Giriş

Yaşlanma bireyin organizmasında fiziksel görünüm ve işlevinde kolayca tanımlanabilen, karakteristik değişikliklerle ilişkili kaçınılmaz ve geri dönüşü olmayan bir süreçtir (1). Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ) tarafından kabul edilen yaşlılık tanımı takvim yaşı olarak değerlendirildiğinde 65 yaşın başlangıcıdır. Buradan yola çıkarak yaşlılık 3 evreye ayrılmıştır: 65-75 yaş arası erken yaşlılık evresi, 75-85 yaş arası orta yaşlılık evresi, 85 yaş ve üstü ileri yaşlılık evresi olarak kabul edilmiştir (2). Ayrıca yaşlılığın daha iyi anlaşılabilmesi için biyolojik, sosyal, ekonomik, fizyolojik, psikolojik ve toplumsal açılardan tanımlamaları yapılmıştır (2). İnsanların daha uzun ve iyi yaşama arzusu, yaşlanmanın nedenlerini araştırma, yaşlanmanın ve yaşlanmayla ilişkilendirilen kanser, tip 2 diyabet, kardiyovasküler hastalıklar ve nörodejeneratif hastalıklar gibi patolojilerin tedavi edilmesi ve ortaya çıkardığı şikayet ve bulguları engelleme ihtiyacını ortaya çıkarmıştır (3). DSÖ’ye göre 2010 yılında tahmin edilen 65 yaş ve üzeri nüfus, dünya nüfusunun %8’i olan 524 milyon iken; 2050 yılında bu sayının dünya nüfusunun %16’sı olan 1,5 milyar olması beklenmektedir (4).

Biyolojik yaşlanma mekanizması oldukça karmaşıktır. Biyolojik yaşlanma için senescence terimi kullanılmaktadır. Bu kavram 1965 yılında Hayflick tarafından in vitro diploid hücre suşlarının sınırlı yaşam süresinin hücresel düzeyde yaşlanmanın bir ifadesi olabileceği hipotezi olarak ortaya atılmıştır (5). Bugün için senescence hücre yaşlanmasının açıklanmasında kullanılan yolaklardan biridir. Yaşlanma biyolojisinin tek bir teoriyle açıklanabilmesi mümkün olmadığından dolayı sürecin anlaşılabilirliğini artırmak amacıyla yaşlanma teorileri dış etkenler (gelişimsel-kalıtsal) ve iç etkenler (stokastik, dış etkenler) olarak iki ana başlıkta toplanabilir (6):

a) Dış Etkenler (Stokastik):

1. Somatik mutasyon ve DNA tamir teorileri

2. Ölümcül hata (error-catastrophe) teorisi

3. Proteinlerin değişikliğe uğraması teorisi

4. Serbest radikal (oksidatif stres)/mitokondriyal DNA

b) İç Etkenler (Gelişimsel-kalıtsal):

