Células-tronco endógenas na homeostase e no envelhecimento, parte 2

 3.2 Ocitocina

A ocitocina é um hormônio circulante e neuropeptídeo cujo nível plasmático diminui com o envelhecimento. A regeneração muscular em animais jovens diminuiu quando a ocitocina foi inibida, e a administração sistêmica de ocitocina aumentou a ativação e proliferação de células-tronco musculares envelhecidas, ativando a via de sinalização MAPK/ERK, que aumentou a regeneração muscular [14]. Como um medicamento aprovado pela FDA, a ocitocina é considerada uma forma terapêutica e segura potencial para tratar o envelhecimento muscular. Além disso, a oxitocina é liberada ao abraçar ou se relacionar, o que também pode trazer benefícios antienvelhecimento.

O glicosídeo de cistanche também pode aumentar a atividade de SOD nos tecidos do coração e do fígado e reduzir significativamente o conteúdo de lipofuscina e MDA em cada tecido, eliminando efetivamente vários radicais reativos de oxigênio (OH-, H₂O₂, etc.) e protegendo contra danos ao DNA causados por radicais OH. Os glicosídeos feniletanóides cistanche têm uma forte capacidade de eliminação de radicais livres, uma capacidade redutora maior do que a vitamina C, melhoram a atividade de SOD na suspensão de esperma, reduzem o conteúdo de MDA e têm um certo efeito protetor na função da membrana espermática. Os polissacarídeos Cistanche podem aumentar a atividade de SOD e GSH-Px em eritrócitos e tecidos pulmonares de camundongos experimentalmente senescentes causados ​​por D-galactose, bem como reduzir o conteúdo de MDA e colágeno no pulmão e no plasma e aumentar o conteúdo de elastina, têm um bom efeito de eliminação no DPPH, prolongar o tempo de hipóxia em camundongos senescentes, melhorar a atividade de SOD no soro e retardar a degeneração fisiológica do pulmão em camundongos experimentalmente senescentes Com degeneração morfológica celular, experimentos mostraram que Cistanche tem boa capacidade antioxidante e tem potencial para ser um medicamento para prevenir e tratar doenças de envelhecimento da pele. Ao mesmo tempo, o echinacoside em Cistanche tem uma capacidade significativa de eliminar os radicais livres DPPH e pode eliminar espécies reativas de oxigênio, prevenir a degradação do colágeno induzida por radicais livres e também tem um bom efeito de reparo nos danos causados ​​pelos radicais livres da timina.

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3.3 Bursicón

Bursicon é um hormônio de insetos e hormônio neuroendócrino. Os neurotransmissores liberados pelas células nervosas estimulam as células neuroendócrinas a liberar bursicon na corrente sanguínea. Células enteroendócrinas no gastrointestinal secretam bursicon, que se liga ao seu receptor DLGR2 e inibe a expressão do fator de crescimento epidérmico (EGF). A interação de bursicon e DLGR2 no intestino de Drosophila mantém a quiescência das células-tronco intestinais [52]. Bursicon é considerado um controlador local para a manutenção da homeostase das células-tronco intestinais.

3.4 HGFA

O HGF, uma glicoproteína de ligação à heparina derivada do mesênquima, liga-se ao receptor c-Met e essa interação regula a proliferação celular, a sobrevivência celular, a motilidade celular e a regeneração tecidual por meio de uma via de tirosina quinase [53, 54]. Muitos estudos anteriores mostraram que o HGF ativou a entrada de células satélites quiescentes no ciclo celular. Em 2014, o Dr. Thomas Rando e seu grupo relataram que as células satélites e a matriz extracelular dos músculos danificados secretam HGF, que promove a entrada de células satélites quiescentes do estado G0 para o estágio GAlert através do mTORC1 downstream via de sinalização. As células GAlert são preparadas para proliferação e ativação. A secreção induzida por lesão de um baixo nível de HGF estimula as células satélites quiescentes a entrar no estágio GAlert, enquanto os sinais prolongados de HGF induzidos por lesão promovem rapidamente a proliferação e a ativação para reparo [55]. Em 2017, o grupo Rondo mostrou que a injeção sistêmica de HGFA induz processamento proteolítico para ativação de HGF e estimula o estado GAlert em células-tronco do músculo esquelético. A administração de HGFA alcançou suficientemente a ativação das células-tronco e o reparo tecidual; assim, HGFA é proposto como um potencial candidato para aplicações terapêuticas em medicina regenerativa [15].

