Die 12 Hallmarks of Aging: Was passiert beim Altern in unseren Zellen?

Falten, graue Haare, nachlassende körperliche Leistungsfähigkeit oder zunehmende Vergesslichkeit – Altern kann sich auf ganz unterschiedliche Weise bemerkbar machen. Doch hinter diesen sichtbaren und spürbaren Veränderungen stehen komplexe Prozesse, die bereits auf der Ebene unserer Zellen beginnen.

Was genau passiert dabei in unserem Körper? Und warum fällt es den Zellen mit zunehmendem Alter schwerer, Schäden zu reparieren und ihre ursprünglichen Funktionen aufrechtzuerhalten?

Mit diesen Fragen beschäftigt sich die moderne Altersforschung. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler versuchen dabei, die biologischen Prozesse des Alterns immer besser zu verstehen. Ein wichtiges Konzept hierfür sind die sogenannten Hallmarks of Aging, also die „Kennzeichen des Alterns“.

Was sind die Hallmarks of Aging?

Im Jahr 2013 beschrieben Carlos López-Otín und sein Forschungsteam neun grundlegende biologische Prozesse, die mit dem Altern in Verbindung stehen. Das Konzept wurde 2023 umfassend aktualisiert und um drei weitere Kennzeichen ergänzt. Heute werden zwölf Hallmarks of Aging unterschieden.

Sie beschreiben verschiedene Veränderungen auf zellulärer und molekularer Ebene, die während des Alterns auftreten. Dabei handelt es sich nicht um zwölf voneinander unabhängige Prozesse. Im Gegenteil: Die einzelnen Hallmarks beeinflussen sich gegenseitig und bilden ein komplexes Netzwerk.

Vereinfacht gesagt: Wenn beispielsweise die Reparatur der DNA schlechter funktioniert, kann dies die Funktion einer Zelle beeinträchtigen. Gleichzeitig können Veränderungen in den Mitochondrien, im Stoffwechsel oder bei der Kommunikation zwischen Zellen weitere Prozesse beeinflussen.

Die zwölf Hallmarks helfen uns deshalb dabei, das Altern nicht als einen einzelnen Vorgang zu betrachten, sondern als Zusammenspiel vieler biologischer Veränderungen.

1. Genomische Instabilität – wenn sich Schäden in der DNA ansammeln

Unsere DNA enthält die Bauanleitung für nahezu alle Vorgänge in unseren Zellen. Sie wird ständig beansprucht und kann dabei beschädigt werden – beispielsweise durch Stoffwechselprozesse, Strahlung oder andere äußere Einflüsse.

Glücklicherweise verfügt unser Körper über ausgeklügelte Reparaturmechanismen. Diese erkennen viele Schäden und können sie beheben.

Mit zunehmendem Alter können sich jedoch DNA-Schäden und Veränderungen im Erbgut stärker ansammeln. Gleichzeitig können bestimmte Reparaturmechanismen weniger effizient arbeiten.

Die Folge: Die genetische Information kann mit der Zeit instabiler werden. Dies kann die Funktion einzelner Zellen und Gewebe beeinträchtigen.

2. Telomerverkürzung – wenn die Schutzkappen der Chromosomen kürzer werden

Unsere DNA liegt in Form von Chromosomen vor. An deren Enden befinden sich sogenannte Telomere. Sie wirken vereinfacht gesagt wie Schutzkappen und helfen dabei, die Enden der Chromosomen vor Schäden zu bewahren.

Bei vielen Zellteilungen werden Telomere kürzer. Erreichen sie eine kritische Länge, kann die Zelle in einen Zustand eintreten, in dem sie sich nicht mehr weiter teilt.

Dieser Mechanismus ist grundsätzlich sinnvoll: Er verhindert unter anderem, dass stark geschädigte Zellen sich unkontrolliert vermehren. Gleichzeitig kann die zunehmende Verkürzung der Telomere mit altersbedingten Veränderungen von Geweben in Verbindung stehen.

Wichtig ist dabei: Telomerlänge allein erklärt nicht, wie schnell ein Mensch altert. Sie ist vielmehr ein Teil eines wesentlich komplexeren biologischen Geschehens.

3. Epigenetische Veränderungen – wenn sich die Genaktivität verändert

Nicht jede Veränderung unserer Zellen entsteht durch eine Veränderung der DNA-Sequenz.