1. Uzun yaşam (longevity) genleri

2. İvmelenmiş yaşlılık sendromları

3. Nöroendokrin teori

4. İmmünolojik teori

5. Hücresel yaşlılık (senescence) teorisi

6. Hücre ölümü teorisi (6)

Bu teorilerin ilk ortaya atılanlarından birisi de yaşlanmada serbest radikal teorisidir. Denham Harman tarafından 1956’da yayınlanan makalede organizmalarda oksijen kullanılan normal metabolik süreçlerde oluşan serbest oksijen radikallerinin yaşlanma sürecinde rol aldığı belirtilmiştir (7,8). Harman 1972 yılında hücre içi reaktif oksijen ürünlerinin oluşumunda mitokondrinin baskın rolünü fark etmiş ve önerisini mitokondriyal serbest radikal yaşlanma teorisi olarak güncellemiştir (7). Mitokondri, ökaryot hücre sitoplazmasında enerjinin yaklaşık %90’ının oksidatif fosforilasyon ve elektron transport zinciri ile adenozin trifosfat olarak üretildiği dinamik bir organeldir (9). Mitokondrideki oksijen metabolizmasının doğal ürünü olarak reaktif oksijen ürünleri oluşur. Bu ürünler moleküler oksijenden üretilen dış orbitallerinde tek sayıda ortaklanmamış elektron taşıyan moleküllerdir. Bu serbest radikaller birçok makromolekül, mitokondriyal ve DNA ile etkileşime girerek hücrede oksidatif strese neden olur (9). Nükleer DNA’dan farklı olarak mitokondriyal DNA her hücrede bulunur ve elektron transport zincirine yakındır. Ayrıca sınırlı onarım mekanizmalarına sahip olması mitokondriyal DNA’yı oksidatif stres hasarına karşı oldukça duyarlı yapar (10). Mitokondriyal elektron transport zincirinde üretilen reaktif oksijen ürünleri mitokondriyal DNA ürünlerine bağlı disfonksiyonel mitokondriyal alt birimlerin oluşmasına neden olur. Sonrasında işlevsiz mitokondri reaktif oksijen ürünlerinin daha fazla sızıntısına neden olarak mitokondriyal DNA hasarını artırır (9). Ayrıca bu kısır döngü teorisini destekleyen çeşitli çalışmalarda mitokondriyal DNA mutasyonlarının yaşlanmayla ilgili olduğunu ve yaşla beraber mtDNA hasarının arttığı gösterilmiştir (10). Yapılan başka bir çalışmada yaş artışıyla beraber kompleks II ve kompleks IV düzeylerindeki değişim incelenmiş ve kompleks II akitivitesinin, transkripsiyonunun ve protein düzeylerinin azaldığı gözlemlenirken kompleks IV’de herhangi bir değişiklik saptanmamıştır (9).

Reaktif oksijen ürünleri düşük düzeylerde hücre sinyalinde ve homeostazisde önemli rollere sahiptir. Bu durumla ilişkili olarak mitohormezis kavramı ortaya atılmış olup reaktif oksijen ürünlerinin düşük düzeylerde pozitif bir cevap oluşturduğu yüksek konsantrasyonlarda ise hücresel hasarı artırdığı gözlemlenmiştir (9). Yapılan çeşitli çalışmalarda bu durum bildirilmiştir. Fiziksel egzersiz sırasında subpatojenik dozda fizyolojik düzeylerde üretilen reaktif oksijen ürünleri kardiyovaksüler hastalıklara karşı koruyucu cevaplar üretilmediği gösterilmiş, öte yandan patolojik düzeylerde reaktif oksijen ürünlerinin diyabet ile ilişkili aterosklerozu hızlandırdığı bildirilmiştir. Fizyolojik düzeylerde hidrojen peroksit gibi reaktif oksijen ürünlerinin egzersize bağlı endotelyal nitrik oksit sentaz upregülasyonunda rol oyandığı tespit edilmiştir (11).

Yapılan hayvan deneylerinde kontrollü iskemik hasarlarda pozitif oksidatif stres oluşturularak adaptif profilaktik cevaplar oluşturulabileceği gösterilmiştir. Ayrıca pozitif oksidatif stres için protein ve lipid oksidasyon ürünlerinden örnekler de mevcuttur.

Lipid peroksidasyonunun olumlu etkisine örnek olarak oksidize hemoglobin-düşük yoğunluklu protein (LDL) kompleksinin hemooksijenaz 1 ekspresyonunu artırması verilebilir. Ayrıca beyinde endojen olarak oksidasyonla oluşan 24-S-hidroksikolesterolün karaciğer X reseptör hedef genlerinin sentezini artırarak 7-keto kolesterolün hücresel toksisitesine karşı nöronal koruma sağlaması lipid peroksidasyon ürünlerinin pozitif oksidatif stresine başka bir örnektir (12).

Proteinlerin pozitif oksidatif değişiklikleri arasında ise geri dönüşümlü disülfid yapıları, S-glutatyonilasyon, S-sülfonasyon, S-nitrozilasyon bulunmaktadır (12).

Protein oksidasyon ürünlerinin pozitif etkilerini gösteren çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Kompleks 1 alt ünitesi olan ND3’ün S-nitrozilasyonunun kardiyomiyositeleri kardiyak iskemik reperfüzyon hasarına karşı koruyabileceği; Parkinson hastalığında DJ-1 genlerindeki mutasyonların sentezlenen DJ-1 proteinindeki S-sistein sülfonasyonunu engelleyerek DJ-1’in parkinsondaki nöroprotektif etkilerini engelleyebileceği bildirilmiştir (12).

Reaktif oksijen ürünlerinin bu ikili etkisi oksidatif ve antioksidan sistemlerin etkileşimiyle ilgili olabilir fakat bu mekanizmalar büyük ölçüde bilinmemektedir (11). Ayrıca serbest radikal teorisini yaşlanma ile ilgili diğer teorileri dışlayarak düşünmemek gerekir.