3,5 CCL11

Em 2011, Tony Wyss-Coray e seu grupo relataram que o nível de CCL11 no plasma sanguíneo aumentou em camundongos e humanos idosos. O CCL11 inibe a neurogênese e prejudica o aprendizado e a memória, por isso foi proposto como um fator pró-envelhecimento circulante usando experimentos de parabiose heterocrônica [7]. O mesmo grupo lutou para determinar os fatores sistêmicos associados ao envelhecimento e à degeneração tecidual usando uma abordagem proteômica. Sessenta e seis citocinas, quimiocinas e proteínas de sinalização secretadas foram medidas no plasma de camundongos com envelhecimento normal usando ensaios de imunoabsorção enzimática em sanduíche multiplex padronizados (ELISAs; Luminex). Entre essas 66 proteínas, CCL2, CCL11, CCL12, CCL19, haptoglobina e b2-microglobulina (B2M) aumentaram em camundongos idosos e camundongos jovens com parabiose heterocrônica. CCL11 é uma quimiocina envolvida em respostas alérgicas que não foram relatadas como um fator de envelhecimento. No entanto, um alto nível de CCL11 é detectado em usuários de cannabis e pessoas que sofrem de esquizofrenia desencadeada por cannabis [56]. Embora o CCL11 pareça ser uma molécula sistêmica associada ao envelhecimento, exatamente como ele promove o processo de envelhecimento precisa de mais estudos.

3.6 B2M

O grupo de Wyss-Coray e Saul A Villeda também relatou o B2M como um fator pró-envelhecimento sistêmico que prejudica a função cognitiva e a neurogênese em camundongos [57]. B2M é um componente das principais moléculas do complexo de histocompatibilidade classe I (MHC I), que são elevadas no sangue e no hipocampo de humanos e camundongos idosos. A injeção exógena de B2M sistemicamente ou localmente no hipocampo prejudica a função cognitiva dependente do hipocampo e a neurogênese em camundongos jovens, e a ausência de B2M endógeno em camundongos B2m-/- elimina a disfunção cognitiva relacionada à idade e aumenta a neurogênese em camundongos idosos [57]. Além disso, um nível sistêmico aumentado de B2M solúvel foi detectado no líquido cefalorraquidiano de pacientes com demência por HIV [58, 59] ou doença de Alzheimer [60]. A forte associação entre o nível sistêmico de B2M e o declínio da função cognitiva sugere que o B2M é um forte fator sistêmico pró-envelhecimento potencial. Embora o grupo de Wyss-Coray e Villeda ainda não tenha isolado nenhum fator antienvelhecimento do plasma jovem, eles descobriram que o sangue jovem reverteu as deficiências relacionadas à idade na função cognitiva e na plasticidade sináptica de camundongos velhos [61]. Além disso, eles conduziram um ensaio clínico em humanos que usou uma série de transfusões de plasma de doadores jovens (\30) para pacientes mais velhos com Alzheimer [62]. Há uma promessa terapêutica para fatores rejuvenescedores que poderiam fazer o relógio voltar para pessoas idosas, mas esses fatores são apenas um ponto de partida para entender o envelhecimento.

4 Nicho de células-tronco como regulador positivo ou negativo

Dentro da medula óssea, HSCs, BMSCs e EPCs existem em um microambiente rigidamente controlado, um nicho, que contribui para o controle da quiescência, proliferação, autorrenovação e diferenciação. Esse nicho de células-tronco é composto por uma população especializada de células que inclui fatores solúveis como citocinas, quimiocinas e fatores de crescimento e produz sinais químicos, físicos e mecânicos para tensão de oxigênio, matrizes extracelulares, forças de cisalhamento, temperatura, pH circundante e íons monoatômicos, todos os quais regulam o comportamento das células-tronco. Esta seção considera quantas mudanças relacionadas à idade nesses componentes celulares ou microambientais do nicho afetam a função das células-tronco ou do próprio nicho de células-tronco.

