バイオ老年学

バイオ老年学は老年学のサブフィールドであり、生物学的老化のプロセス、その進化的起源、そしてそのプロセスに介入する可能性のある手段に関係しています。 ^{[1] 「バイオ老年学」という用語は}S.ラタンによって造られ、2000年にバイオ老年学誌が創刊されてからよく使われるようになりました。バイオ老年学は、生物学的老化の原因、影響、メカニズムに関する学際的な研究を扱っています。バイオ老年学者のレナード・ヘイフリックは、人間の自然な平均寿命は約92歳であり、人間が老化を治療する新しい方法を発明しなければ、この寿命のままでいるだろうと述べています。^[2] ジェームズ・ヴォーペルは、工業国では2000年以降に生まれた子供の平均寿命が100歳に達すると予測している。 ^[3]調査を受けた多くの老年生物学者は、2100年以降に生まれた人の平均寿命は300年以上になると予測している。 ^[4]他の科学者は、より物議を醸す形で、現在生きている人々の寿命が無限である可能性を示唆している。例えば、オーブリー・デ・グレイは、老化を人工的に無視できるほどに抑える戦略など、老化への介入策を開発するための研究に十分な資金が投入されれば、「今後25年から30年以内に、その技術のその後の進歩率に関する合理的な仮定の下で、人々がどんな年齢でも老化で死ぬのを防ぐことができる技術を開発できる可能性は50/50である」という「暫定的な時間枠」を提示している。^[5]このアプローチの考え方は、現在利用可能な技術を使用して、現在生きている人間の寿命を、将来の技術進歩によって老化関連の残りの問題を解決できるほど十分に長く延ばすというものである。この概念は寿命脱出速度と呼ばれています。

生物医学老年学は、実験老年学や寿命延長学としても知られ、人間と動物の両方において老化を遅らせ、予防し、さらには逆転させることを目指す生物老年学のサブ分野です。

バイオ老年学者は、老化に伴う疾患を軽減する手段として、または寿命を延ばす方法として、老化プロセスの研究にどの程度重点を置いているかが異なります。比較的新しい学際的な分野である老年科学は、老化に伴う疾患を予防し、個人が深刻な病気にかからずに生きる「健康寿命」を延ばすことに焦点を当てています。^{[6] [7] [8]}バイオ老年学者のアプローチは、老化自体が疾患 であり、直接治療する必要があり、個人の死亡確率が年齢とは無関係になるようにすることを最終目標としています（外部要因が一定であれば）。^{[9] [10] [11]これは、}最大寿命は変更できない、または変更すべきではないという意見とは対照的です。

バイオ老年学は老年医学と混同すべきではありません。老年医学は、老化そのものの治療ではなく、高齢者の既存の病気の治療を研究する医学分野です。

老化については数多くの理論があり、完全に受け入れられている理論は一つもありません。極端な場合、老化理論は、老化が生物学的スケジュールに従って起こるとするプログラム理論と、生物が受ける累積的なダメージによって老化が起こるとするエラー理論に分類できます。^[12]

老化の確率論は、老化は時間の経過による身体の小さな変化と、身体がシステムを回復できずに損傷を修復できないことによって引き起こされると示唆する理論です。細胞と組織は、時間の経過とともに蓄積された損傷によって損傷し、臓器の機能が低下します。蓄積された損傷の概念は、1882年に生物学者オーガスト・ワイスマン博士によって「摩耗と損傷」理論として初めて導入されました。^{[13] [14]}

老化の摩耗理論は19世紀に導入され始めました。^[14]これらの理論は、個人が年をとるにつれて、細胞や臓器などの身体部位が継続的な使用により摩耗することを示唆しています。身体の摩耗は、最終的には修復能力を超える損傷の蓄積につながる内部または外部の原因に起因する可能性があります。これらの内部および外部の損傷により、細胞は再生能力を失い、最終的には機械的および化学的消耗につながります。損傷には、空気、食品、または煙中の化学物質が含まれます。その他の損傷には、ウイルス、外傷、フリーラジカル、架橋、高体温などがあります。^[15]