Oksidatif stres oksidan ve antioksidan sistemler arasındaki dengesinin sağlanamadığı durumlarda ortaya çıkar. Oksidan maddelerin iki ana kaynağından biri olan reaktif oksijen ürünleri arasında başlıca hidroksil radikali    _•OH, süperoksit anyonu O_2•⁻, hidroperoksil radikali HO_2•, tekli oksijen ¹O₂ , hidrojen peroksit H₂0₂ yer alır ve  endojen ve eksojen kaynaklara bağlı olarak üretilebilmektedir (13).

Eksojen Kaynaklar

Ultraviyole radyasyon, iyonize radyasyon, tütün maruziyeti, kemoterapötikler, çevresel toksinler ve diğer kirleticiler DNA hasarına ve mitokondriyal sitozolik reaktif oksijen türlerinin oluşumuna neden olurlar. Özellikle eksojen reaktif oksijen türlerinin üretimine neden olan kaynaklar deri yaşlanması üzerinde etkilidirler (14).

Endojen Kaynaklar

Reaktif oksijen türlerinin çoğu hücre içinde çeşitli hücre bölümlerinde farklı enzimlerle üretilir. Hücre içi reaktif oksijen ürünlerinin %90’ı mitokondrinin iç membranında bulunan elektron transport zinciri tarafından oluşturulur (14). Diğer yollar arasında ksantin oksidaz gibi peroksizomal enzimlerin aktivitesi, yağ asitlerinin beta oksidasyonu, endozplazmik retikulumda elektronların NADPH’den sitokrom p450’ye geçiş süreci, NADPH oksidaz ve demirin aracılık ettiği Fenton ve Haber Weiss reaksiyonları bulunmaktadır (14).

Oluşan serbest radikallere karşı biyolojik sistemlerin korunması için eksojen ve endojen antioksidan mekanizmalar mevcuttur.

Endojen antioksidan sistem enzimatik ve enzimatik olmayan yolaklar içerir. Enzimatik yolakta görevli başlıca elemanlar, süperoksit dismutaz, katalaz, glutatyon peroksidaz, glutatyon-S- tranferaz ve glukoz-6-fosfat dehidrojenazdır. Enzimatik olmayan antioksidanların en önemlileri albümin ve ürik asit olup toplam antioksidan kapasitenin %85’inden sorumludurlar. Bilirubin, a-tokoferol (vitamin E), b- karoten diğer önemli antioksidanlardır (15).

Endojen antioksidanların ekspresyonu başlıca nükleer faktör eritroid 2-ilişkili faktör 2 (Nrf2)-kelch-benzeri ECH-ilişkili protein 1 (Keap 1) yolağı tarafından düzenlenir. Bu yolak antioksidanları kodlayan genlerin promotor bölgesinde bulunan antioksidan cevap elemanı (ARE) aracılığıyla antioksidanların transkripsiyonuna aracılık eder. Oksidatif stresin olmadığı durumlarda Nrf2, Keap 1 proteini tarafından inaktive edilirken, oksidatif stres durumunda Nrf2, Keap 1 proteininden ayrılarak nükleusta ARE bölgesine bağlanarak antioksidan üretimi yapan genlerin ekspresyonunu uyarır. Bu önemli özelliğinden dolayı Nrf2 oksidatif stres tedavisinde potansiyel bir tedavi hedefi olarak araştırılmaktadır. Nrf2’nin kronik obstrüktif akciğer hastalığında, karaciğer hastalıklarında, nörodejeneratif hastalıklarda ve diğer oksidatif stres ile ilişkili hastalıklarda potansiyel bir tedavi hedefi olarak kullanılabileceği düşünülmüştür (16).

Ekzojen antioksidanlar arasında askorbik asit (vitamin C), a-tokoferol (vitamin E), fenolik antioksidanlar, selenyum, çinko ve asetilsistein gibi çeşitli ilaçlar vardır (15).

Bu iki sistem arasındaki redoks dengesinin sağlanamadığı durumlarda makromoleküllerde oksidatif hasar meydana gelir. Yaşlanmanın ana moleküler özelliği makromoleküllerde meydana gelen zamana bağlı hasarların birikimdir (8).