4.1 Nicho HSC na medula óssea jovem e velha

O nicho de células-tronco para HSCs, que contém muitos componentes celulares e suas secreções, regula a homeostase e o tráfego de HSC usando mecanismos distintos. BMSCs, células endoteliais de arteríolas/capilares/sinusóides, osteoblastos, sistema nervoso simpático, células T e macrófagos são todos reconhecidos como reguladores positivos, enquanto adipócitos e osteoclastos são geralmente conhecidos como reguladores negativos (Fig. 4). Nestinmida PDGFa? CD51? as células perivasculares residem perto das HSCs e do nervo adrenérgico e mantêm a quiescência das HSCs pela secreção de citocina quimiocina (motivo C–X–C) ligante 12 (CXCL12) e fator de células-tronco (SCF) [63]. CXCL12-células reticulares (CAR) abundantes, que são Nestin? Mx-1? Lepr?Prx-1? Células semelhantes a MSC próximas ao endósteo regulam a autorrenovação, proliferação e mobilização de HSC [64]. Células endoteliais na arteríola e sinusóide suportam HSCs secretando FGF, EGF, DLL1, IGFBP2, ANGPT1, DHH, pleiotrofina e Jagged-2 [12, 65, 66].

O nicho de células-tronco endosteal contém um local de privilégio imunológico hipóxico especializado para proteger HSCs de insulto inflamatório. Aproximadamente 80 por cento de Lin-Sca1?-KIT? CD41-CD150?CD48- HSCs são encontrados perto do nicho endosteal na superfície óssea, e apenas 20% das HSCs residem perto da veia central do centro ósseo [12]. No nicho endosteal, células osteoblásticas especializadas (células SNO) fornecem sinais quiescentes para a manutenção das HSC. Células SNO e HSCs formam uma junção célula-célula com N-caderina e induzem a ativação de PTEN mediada por b-catenina que bloqueia a entrada do ciclo celular induzida por PI3K/Akt/mTOR. Tanto as células SNO quanto as HSCs formam uma junção adesiva entre VCAM e VLA4 e entre fibronectina e VLA5. As células SNO inibem a ativação, diferenciação e apoptose de HSC fornecendo BMP, Jagged e Ang-1 [67]. As células Treg, que se acumulam na superfície endosteal, fornecem privilégios de supressão imunológica às HSCs, secretando a citocina anti-inflamatória IL-10. HSCs parecem residir dentro de 20 lm de CD4.CD25?FoxP3? Treg [68]. Os sistemas nervosos simpáticos na medula óssea também protegem as HSCs ao secretar o ativador TGF-b das células de Schwann não mielinizantes, que interagem com o receptor TGF-b na superfície das HSC para ativar a fosforilação da sinalização SMAD2/3 e causar a manutenção e quiescência de HSCs [69]. Nervo adrenérgico e Nestin? BMSCs expressam altamente genes de manutenção de HSC, incluindo CXCL12, ANGPT1, Kit ligand e VCAM-1, enquanto a ativação do receptor adrenérgico regula negativamente a expressão desse gene [70].

Recentemente, pesquisadores descobriram que os macrófagos desempenham um papel importante na manutenção de LT-HSCs, cuja depleção pelo fator estimulante de colônias de granulócitos (GCSF) ativa um nervo simpático para secretar norepinefrina, o que causa a saída de HSC para o sangue [71]. CD82/KAI1, que é altamente expresso na superfície de LT-HSCs, promove a quiescência de LT-HSC ao interagir com DARC (CD234) nos macrófagos seguindo a via de sinalização TGF-b1/Smad3 [72]. A baixa expressão de CD82 está associada à progressão tumoral. DARC endotelial é conhecido por induzir a senescência de CD82. células tumorais [72]. a-SMA?COX-2? monócitos e macrófagos mantêm células progenitoras hematopoiéticas (HSPCs) através da produção de prostaglandina E2, que inibe a produção de ROS em HSPCs limitando a expressão de células estromais da quimiocina CXCL12 [73]. CD169? os macrófagos na medula óssea são distintos dos subtipos de macrófagos M1/M2 e expressam CD206, VCAM- 1 e CCL22 [74]. CD169 (Sialo-adhesion) é uma molécula de adesão celular presente na superfície dos macrófagos. CD169? os macrófagos constituem aproximadamente 2,6 por cento de todas as células da medula óssea, suportam o nicho de HSC e promovem a retenção de HSC com Nestin. BMSCs e neurônios b-adrenérgicos na medula óssea [75].

