Старіння неминуче, але, схоже, воно зовсім не відбувається рівномірно. Нове дослідження, описане в журналі Nature Aging і узагальнене виданням ScienceAlert, показало, що багато органів людини проходять через два окремі періоди прискореного старіння, а ключову роль у цьому можуть відігравати гормональні сигнали.
Автори роботи порівнюють старіння не з плавною лінією, а з мозаїкою: різні тканини мають власні графіки змін, а органи впливають один на одного. Деякі структури починають швидко змінюватися вже у 30 років, інші залишаються відносно стабільними до менопаузи, а частина органів демонструє два виразні «сплески» старіння.
Як вивчали старіння тканин
Команда під керівництвом комп’ютерного біолога Санджу Сінги (Sanju Sinha) з Інституту медичних відкриттів Sanford Burnham Prebys у Каліфорнії створила обчислювальну систему PathStAR. Вона аналізує мікроскопічну будову тканин на стандартних патологоанатомічних зображеннях.
На відміну від підходів, які намагаються «вгадати» хронологічний вік людини, PathStAR оцінює саме архітектуру тканинних змін. Дослідники застосували її до понад 25 000 посмертних зразків від 970 донорів віком від 21 до 70 років, що охоплювали 40 типів тканин. Це дані з проєкту Genotype-Tissue Expression, де зазвичай вивчають молекулярні характеристики, тоді як терабайти зображень майже не використовувалися.
Ранні «старці»: артерії та перший стрибок
Одними з перших ознак прискореного старіння виявилися артерії. Найшвидші структурні зміни в їхніх стінках припадали на 30-ті роки життя. Це узгоджується з патологоанатомічними записами: саме в цей період найстрімкіше зростає кількість ранніх атеросклеротичних бляшок, а потім темп зростання сповільнюється.
У людей, чиї артерії демонстрували більш виражене структурне старіння, частіше виявляли атеросклероз — накопичення бляшок, що робить судини жорсткішими. Тож навіть якщо у 30 років «старість» здається далекою, судинна система вже може активно змінюватися.
Репродуктивна система та другий стрибок
Репродуктивні органи виявилися ще складнішими. В організмі жінки матка та піхва залишалися відносно стабільними в ранньому дорослому віці, а найбільші структурні зміни спостерігалися у першій половині 50-х років — у період переходу до менопаузи.
Серед цих змін — атрофія тканин і стоншення ендометрію, внутрішньої слизової оболонки матки, що відповідає впливу зниження рівня естрогену.
Яєчники поводилися інакше. Вони показали два виразні «сплески» структурного старіння: перший приблизно у 35–40 років, другий — у 55–60 років, уже після менопаузи. Цей двоетапний малюнок був чітко помітний у мікроскопічній будові тканин, хоча аналізи експресії генів і метилювання ДНК не відтворили такі ж дві вершини.
Двофазне старіння багатьох органів
Подібний двоетапний («біфазний») характер старіння виявили й в інших органах. Із 14 тканин, для яких вдалося побудувати надійні траєкторії, дев’ять показали два періоди прискорених змін — зазвичай у 30-х і 50-х роках.
До них належали, зокрема, стравохід, шлунок, товста та тонка кишка — органи, які на перший погляд не пов’язані з репродуктивною системою. У чоловіків за таким самим типом старіли простата та яєчка.
Загалом більшість проаналізованих органів демонстрували біфазне старіння, тоді як артерії старіли раніше, а матка й піхва — переважно в пізніші десятиліття життя.
Оваріальний «пейсмейкер» і роль гормонів
Коли дослідники порівняли траєкторії різних органів, виявилося, що багато з них старіють синхронно, і це не обмежується сусідніми структурами. Люди з прискореним структурним старінням товстої кишки та стравоходу частіше мали такі ж зміни в простаті.
Загалом понад половина досліджених тканин слідувала за структурним старінням яєчників. Автори роботи розглядають яєчники як своєрідний «водій ритму» або пейсмейкер для старіння всього організму.
Ймовірним механізмом є гормони, які діють як сигнальні молекули по всьому тілу, а не лише в репродуктивній системі. Дослідники відзначають, що найкрутіші падіння здатності до гормональної сигналізації спостерігалися в тканинах шлунково-кишкового тракту. Це узгоджується з тим, що рецептори естрогену широко представлені в епітелії травної системи та беруть участь у підтримці слизового бар’єра.
Таким чином, логічно, що кишечник може старіти в подібному ритмі до матки чи простати.
Спільні риси прискореного старіння та можливі наслідки
Попри відмінності між органами, прискорене структурне старіння мало спільний «підпис». У тканинах з такими змінами спостерігали більше запалення, а також зниження енергетичного обміну, клітинного поділу та систем контролю якості клітин.
Автори вважають, що розуміння того, як і коли старіють окремі органи та системи, може змінити підхід до втручань, спрямованих на уповільнення старіння. Замість того щоб розглядати старіння як єдиний процес, можливо, доцільніше цілеспрямовано захищати конкретні органи в періоди їхньої найбільшої вразливості.
На думку дослідників, розробка терапій для захисту репродуктивного старіння потенційно може одночасно підтримати багато інших органів і збільшити тривалість здорового життя.
Обмеження дослідження та множинні «годинники»
Водночас робота має важливі обмеження. Всі зразки були посмертними, і те, від чого померла людина, могло вплинути на стан її тканин, особливо в молодшому віці. Крім того, не кожна вікова зміна означає погіршення функції: частина з них може відображати адаптивну перебудову або нейтральні варіації.
Аналіз також використовував досить широкі вікові інтервали, тому він не дозволяє точно визначити момент, коли в конкретної людини починаються структурні зміни в тій чи іншій тканині.
Попри це, результати вказують, що в нашому тілі, ймовірно, немає єдиного «біологічного годинника», який рівномірно відраховує старіння. Натомість може існувати десятки таких годинників, і кожен із них іде у своєму темпі.