Oksidatif stres hücre membranları ve diğer lipid içeren yapılara hasar verir. Lipidlerin moleküler oksijenle etkileşime geçmesiyle lipid peroksil radikali oluşur. Sonrasında lipid peroksil başka bir yağ asidiyle etkileşir ve lipid hidroperoksit molekülü oluşur. Sonrasında bu molekül başka yağ radikalleri veya kendisiyle etkileşime girerek çeşitli lipid radikalleri oluşturur. Bu döngüye lipid peroksidasyonu zincir reaksiyonu da denilmektedir. Oluşan bu radikaller hücre zarına zarar verir (13). Lipid peroksidasyonunun son ürünleri olan malondialdehid, 4-hidroksi-2-nonenol ve F2-izoprostanlar biyolojik sistemde birikirler (17).

Reaktif oksijen moleküllerinin bir başka hedefi DNA bazlarıdır. En çok saptanan oksidasyon ürünü 8-hidroksi-2-deoksiguanozindir (8). DNA bazları dışında DNA polimeraz aktivitesi de etkilenebilir. Oksidatif stres sitoplazmik nükleer sinyal transdüksiyon yolaklarını da aktifleyebilir (18). Reaktif oksijen ürünleri, p21 gen transaktivasyonu ve p53 stabilizasyonuyla DNA hasar cevap yolağını tetikleyerek hücre siklusunun durmasına sebep olur. DNA hasarının devamında p38/MAPK yolağı aracılığıyla p16 aktive olur ve nükleer lamin B1 azalır. Kromatin yeniden düzenlenmesi, yüksek yoğunluklu kromatin bölgelerinin oluşumuyla birlikte uyarıldığında senescence ile ilişkili heterokromatin odakları olarak adlandırılır. Senescence-spesifik proenflamatuvar sekretom bu bölgelerle yakın ilişki içerisindedir ve reaktif oksijen ürünleriyle birlikte DNA hasar cevabı aracılığıyla hücresel yaşlanmayı artırır (19).

Proteinlerin karbonil türevleri aminoasitlerin oksidatif hasarıyla direkt veya karbonhidrat ve lipidlerin reaktif karbonil parçalarının sekonder reaksiyonlarıyla dolaylı olarak meydana gelir (18). Glikasyon ve lipoksidasyon son ürünleri, karbonil eklerini lizin sistein ve histidinden meydana getirir. Oksidatif hasar, proteinlerin fonksiyonlarında ve yapısal etkinliğinde kayıplara neden olur. Protein karbonilleri yaşlanmayla ve çeşitli patolojik durumlarda dokularda saptanabilir (18). Yapılan çalışmalarda stres rezistans proteinler (Hsp60p ve Hsp70p) ve glukoz metabolizmasında sorumlu enzimlerin yaşlı hücrelerde karbonillenerek biriktiği gösterilmiştir (20).

Reaktif oksijen ürünlerinin yarı ömrü kısa olduğundan organizmada meydana gelen oksidatif hasar tespiti hasarın meydana getirdiği moleküler modifikasyonların tespiti üzerinden gerçekleşir. Yüksek performanslı likid kromatografi, mass spektrometri, ve antikor kullanımıyla 8‐hidroksi‐2’‐deoksiguanozin or 8‐oxo‐7, 8‐dihdro‐2’‐deoksiguanozin tespiti DNA hasarında karsinogenez ve oksidatif stres belirteci olarak tespit edilebilir. İdrarda tespit edilen metabolitler vücudun DNA onarım düzeyi için bir göstergedir (21).

Malondialdehit, tiyobarbiturik reaktif asit maddeleri, lipid hidroperoksidaz, konjuge dienler, 4‐hidroksinonenal ve F₂‐isoprostanlar (8‐epiPGF₂) lipid peroksidasyon hasar belirteçleridir. Bunlar immünoblot, immünositokimyasal, enzime bağlı immünosorbent test, mass spektrometri gibi çeşitli yöntemlerle saptanabilir (21).

Protein karbonilasyonu ise 2, 4-dinitrofenilhidrazin ile kimyasal olarak birleştirilmesi sonrasında antikorlar kullanılarak tespit edilebilir (21).

Uzun süren ve kontrolsüz oksidatif stres, yaşlanma dışında kronik ve dejeneratif hastalıklara sebep olabilir. DNA’nın eksojen ve endojen yollarla oluşan oksidatif hasarı sonrasında kanser dışında kardiyovasküler hastalıkların gelişiminde de oksidatif stres etkilidir. Dolaşımdaki LDL reaktif oksijen ürünleriyle oksidize olarak köpük hücre yapısıyla yağ birikimine ve aterosklerotik plaklara sebep olduğu gösterilmiştir. Çeşitli çalışmalar oksidatif stresin ateroskleroz, iskemi, hipertansiyon, kardiyomiyopati, kardiyak hipertrofi ve konjestif kalp yetmezliğinde rolü olduğunu göstermiştir (22).