Quais reguladores negativos afetam o nicho HSC? Após a irradiação e no envelhecimento avançado, as BMSCs tendem a se diferenciar em adipócitos e preencher o espaço da medula, o que é entendido como inibindo a função das HSCs. A inibição da adipogênese aumenta a recuperação da medula óssea [76]. Além disso, em 2017, Ambrosi et al. [77] usaram um ensaio de repopulação competitiva após irradiação letal e relataram que o acúmulo de adipócitos na medula óssea durante a obesidade e o envelhecimento prejudica a hematopoiese baseada em células-tronco e a regeneração óssea. Como parte desse mecanismo, eles propuseram que a linhagem adipocítica residente no osso produzia uma quantidade excessiva de dipeptidil peptidase-4 (DPP-4), um alvo para terapias de diabetes que poderia deteriorar o nicho de HSC. Outro tipo de célula dispensável para um nicho HSC saudável é o osteoclasto degradador de osso. Em um modelo de camundongo com deficiência de osteoprotegerina, os osteoclastos degradam o nicho endosteal e induzem a mobilização de HSC [78, 79]. Em corpos envelhecidos, a exaustão das células de suporte de nicho e a regulação positiva da adiposidade na medula óssea podem ocorrer ao mesmo tempo, o que deteriora a homeostase normal das HSC.

4.2 nicho BMSC/EPC

Durante décadas, a pesquisa de BMSC enfatizou o papel fundamental das BMSCs na cicatrização de feridas e na regeneração de tecidos. No entanto, a compreensão atual das células e sinais que constituem o nicho BMSC é muito limitada. BMSCs são geralmente misturas de células progenitoras na medula óssea. CD31? EPCs são conhecidas por serem vizinhas de BMSCs e aumentar a capacidade de autorrenovação de BMSCs in vivo e in vitro [80]. Especificamente, a fibronectina em EPCs, um componente da matriz extracelular para o nicho HSC, é conhecida por ativar a integrina em BMSCs e promover a autorrenovação [81, 82]. EPCs são um componente biológico importante do nicho BMSC e afetam os processos biológicos de BMSCs. IGF-1/IGF-2 liga-se a IGF-1R/IGF-2R em BMSCs e aumenta a proliferação e auto-renovação [83]. CXCL12 aumenta a capacidade de formação de colônias BMSC, que é promovida pela ativação do neurônio b3-adrenérgico e seguida pela promoção da potência formadora de colônias EPC [84].

5 Mudanças epigenéticas nas células-tronco durante o envelhecimento

Durante a última década, evidências acumuladas apoiaram mudanças na informação epigenética durante o envelhecimento em células-tronco e células somáticas. A epigenética refere-se a todas as mudanças hereditárias na expressão gênica que são independentes do sequenciamento do DNA. Modificações epigenéticas no genoma e nas proteínas associadas ao DNA são necessárias para a manutenção de estados biológicos, como identidade celular, com implicações particularmente extensas para células-tronco. Diferentes tipos de alterações epigenéticas são codificadas no epigenoma, incluindo histonas centrais reduzidas, modificações pós-traducionais de histonas, variantes estruturais e funcionais de histonas, metilação do DNA, remodelamento da cromatina e expressão alterada de RNA não codificante durante o envelhecimento e a senescência. Essas mudanças epigenéticas causam expressão gênica aberrante, encurtamento dos telômeros e instabilidade genômica [85]. Modificações de histonas, como metilação, fosforilação, ubiquitinação e acetilação, podem atuar separadamente ou sinergicamente para regular a expressão gênica por meio de alterações na estrutura da cromatina. A metilação da histona é um evento epigenético complexo que leva a diferentes resultados transcricionais, dependendo do resíduo de lisina (K), como K4, K9, K20, K27, K36 e K79. Por exemplo, a histona H3 metilada em K4 ou K36 é geralmente associada a genes ativos, enquanto a metilação em K9 e K27 está principalmente ligada à repressão gênica.

A metilação do DNA é uma modificação epigenética relativamente estável restrita a resíduos de citosina nos dinucleotídeos CpG por enzimas DNA metil transferase (DNMTs). A remodelação da cromatina é um evento mediado por proteínas que leva a rearranjos da cromatina e ajuda a acessar o DNA nucleossomal usando proteínas SWItch/sacarose não fermentadas (SWI/SNF), grupo polycomb (PcG) e grupo Trithorax (TrxG). RNAs não codificantes, incluindo microRNAs (miRNAs, * 20 nucleotídeos) e RNAs longos não codificantes (lncRNAs, * 200 nucleotídeos), que não são traduzidos em proteínas, participam da regulação pós-transcricional da expressão gênica.