Die Epigenetik beschäftigt sich mit Mechanismen, die beeinflussen, welche Gene in einer Zelle aktiv oder weniger aktiv sind. Dabei spielen unter anderem chemische Veränderungen an der DNA und an den Proteinen eine Rolle, um die die DNA gewickelt ist.

Diese Regulation ist lebenswichtig. Schließlich besitzen nahezu alle Zellen unseres Körpers grundsätzlich dieselbe DNA, erfüllen aber trotzdem völlig unterschiedliche Aufgaben.

Mit zunehmendem Alter können sich epigenetische Muster verändern. Dadurch kann sich die Regulation bestimmter Gene verschieben. Solche Veränderungen gehören zu den biologischen Merkmalen des Alterns und werden intensiv erforscht.

4. Verlust der Proteostase – wenn die Qualitätskontrolle der Proteine nachlässt

Proteine übernehmen in unseren Zellen unzählige Aufgaben. Sie dienen beispielsweise als Enzyme, Strukturproteine oder Botenstoffe.

Damit Proteine richtig funktionieren, müssen sie korrekt hergestellt, gefaltet, transportiert und bei Bedarf wieder abgebaut werden. Dieses fein abgestimmte Gleichgewicht bezeichnet man als Proteostase.

Mit zunehmendem Alter können diese Kontroll- und Reparaturmechanismen weniger zuverlässig funktionieren. Fehlgefaltete oder beschädigte Proteine können sich dadurch leichter ansammeln.

Solche Proteinveränderungen spielen unter anderem bei verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen eine Rolle. Die Alterung der Proteostase ist deshalb ein wichtiges Forschungsgebiet der Altersbiologie.

5. Deregulierte Nährstoffwahrnehmung – wenn die Stoffwechselsteuerung aus dem Gleichgewicht gerät

Unsere Zellen müssen ständig erkennen, welche Nährstoffe und wie viel Energie zur Verfügung stehen. Dafür existiert ein komplexes Netzwerk aus Sensoren, Hormonen und Signalwegen.

Eine zentrale Rolle spielen beispielsweise Insulin und IGF-1 sowie die Signalwege mTOR, AMPK und Sirtuine.

Diese Systeme beeinflussen unter anderem Zellwachstum, Energieverbrauch, Reparaturprozesse und Stoffwechsel.

Interessant ist, dass diese Signalwege auf den Energie- und Nährstoffzustand des Körpers reagieren. Deshalb werden unter anderem Kalorienrestriktion, Fasten und Bewegung im Zusammenhang mit den Hallmarks of Aging intensiv erforscht.

Dabei sollte man jedoch zwischen biologischen Mechanismen und nachgewiesenen Effekten beim Menschen unterscheiden. Dass ein bestimmter Signalweg durch Fasten oder Bewegung beeinflusst wird, bedeutet nicht automatisch, dass sich dadurch das menschliche Altern stoppen oder umkehren lässt.

6. Mitochondriale Dysfunktion – wenn die Energieversorgung der Zellen nachlässt

Mitochondrien werden häufig als die „Kraftwerke“ unserer Zellen bezeichnet. Sie wandeln Nährstoffe mithilfe von Sauerstoff in Energie um, die unter anderem in Form von ATP bereitgestellt wird.

Mit zunehmendem Alter können sich Struktur und Funktion der Mitochondrien verändern. Dazu gehören beispielsweise Veränderungen der Energieproduktion und des Umgangs mit reaktiven Sauerstoffspezies.

Gleichzeitig sind Mitochondrien nicht nur Energielieferanten. Sie spielen auch bei der Regulation des Zellstoffwechsels und bestimmter Signalwege eine wichtige Rolle.

In diesem Zusammenhang steht auch der Begriff Mitohormesis. Er beschreibt vereinfacht die Idee, dass bestimmte moderate Belastungen der Mitochondrien Anpassungsreaktionen auslösen können. Bewegung ist ein klassisches Beispiel für einen Reiz, der solche Anpassungsprozesse anstoßen kann.

7. Zelluläre Seneszenz – wenn Zellen dauerhaft in den Ruhestand gehen

Manche Zellen hören nach einer bestimmten Anzahl von Teilungen oder infolge von Schäden dauerhaft auf, sich zu teilen. Diesen Zustand nennt man zelluläre Seneszenz.