Oksidatif stresin Parkinson, Alzheimer, amyotrofik lateral skleroz, multipl skleroz, depresyon ve hafıza kaybı gibi çeşitli nörolojik patolojilerde rol oynadığı gösterilmiştir. Alzheimer hastalığının oluşması ve ilerlemesinden sorumlu nörodejenarasyonla ilişkili b-amiloid peptidinin serbest radikal etkisiyle oluştuğu bildirilmiştir (22).

Kronik obstrüktif akciğer hastalığının oluşmasında lokal ve sistemik kronik enflamasyondan sorumlu olan oksidatif stres sorumlu tutulmuştur. Romatoid artrit hastalarında sinoviyal sıvıda artmış izoprostan ve prostaglandin seviyeleri hastalığın başlangıcı ve ilerlemesinde serbest radikal hasarının önemini göstermektedir (22).

Oksidatif stresin zarar verdiği bir başka organ böbreklerdir. Glomerülonefrit, tübülointerstisyel nefrit, renal yetmezlik, proteinüri ve üremi oluşumunda oksidatif stresin rol oynadığı bildirilmiştir. Stres durumunda reaktif oksijen ürünleri enflamatuvar hücreleri ve proenflamatuvar sitokin üretimini uyarır. Enflamasyonun erken evresinde TNF-a, IL-1b gibi mediyatörler ve NF-kB transkripsiyonel faktör olarak rol oynar. İleriki evrelerde TGF- beta üretiminin artışıyla ekstrasellüler matriks sentezi uyarılır. Sonuç olarak erken iltihabi yanıtı ve doku fibrozisini organ yetmezliği izler. Çeşitli ilaçların ve metallerin de serbest radikal miktarını artırarak bu hasara sebep olabileceği belirtilmiştir (22). Ayrıca oksidatif hasarın sarkopeni ve diyabet gibi durumlarda rol aldığı bildirilmiştir (15).

Sonuç

Yaşlanma şu anki bilgilerimizle kaçınılmaz ve anlaşılması oldukça zor bir süreçtir. Oksijen kullanan ökaryotik hücrelerin maruz kaldığı oksidatif stres, organizmalarda eksojen ve endojen yolaklarla reaktif oksijen ürünleri üretir. Bu ürünler belli düzeyin üzerinde bir süre sonra hücreye zarar vermeye başlar. Patolojik düzeylerde reaktif oksijen ürünlerinin verdiği hasara karşı eksojen veya endojen olabilen antioksidan sistemler devreye girer. Bu sistemler arasındaki dengenin yönüne göre hücre işlevlerine devam eder veya bozulma sürecine geçer. Yaşlanma sürecini şu an için tamamen ortadan kaldıramasak da, yaşlanmayı geciktirmek veya kaliteli, sağlıklı bir şekilde yaşlanmak için oksidatif stres maruziyetini azaltacak sigara, kötü beslenme, sedanter yaşam ve çevre kirliliği gibi çeşitli çevresel faktörlerden uzaklaşmak ve/veya antioksidanların doğru kullanımına yönelmek uygun bir seçenek olarak karşımıza çıkmaktadır. Ayrıca çeşitli hastalıklarda oksidatif stresin rolünün daha iyi anlaşılması ve oksidatif hasarın vücuda verdiği zararların ölçümü, ileride geliştirilecek tedaviler ve bu tedavilerin takibi açısından oldukça önemlidir.

Hakem Değerlendirmesi: Editörler kurulu tarafından değerlendirilmiştir.

Yazarlık Katkıları

Cerrahi ve Medikal Uygulama: A.T., Konsept: A.T., T.K.U., Z.K., Dizayn: A.T., T.K.U., Z.K., Veri Toplama veya İşleme: A.T., Analiz veya Yorumlama: A.T., T.K.U., Z.K., Literatür Arama: A.T., Yazan: A.T.

Çıkar Çatışması: Yazarlar arasında çıkar çatışması yoktur.

Finansal Destek: Yazarlar herhangi bir yerden finansal destek almamışlardır.