5.1 Pesquisa epigenética em diversas espécies e modelo de progeria

Os invertebrados são modelos populares para estudos de envelhecimento porque têm uma expectativa de vida curta e fornecem fácil manipulação genética e ambiental. Além disso, modelos de vertebrados, como camundongos, ratos e peixe-zebra, são geralmente usados. Em leveduras, a remoção do remodelador de cromatina SWI/SNF (ISW2) demonstrou uma extensão do tempo de vida replicativo e imitou restrições calóricas por meio de mudanças no posicionamento do nucleossomo crítico para regular a expressão gênica [86]. Nos últimos 10 anos, reguladores de metilação de histonas, como H3K4me3, H3K27me3 e H3K36me3, foram considerados envolvidos na regulação da vida útil de C. elegans [87-89]. Além disso, níveis aumentados de metabólitos importantes, como acetil CoA, e aumento da acetilação global de histonas, incluindo lisina 12 acetilada na histona H4 (H4K12ac), foram confirmados durante o processo de envelhecimento. A mutação H4K12ac estendeu a vida útil da Drosophila [90]. Principalmente no metabolismo e no envelhecimento, a família de proteínas sirtuínas de mamíferos (SIRT1-SIRT7) regula a função mitocondrial e aumenta a sobrevivência das células-tronco. As sirtuínas desacetilam histonas e vários reguladores transcricionais no núcleo em compartimentos celulares [91]. Em camundongos, estudos sobre as causas do envelhecimento foram conduzidos examinando o envelhecimento prematuro (progeria), como na síndrome de Werner e na síndrome de Hutchinson-Gilford progeria (HGPS), distúrbios genéticos que levam a uma expectativa de vida mais curta e ocorrem por mutação recessiva do Gene Lamin A, que leva à modificação da cromatina, defeitos metabólicos, exaustão de células-tronco, desregulação do ciclo celular e inflamação [92, 93].

5.2 Alterações epigenéticas em células-tronco envelhecidas

Modificações no DNA/histonas e mecanismos não codificantes mediados por RNA são eventos epigenéticos que desempenham papéis importantes na regulação das funções das células-tronco/progenitoras, alterando a estrutura da cromatina. Mudanças epigenéticas em células-tronco adultas são críticas durante o envelhecimento porque alteram a função, a composição clonal e o destino da linhagem de células-tronco que foram reguladas por modificadores epigenéticos intrínsecos e extrínsecos. A marca ativadora H3K4me3 e a marca repressiva H3K27me3 são domínios bivalentes que afetam a expressão gênica do desenvolvimento. Esses domínios bivalentes também permitem ativação e repressão oportunas na ausência de sinais de diferenciação [94]. A marca H3K27me3 é essencial para manter a forma reprimida desses genes, enquanto a marca H3K4me3/1 pode levar à ativação por indução de diferenciação por meio de sinais externos.

5.3 Mudanças epigenéticas de HSCs no envelhecimento e hierarquia de células-tronco

A interdependência entre a modificação das histonas e a metilação do DNA pode estar relacionada ao envelhecimento das HSC. Nas células-tronco, a marca repressiva H3K27me3 em HSCs jovens e envelhecidas, juntamente com duas marcas de cromatina relacionadas à transcrição ativa, H3K4me3 e H3K36me3, foi epigeneticamente perfilada por ChIP-seq. A presença de H3K4me3 durante o envelhecimento das HSCs pode aumentar a autorrenovação em HSCs antigas [95]. Em contraste, em células-tronco do músculo esquelético adulto ou células satélites, a presença de marcas H3K4me3 mostrou pouca ou nenhuma diferença em camundongos jovens e velhos [96]. Este resultado conflitante pode sugerir que as marcas repressivas H3K4me3 são a causa de outros mecanismos, não a supressão da transcrição, entre diferentes células-tronco. Além disso, as HSCs estão ligadas à perda da marca de ativação H4K16ac durante o envelhecimento [27]. Além disso, foi relatado que Kdm3a e Kdm5b regulam o envelhecimento das células-tronco porque seus níveis diminuem durante o processo de envelhecimento [97, 98]. O knockdown da lisina demetilase Kdm5b (Jarid1b) aumentou a expansão in vitro de HSCs e seu potencial de diferenciação linfomielóide in vivo [99]. Além disso, a metilação da histona de H3K27me3 é um regulador chave da hematopoiese. Estudos recentes relataram que as HSCs jovens mostraram um baixo nível de metilação na região genômica associada à produção de células sanguíneas, enquanto as HSCs envelhecidas mostraram hipermetilação do DNA nas regiões genômicas associadas às linhagens linfóides/eritróides [100].