Seneszenz ist zunächst kein Fehler. Sie kann beispielsweise verhindern, dass beschädigte Zellen sich weiter vermehren.

Problematisch kann es werden, wenn sich im Laufe des Lebens immer mehr seneszente Zellen im Gewebe ansammeln. Sie sind zwar nicht mehr teilungsfähig, können aber weiterhin biologisch aktiv sein und unter anderem verschiedene Signalstoffe freisetzen.

Deshalb werden seneszente Zellen manchmal auch als „Zombie-Zellen“ bezeichnet.

Ein Forschungsgebiet beschäftigt sich mit sogenannten Senolytika. Dabei handelt es sich um Wirkstoffe, die bestimmte seneszente Zellen gezielt entfernen sollen. Ob und in welchem Umfang solche Ansätze künftig für die Prävention altersbedingter Erkrankungen beim Menschen eingesetzt werden können, ist Gegenstand laufender Forschung.

8. Stammzellerschöpfung – wenn die Regeneration schwieriger wird

Stammzellen besitzen die besondere Fähigkeit, sich zu erneuern und bestimmte spezialisierte Zelltypen hervorzubringen. Sie sind deshalb für die Regeneration vieler Gewebe von großer Bedeutung.

Mit zunehmendem Alter können Stammzellen ihre Leistungsfähigkeit verlieren. Ihre Fähigkeit zur Selbsterneuerung oder zur Bildung neuer Zellen kann abnehmen.

Das kann dazu beitragen, dass sich bestimmte Gewebe langsamer regenerieren und Schäden schlechter ausgeglichen werden können.

Die sogenannte Stammzellerschöpfung ist daher ein weiterer wichtiger Baustein im Verständnis des biologischen Alterns.

9. Veränderte interzelluläre Kommunikation – wenn Zellen anders miteinander sprechen

Unser Körper besteht nicht aus isolierten Zellen. Milliarden von Zellen stehen ständig miteinander in Kontakt und tauschen Informationen aus.

Sie kommunizieren beispielsweise über Hormone, Botenstoffe und direkte Zellkontakte. Dieses Kommunikationsnetzwerk steuert unter anderem Stoffwechsel, Immunreaktionen und die Regeneration von Gewebe.

Mit zunehmendem Alter kann sich diese Kommunikation verändern. Dazu gehören beispielsweise Veränderungen des Immunsystems und eine zunehmende Produktion bestimmter entzündungsfördernder Signale.

Damit verbindet dieses Hallmark mehrere andere Aspekte des Alterns – insbesondere chronische Entzündungsprozesse und Veränderungen des Immunsystems.

10. Chronische Entzündung – das sogenannte „Inflammaging“

Entzündungen sind grundsätzlich ein wichtiger Schutzmechanismus unseres Körpers. Sie helfen beispielsweise dabei, Verletzungen oder Infektionen zu bekämpfen.

Mit zunehmendem Alter kann sich jedoch eine niedriggradige, chronische Entzündungsaktivität entwickeln. Dafür hat sich der Begriff Inflammaging etabliert – eine Kombination aus „inflammation“ und „aging“.

Die Ursachen sind vielfältig und können unter anderem mit Veränderungen des Immunsystems, Stoffwechselprozessen und altersbedingten Veränderungen verschiedener Gewebe zusammenhängen.

Inflammaging steht außerdem in enger Verbindung mit anderen Hallmarks of Aging. Beispielsweise können seneszente Zellen entzündungsfördernde Signalstoffe freisetzen, während Veränderungen des Mikrobioms ebenfalls mit Entzündungsprozessen in Verbindung stehen.

Entzündungsmarker wie CRP oder Interleukin-6 (IL-6) können im Blut gemessen werden. Einzelne erhöhte Werte sind allerdings nicht automatisch ein Beweis für beschleunigtes Altern. Sie müssen immer im medizinischen und individuellen Kontext betrachtet werden.

11. Dysbiose – wenn sich das Mikrobiom verändert

In unserem Darm leben unzählige Mikroorganismen – darunter Bakterien, aber auch andere Mikroben. Gemeinsam bilden sie einen wichtigen Teil unseres Mikrobioms.

Diese Mikroorganismen stehen in engem Austausch mit unserem Körper. Sie beeinflussen unter anderem die Verdauung, den Stoffwechsel und die Funktion des Immunsystems.