老化の蓄積理論によれば、老化は環境から体内に取り込まれた要素、あるいは細胞の代謝によって生じた要素の蓄積によって生じる身体の衰えであると示唆されている。^[15]

突然変異蓄積理論は、生物学的老化とそれに伴う適応度の低下に対する進化論的説明として、ピーター・メダワーによって1952年に初めて提唱されました^{[13] 。 [16]}この理論は、有害な突然変異が人生の後半になって生殖が止まり、将来の生存の可能性がますます低くなったときにのみ発現する場合、これらの突然変異は知らないうちに将来の世代に受け継がれる可能性が高いと説明しています。^{[17]このような状況では}自然選択の力は弱くなり、これらの突然変異を一貫して排除するには不十分です。メダワーは、時間の経過とともにこれらの突然変異が遺伝的浮動によって蓄積し、現在老化と呼ばれているものの進化につながると仮定しました。

フリーラジカルは、細胞や環境のプロセスによって生成される反応性分子であり、細胞膜やDNAなどの細胞の要素に損傷を与え、不可逆的な損傷を引き起こす可能性があります。老化のフリーラジカル理論では、この損傷が累積的に細胞の生物学的機能を低下させ、老化のプロセスに影響を与えると提唱しています。^[18]フリーラジカルが毒性物質であるという考えは、1945 年にRebeca Gerschmanらによって最初に提唱されましたが、 ^[19] 1956 年にDenham Harman が老化のフリーラジカル理論を提唱し、フリーラジカル反応が生物システムの劣化に寄与することを実証したときに有名になりました。^[20]酸素フリーラジカルによる酸化ストレスなど、多くの種類の酸化損傷が加齢とともに蓄積します。^{[21]これは、老化のフリーラジカル理論では、老化は}活性酸素種(ROS)によって生成される損傷の結果であると主張しているためです。^[22] ROSは、脂肪、タンパク質、DNAなどの細胞成分の複合体を損傷する可能性のある、小さくて反応性の高い酸素含有分子です。これらは、体の代謝反応中に少量自然に生成されます。これらの状態は、人間が年をとるにつれてより一般的になり、認知症、癌、心臓病などの老化に関連する病気が含まれます。細胞内のフリーラジカルの量は、抗酸化物質の助けを借りて減らすことができます。しかし、一部のフリーラジカルは生物によってシグナル分子として使用されるため、フリーラジカルの全体的な減少が活発すぎると、生物に良いことよりも悪いことを引き起こすという問題があります。少し前^{[いつ? ]}には、抗酸化物質を使用して老化を遅らせるという考えが非常に人気がありましたが、現在では、抗酸化物質の高用量は有害であると見なされています。現在^{[いつ? ]}一部の科学者は、細胞の特定の場所でのみフリーラジカルを局所的に抑制する方法を発明しようとしています。^{[23] [24]}このような方法の効率はまだ不明であり、研究が進行中です。

DNA損傷は老化に関連する疾患の主な原因の一つである。ゲノムの安定性は、DNA損傷に対抗する細胞の修復機構、損傷耐性、チェックポイント経路によって決まる。1958年に物理学者ジョアッキーノ・フェイラが提唱した仮説の一つは、DNAへの損傷の蓄積が老化を引き起こすというものである。 ^{[25]この仮説は物理学者}レオ・シラードによってすぐに発展した。^[26]この理論は、新たな研究によって新しいタイプのDNA損傷や変異が発見されるにつれて年月とともに変化し、いくつかの老化理論では、変異の有無にかかわらずDNA損傷が老化を引き起こすと主張している。^{[27] [28]}