Reguladores epigenéticos, como as enzimas de translocação dez-onze (Tet) que regulam a desmetilação e as DNMTs que causam a metilação dos motivos CpG, aparecem dentro do compartimento HSC durante o envelhecimento. Diferentes níveis de expressão foram revelados para Tet2 e DNMTs em HSCs jovens e velhas [95]. Um estudo recente em camundongos demonstrou que a perda de Tet2 causa transformação mieloide e malignidades [101]. DNMT1 desempenha um papel na manutenção da metilação, e a deficiência de DNMT1 em HSCs demonstrou desvio mielóide e um processo de autorrenovação defeituoso [102, 103]. Além disso, a função perdida de DNMT3A e DNMT3B causou uma falta de diferenciação de HSC [104].

LT-HSCs expressam um cluster de miRNA conservado evolutivamente que inclui miR-99b, let-7e e miR-125a. miR- 125a está envolvido no aumento do número de HSCs in vivo em oito vezes e enriquece HSCs com equilíbrio linfoide [105, 106]. O lncRNA Xist é essencial para a sobrevivência de HSC; HSCs deficientes em Xist causam hematopoiese anormal e perda dependente da idade [107].

5.4 Mudanças epigenéticas de BMSCs durante a expansão e diferenciação celular ex vivo

Os mecanismos epigenéticos das BMSCs são relativamente bem investigados por causa de suas aplicações terapêuticas na medicina regenerativa. Mudanças epigenéticas ajudam a regular a expressão de vários genes associados ao stemness de BMSCs e à diferenciação de diversos tipos de células contendo osteócitos, condrócitos ou adipócitos.

Li et ai. [108] compararam as modificações epigenéticas da acetilação da histona H3 em BMSCs de passagem precoce e tardia. A acetilação da histona H3 é um evento essencial na regulação do envelhecimento e diferenciação de BMSC. Por exemplo, o nível de acetilação H3 coincide com os níveis de expressão gênica, de modo que a acetilação H3 da histona K9 e K14 ocorre em vários genes, incluindo Oct4, Sox2, TERT, ALP e Runx2, na passagem tardia. Os inibidores da histona desacetilase promovem apoptose e senescência em BMSCs humanas [109]. Os níveis de metilação do DNA diminuem durante a senescência de BMSC, e a inibição de DNMT1 e DNMT3b promove a senescência celular em BMSCs de sangue de cordão umbilical através do aumento da expressão de p16INK4A e p21CIP1/WAF1 [110].

Recentemente, a pesquisa examinou os mecanismos epigenéticos que regulam a diferenciação BMSC. Na osteogênese de BMSCs, a hiperacetilação da cromatina, a metilação de histonas de H3K4me3 no promotor do gene HOXA10 e a desmetilação de H3K27me3 contribuem para a determinação osteogênica de BMSCs pela indução da ativação do fator de transcrição osteogênica Runx2 [111, 112]. A metilação de histonas de H3K4 e H3K36 no gene AP-2a aumenta o potencial osteogênico e odontogênico de BMSCs [113]. A acetilação de H3 e H4 no gene da osteocalcina ou a acetilação de H3K9 induz a diferenciação osteogênica de BMSCs [114, 115]. A metilação do DNA no promotor da osteopontina diminui durante a indução da diferenciação osteogênica em BMSCs [116]. Além disso, miR-27a, miR-489, miR-204 e miR- 138 diminuem a diferenciação osteogênica reduzindo a expressão de fosfatase alcalina, Runx2 ou osterix [117, 118], e miRNA-20A, miR-148b, miRNA-2861 e miR-335 induzem diferenciação osteogênica ativando BMP/Runx2 [108, 119, 120].

Durante a condrogênese BMSC, modificações de histonas e RNAs não codificantes podem estar envolvidos, em vez da metilação do DNA. Genes regulados transcricionalmente durante a condrogênese são marcados por H3K36me3 do corpo do gene, H3K4me3 e H3K9ac das 50 extremidades dos genes e promotores, e H3K4me1 e H3K27ac [121]. A expressão de miR-130b, miR152, miR28 e miR26b aumenta na condrogênese [122] e a expressão de miR-145 diminui, o que causa aumento da expressão de SOX9 [123]. Além disso, o miR-29 induz a condrogênese regulando a FOXO3A [124] e o miR-574-3p inibe a condrogênese [125].

Apenas alguns estudos foram conduzidos sobre adipogênese BMSC. A metilação da histona de H3K4me2 ocorre no promotor de genes adipogênicos, como adiponectina, glut4 e leptina [126]. Além disso, o intensificador de metiltransferase de zest 2 (EZH2) induz adipogênese por trimetilação de H3K27, mas a demetilase KDM6A causa osteogênese removendo a metilação de H3K27me3. O knockdown de EZH2 aumentou a osteogênese, enquanto o knockdown de KDM6A aumentou a adipogênese [127].

