Nahrungsangebots bei Mäusen (und fast allen untersuchten Tieren) ihre Lebensdauer verlängert.
Mitochondriale Fehlfunktion
Mitochondrien sind kleine Zellbestandteile, die auch als die “Kraftwerke der Zelle” bezeichnet werden, da sie unerlässlich für die Energiegewinnung innerhalb der Zellen sind. Eine mitochondriale Fehlfunktion beeinträchtigt wichtige zelluläre Signalwege und Prozesse, was zu altersbedingten Krankheiten, wie beispielsweise Myopathien (Muskelschwund), beiträgt.
Zelluläre Seneszenz
Zellen teilen sich, um einen Organismus wachsen zu lassen oder um alte Zellen in einem bestimmten Gewebe oder Organ zu ersetzen. Überalterte Zellen gehen in einem permanenten, nicht mehr teilenden Zustand über. Diese Zellen sterben zwar nicht ab, aber sie beeinflussen andere Zellen negativ, zum Beispiel durch entzündungsfördernde Proteine.
Stammzellenerschöpfung
Mit zunehmendem Alter verlieren die Stammzellen ihre Fähigkeit zur Zellteilung, was auch als Stammzellenerschöpfung bezeichnet wird. Ältere Stammzellen können sich möglicherweise nicht mehr teilen oder anpassen, sobald der Körper oder ein bestimmtes Gewebe neue Zellen benötigt. Auch kann es zur unkontrollierten Zellteilung kommen, was Krebserkrankungen auslöst. Ein harmloses Beispiel für Stammzellenerschöpfung ist z. B. das Auftreten von grauen Haaren.
Veränderte Interzellulare Kommunikation
Mit zunehmendem Alter verändern sich nicht nur die von den Zellen gesendeten Signale, sondern auch die Fähigkeit der Empfängerzellen, auf diese Signale zu reagieren. Diese Beeinträchtigung der Kommunikation führt unter anderem zu gesundheitlichen Problemen, wie chronischen Gewebeentzündungen.
Das Verständnis der Alterungsprozesse auf Zellebene bildet also die Grundlage für vielfältige neue Ansätze in der Forschung, um die Alterung zukünftig wie eine Krankheit zu behandeln und letztlich so die Lebenserwartung zu erhöhen.
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