DNA損傷は、どちらもDNAのエラーの一種ですが、突然変異とは明確に異なります。DNA損傷はDNAの異常な化学構造であり、突然変異は標準的な塩基対の配列の変化です。DNA損傷が老化の主因であるという理論は、DNA修復遺伝子の遺伝的欠陥がしばしば加速老化を引き起こすというヒトとマウスの証拠に部分的に基づいています。^{[29] [30] [27]}また、DNA損傷は脳、筋肉、肝臓、腎臓などの哺乳類の組織で加齢とともに蓄積するという実質的な証拠もあります（老化のDNA損傷理論およびDNA損傷（自然発生）を参照）。この理論（DNA損傷が老化の主因であるという理論）の1つの予測は、最大寿命が異なる種の間では、DNA損傷を修復する能力が寿命と相関するはずであるということです。この考えの最初の実験的テストは、7つの異なる哺乳類種の細胞のDNA修復能力を測定したハートとセトロー^[31]によるものでした。彼らは、ヌクレオチド除去修復能力が種の寿命とともに系統的に増加することを発見した。この相関関係は顕著であり、その後数年間にわたって、ヌクレオチド除去修復と哺乳類種の寿命の関係について、さまざまな研究室で11の追加実験が行われるきっかけとなった（BernsteinとBernsteinによるレビュー^[32]）。一般に、これらの研究結果は、ヌクレオチド除去修復能力と寿命の間に良好な相関関係があることを示している。DNA損傷が老化の主因であるという理論をさらに裏付けるのは、ポリADPリボースポリメラーゼ（PARP）の研究である。PARPは、DNA鎖切断によって活性化され、DNA塩基除去修復に役割を果たす酵素である。Burkleらは、PARP、特にPARP-1が哺乳類の寿命維持に関与しているという証拠をレビューした。^[33] 13種の哺乳類の寿命は、単核細胞で測定されたポリ（ADPリボシル）化能力と相関していた。さらに、100 歳を超えるヒトの末梢血リンパ球からのリンパ芽球様細胞株は、若年者の対照細胞株よりも有意に高いポリ (ADP-リボシル) 化能力を示しました。

架橋理論は、老化組織に蓄積する終末糖化産物（グルコースとタンパク質の結合によって形成される安定した結合）やその他の異常な架橋が老化の原因であると提唱している。タンパク質の架橋は、その生物学的機能を無効にします。結合組織の硬化、腎臓病、心臓肥大は、タンパク質の架橋に関連しています。DNAの架橋は複製エラーを誘発し、これが変形した細胞につながり、癌のリスクを高めます。^[13]

老化の遺伝学理論では、老化は各個人の遺伝子内にプログラムされていると提唱されています。この理論によると、遺伝子が細胞の寿命を決定します。プログラムされた細胞死、つまりアポトーシスは、細胞核の遺伝情報を介して「生物時計」によって決定されます。アポトーシスの原因となる遺伝子は細胞死の説明になりますが、生物全体の死にはあまり当てはまりません。細胞のアポトーシスの増加は老化と相関している可能性がありますが、「死の原因」ではありません。環境要因と遺伝子変異は遺伝子発現に影響を与え、老化を加速させる可能性があります。

最近では、エピジェネティクスが一因として研究されています。細胞の生物学的年齢を比較的客観的に測定するエピジェネティック時計は、さまざまな抗老化アプローチをテストするための便利なツールです。^[34]最も有名なエピジェネティック時計はホルバートの時計ですが、現在ではより正確な類似物が登場しています。

老化の一般的な不均衡理論によれば、内分泌系、神経系、免疫系などの身体系は徐々に衰え、最終的には機能しなくなるとされています。機能不全の速度はシステムによって異なります。^[15]

免疫学的老化理論によれば、生物が加齢するにつれて免疫システムが弱まるとされています。これにより、生物は感染症と戦うことができなくなり、古い細胞や腫瘍細胞を破壊する能力が低下します。これが老化につながり、最終的には死につながります。この老化理論は、 1969年にロイ・ウォルフォードによって開発されました。ウォルフォードによると、不適切な免疫学的手順が老化プロセスの原因です。^[18]ウォルフォードは、最適な健康管理により120歳まで生きられると述べていましたが、79歳で 筋萎縮性側索硬化症で亡くなりました。

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