5.5 Alterações Epigenéticas de EPCs na Angiogênese e Envelhecimento

O interesse em EPCs aumentou devido ao seu potencial em terapias com células-tronco para lesões isquêmicas para facilitar a revascularização. Reguladores epigenéticos que aumentam a função de reparo vascular de células progenitoras endoteliais oferecem avanços potenciais para estratégias de aplicação clínica. O uso de drogas epigenéticas para reverter essas marcas epigenéticas e aumentar a revascularização está sendo estudado.

Na modificação de histonas de EPCs, a extensão total de genes bivalentes entre a marca ativadora H3K4me3 e a marca repressiva H3K27me3 não é clara. A metilação do H3K4 é essencial para a angiogênese porque a demetilase 1 específica da lisina (LSD1) suprime a metástase e a angiogênese induzindo a desmetilação do H3K4 [128]. EZH2 é um regulador negativo da diferenciação de células endoteliais que é superexpresso em células cancerígenas, reprime os genes de diferenciação e mantém o stemness através da deposição de marcas repressivas H3K27me3 [129]. H3K36me3 metiltransferase é necessária para o desenvolvimento vascular, diferenciação de células endoteliais e função [130]. Alterações epigenéticas em EPCs com H3K4m3 aumentado e H3K9me3 reduzido induzem a secreção de citocinas pró-inflamatórias, como MCP-1 e IL-6 e prejudicam o fenótipo angiopoiético, o que leva ao aumento do risco de doença cardiovascular [131] .

A contribuição da metilação/desmetilação do DNA para a regulação do gene endotelial permanece pouco compreendida. Estudos recentes relataram H3K27me3 repressor e marcas de metilação de DNA em promotores de eNOS no início da EPC, que podem ser revertidos em condições hipóxicas para aumentar a expressão de eNOS e, assim, aumentar o recrutamento e diferenciação endotelial [132]. A enzima histona desacetilase HDAC1 também é reconhecida por ter um papel essencial na inibição da proliferação e diferenciação endotelial [133].

A pesquisa sobre os RNAs não codificantes em EPCs progrediu de forma constante. miR-21, miR-27a, miR-27b, miR-126 e miR-130a são expressos em EPCs, mas diminuem em EPCs circulantes. Em pacientes diabéticos, as EPCs expressam baixos níveis de miR-126 e miR-130. A inibição de miR-126 diminui a proliferação e a migração, e a inibição de miR-130 reprime a diferenciação de EPC [134, 135]. miR-10A* e miR-21 progridem o envelhecimento da EPC, e o bloqueio desses miRNAs induz um processo antienvelhecimento, aumentando a capacidade angiogênica [136].

6 Inflamação e envelhecimento

A inflamação é um processo fisiopatológico fundamental que protege os corpos de infecções e repara lesões. À medida que as pessoas envelhecem, elas experimentam muitas infecções e doenças e acumulam uma carga antigênica, que pode induzir circunstâncias inflamatórias desequilibradas. Durante o envelhecimento, o aumento do tecido adiposo causado por uma dieta rica em glicose/gordura, diminuição dos hormônios sexuais, tabagismo e estresse se combinam para causar inflamação sistêmica crônica de baixo grau. O chamado inflamação [8, 9] dá origem a doenças relacionadas à idade, como doenças cardiovasculares, câncer, diabetes e osteoporose [137]. Muitos estudos sobre as relações entre envelhecimento, inflamação e doença foram realizados. Os níveis de citocinas e quimiocinas pró-inflamatórias aumentam em pessoas idosas. IL-6, TNF-a, IL-1be proteína C-reativa (PCR), que é liberada no fígado em resposta à IL-6, todas aumentam no soro de humanos mais velhos [137]. Marcadores pró-inflamatórios são considerados preditores de doenças relacionadas à idade, como doenças cardiovasculares, câncer, diabetes, osteoporose [137] e distúrbios neurodegenerativos, como a doença de Alzheimer [138]. Além disso, os pacientes infectados pelo HIV podem experimentar envelhecimento prematuro por meio de inflamação crônica e senescência imunológica, o que causa disfunção das células T e exaustão das células progenitoras [139]. A inflamação crônica causa estresse oxidativo, disfunção mitocondrial, doenças relacionadas à idade, diferenciação com viés mielóide, encurtamento dos telômeros, modificações epigenéticas, etc. [140]. Ainda é um mistério se a inflamação é causa ou consequência do envelhecimento.