Mit zunehmendem Alter kann sich die Zusammensetzung und Vielfalt des Darmmikrobioms verändern. Eine solche Verschiebung wird als Dysbiose bezeichnet.

Die Forschung untersucht derzeit intensiv, welche Rolle altersbedingte Veränderungen des Mikrobioms für Gesundheit und Alterungsprozesse spielen. Dabei ist jedoch noch nicht abschließend geklärt, welche Veränderungen Ursache und welche Folge anderer altersbedingter Prozesse sind.

12. Veränderte Autophagie – wenn die zelluläre Müllabfuhr nachlässt

In unseren Zellen fällt ständig „Abfall“ an. Beschädigte Proteine und Zellbestandteile müssen erkannt, zerlegt und wiederverwertet werden.

Ein wichtiger Mechanismus dafür ist die Autophagie. Der Begriff bedeutet wörtlich „Selbstverdauung“. Gemeint ist damit ein kontrollierter Recyclingprozess, bei dem Bestandteile der Zelle abgebaut und ihre Bausteine teilweise wiederverwendet werden.

Eine wichtige Form ist die Makroautophagie. Dabei werden bestimmte Zellbestandteile in Vesikel eingeschlossen und anschließend in Lysosomen abgebaut.

Mit zunehmendem Alter können verschiedene Schritte dieser zellulären Recyclingprozesse beeinträchtigt sein. Eine veränderte Autophagie wird deshalb als eines der Hallmarks of Aging betrachtet.

Auch hier ist der Zusammenhang mit anderen Hallmarks eng: Autophagie steht beispielsweise mit der Qualität von Proteinen, der Funktion der Mitochondrien und der Nährstoffwahrnehmung in Verbindung.

Die 12 Hallmarks wirken zusammen

Die zwölf Hallmarks of Aging sind keine zwölf voneinander getrennten „Alterungsursachen“. Vielmehr bilden sie ein komplexes Netzwerk.

Eine Veränderung kann mehrere andere Prozesse beeinflussen. Beispielsweise können Schäden an der DNA zur Seneszenz einer Zelle beitragen. Seneszente Zellen wiederum können entzündungsfördernde Signale aussenden. Entzündungsprozesse können ihrerseits andere Zellen und Gewebe beeinflussen.

Genau diese Vernetzung macht die Altersforschung so spannend – und gleichzeitig so komplex.

Können wir die Hallmarks of Aging beeinflussen?

Die Forschung zeigt zunehmend, dass viele biologische Prozesse des Alterns durch unsere Lebensweise beeinflusst werden können. Regelmäßige körperliche Aktivität, eine ausgewogene Ernährung, ausreichend Schlaf und der Verzicht auf Tabak sind mit zahlreichen positiven Effekten auf Gesundheit und Alterungsprozesse verbunden.

Auch Fasten und Kalorienrestriktion werden intensiv untersucht. Viele der zugrunde liegenden Mechanismen sind biologisch plausibel und in verschiedenen Modellorganismen gut untersucht. Wie stark sich einzelne Interventionen jedoch auf die Lebensdauer oder das gesunde Altern des Menschen auswirken, ist eine deutlich komplexere Frage.

Ebenso wird intensiv erforscht, ob bestimmte Wirkstoffe oder Nahrungsergänzungsmittel einzelne biologische Prozesse beeinflussen können. Dabei gilt: Ein Effekt auf einen molekularen Signalweg ist nicht automatisch gleichbedeutend mit einer Verlängerung der menschlichen Lebensspanne.

Die Hallmarks of Aging liefern deshalb vor allem einen wissenschaftlichen Rahmen, um die komplexen Prozesse des Alterns besser zu verstehen und mögliche Ansatzpunkte für zukünftige Interventionen zu erforschen.

Unser Ansatz für Longevity

Genau an dieser Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und praktischer Anwendung setzt die moderne Longevity-Forschung an.

Die Hallmarks of Aging helfen uns dabei, einen Blick hinter die sichtbaren Zeichen des Alterns zu werfen – und besser zu verstehen, was in unseren Zellen tatsächlich passiert.

Je besser wir die biologischen Prozesse des Alterns verstehen, desto gezielter können wir erforschen, wie sich Gesundheit und Leistungsfähigkeit möglichst lange erhalten lassen.