6.1 Inflamação e envelhecimento das células-tronco

Células-tronco envelhecidas apresentam regulação negativa de unidades formadoras de colônias e liberação de fator de crescimento/citocina/quimiocina. A quiescência e a retenção de HSCs são suportadas pelo fator de crescimento endotelial vascular (VEGF), TGF-b1 e IL-10, que funcionam como sinais anti-inflamatórios [12]. No entanto, na medula óssea envelhecida, esses fatores diminuem e os sinais inflamatórios aumentam, o que induz a imunogenicidade. Sinais inflamatórios atuam como chamadas de emergência para HSCs. Dentro de 1 h de uma infecção induzida por injeção de LPS derivado de E. Coli, o LPS atinge a medula óssea, interage com TLR4 em HSCs e causa proliferação [10, 141]. IFNs como IFN-a e IFN-c atuam diretamente em HSCs para mover HSCs quiescentes para os estágios de proliferação e diferenciação. Sob condições de estresse, como uma infecção bacteriana ou viral, CD8? Células T e HSCs secretam IFN-c, que causa a expressão dos fatores de transcrição mielóide C/EBPa e Runx1 em HSCs [142] e CD4. As células T produzem IFN-c através da via TLR/MyD88 [143]. BMSCs e HSCs ativadas produzem IL-1, IL-6, TNF-a, G-CSF e fator estimulante de colônias de granulócitos-macrófagos (GM-CSF) [141], que levam ao viés mieloide diferenciação, mobilização e proliferação [141-144]. Esses resultados mostram que as terapias anti-inflamatórias que controlam os sinais inflamatórios no microambiente da medula óssea podem modular o destino das células-tronco.

6.2 Controle anti-inflamatório do envelhecimento das células-tronco

Dez anos atrás, Bente K Pedersen publicou um artigo intitulado "Anti-inflamação - apenas outra palavra para antienvelhecimento?" [145]. Ele relatou que, em doenças inflamatórias crônicas e relacionadas à idade, como aterosclerose, diabetes, doença cardiovascular, doença de Alzheimer e câncer, a administração de anti-inflamatórios não esteróides em concentrações sistêmicas reduziria as taxas de ocorrência e neutralizaria a inflamação induzida inibição da síntese de proteínas em pessoas idosas [145]. Por exemplo, o salsalato, um medicamento antiinflamatório que inibe o NF-jB e um dímero do ácido salicílico, reduz a inflamação sistêmica e previne o diabetes tipo 2 em adultos obesos [146]. O Dr. Thomas von Zglinicki e seu grupo estudaram camundongos knockout nfkb1-/- inflamatórios de baixo grau, que envelhecem prematuramente e têm capacidade de regeneração diminuída no fígado e no intestino [147]. Os fibroblastos kb-/- aumentaram NF-kB, COX-2 e ROS por meio de um loop de feedback, causando danos ao DNA, como disfunção dos telômeros e senescência. No entanto, a administração de anti-inflamatórios ou antioxidantes recuperou a regeneração tecidual [147]. Além disso, sua equipe mediu o número de células sanguíneas, metabolismo, função hepática e renal, comprimento dos telômeros e nível de inflamação de centenários japoneses [148]. Eles relataram que os centenários apresentaram comprimento de telômeros mais longos do que a população em geral e também que a inflamação é uma causa importante do envelhecimento em humanos muito idosos. A modulação imunológica e medicamentos anti-inflamatórios mais seguros têm o maior potencial e são bons candidatos a terapias para promover uma vida saudável [148].

7 Autorrenovação e tráfico de células-tronco: expectativas para reparação tecidual e antienvelhecimento

Espera-se que as células-tronco com potenciais diferenciais, como células-tronco adultas, células-tronco embrionárias e células-tronco pluripotentes induzidas, sejam usadas para reparar perdas e lesões teciduais para recuperação funcional de uma variedade de doenças degenerativas e traumas. Vários problemas críticos, como diferenciação específica de linhagem bem controlada, produção em massa de células-tronco, alto custo de cultura de células ex vivo, baixo enxerto no local do transplante e meia-vida curta das células terapêuticas, devem ser resolvidos para clínica aplicações para avançar. Por outro lado, células-tronco endógenas adultas ou teciduais reservadas nos tecidos e órgãos do corpo podem ser usadas para reparo de tecidos sem cultura de células ex vivo elaborada se pequenas moléculas ou fatores de crescimento que regulam a auto-renovação e o tráfico de células-tronco puderem ser identificados .

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