Учені виявили ключові вікові біологічні зміни в 40 і 60 років

У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Nature Aging, дослідники з Сінгапуру та США провели комплексне поздовжнє когортне профілювання (n=108), використовуючи найсучасніші методи мультиоміки, для виявлення нелінійної динаміки старіння людини. Досліджувана когорта включала мешканців Каліфорнії віком від 25 до 75 років, за якими спостерігали до 6,8 років (медіана 1,7 років).

Дослідження показало, що лише 6,6% молекулярних маркерів демонстрували лінійні зміни з віком, тоді як значна частка – 81% – демонструвала нелінійні закономірності, що підкреслює складність процесу старіння. Аналіз молекулярних маркерів показав, що старіння людини не є лінійним процесом, з різкими порушеннями в певних біологічних шляхах, що спостерігаються приблизно у 44 та 60 років, таких як метаболізм алкоголю та ліпідів у віці 40 років та метаболізм вуглеводів та імунна регуляція у віці 60 років. Ці висновки дають безпрецедентне розуміння біологічних та молекулярних шляхів, пов'язаних зі старінням людини, та є значним кроком уперед у визначенні терапевтичних втручань проти хронічних захворювань, пов'язаних зі старінням.

Старіння визначається як зниження фізіологічних функцій, пов'язане з віком, що пов'язане з ризиком та розвитком хронічних захворювань, таких як діабет, нейродегенерація, рак та серцево-судинні захворювання.

Нещодавні дослідження з використанням сучасних системних високопродуктивних омікових технологій показують, що, всупереч попереднім переконанням, старіння не є лінійним процесом. У дослідженні використовувалися транскриптоміка, протеоміка, метаболоміка та аналіз мікробіому для вивчення складності старіння на молекулярному рівні. Певні вікові пороги можуть служити ключовими моментами, що відповідають значним нелінійним змінам у метаболізмі та молекулярних профілях. Наприклад, нейродегенеративні захворювання та серцево-судинні захворювання демонструють значні піки поширеності серед населення віком близько 40 та 60 років.

Незважаючи на ці відносно нові знання, література досі зосереджувалася на біології старіння, виходячи з припущення, що старіння є лінійним процесом. Такий підхід, можливо, приховував механістичні розуміння, необхідні для розробки терапевтичних втручань проти захворювань, пов'язаних зі старінням, перешкоджаючи досягненню продовження тривалості життя та здоров'я людини в похилому віці.

Метою цього дослідження було заповнити цю прогалину в літературі, використовуючи ряд методів глибокого мультиомічного профілювання для вивчення специфічних змін у біологічних та молекулярних шляхах, пов'язаних з різними віковими групами дорослих. Дослідження проводилося на когорті здорових дорослих добровольців з Каліфорнії, США, віком від 25 до 75 років. Учасники мали право на участь у дослідженні без клінічного анамнезу хронічних захворювань, таких як анемія, серцево-судинні захворювання, рак, психічні розлади або баріатрична хірургія.

Під час збору вихідних даних було проведено модифікований тест на супресію інсуліну, тест на рівень глюкози в плазмі натщесерце та тест на рівень гемоглобіну A1C (HbA1C) для визначення інсулінорезистентності, діабету та середнього рівня глюкози у учасників. Крім того, індекс маси тіла (ІМТ) учасників був зареєстрований при включенні до дослідження та під час подальшого спостереження.

У дослідженні взяли участь 108 учасників (51,9% жінок) віком від 25 до 75 років (медіана 55,7). Учасники надавали зразки для аналізу мультиомік кожні 3-6 місяців (медіана спостереження становила 1,7 року, максимум 6,8 року). Цей ретельний поздовжній аналіз дозволив дослідникам зафіксувати як лінійні, так і нелінійні молекулярні зміни, пов'язані зі старінням. Результати мультиомік підкреслили важливість нелінійних підходів до характеристики біологічного старіння, показавши, що з досліджених молекул лише 6,6% показали лінійні зміни, пов'язані з віком, тоді як 81% показали нелінійні закономірності.

Ці молекулярні патерни були разюче узгодженими у всіх семи мультиомічних дослідженнях, що свідчить про глибокі біологічні наслідки. Підхід траєкторійної кластеризації, який використовувався для групування молекул за їхньою часовою подібністю, виявив наявність трьох різних кластерів (кластери 5, 2 та 4).

Перший кластер включав транскриптомічний модуль, пов'язаний з мРНК та аутофагією, який демонстрував різке зростання приблизно у віці 60 років. Цей шлях підтримує клітинний гомеостаз і демонструє підвищений ризик захворювань, пов'язаних зі старінням. Другий кластер включав шлях метаболізму фенілаланіну, що охоплює рівні глюкози в сироватці/плазмі та рівні азоту сечовини в крові, які значно зростають приблизно у віці 60 років, що вказує на зниження функції нирок та підвищений ризик серцево-судинних захворювань. Третій кластер включав шляхи, пов'язані з метаболізмом кофеїну та біосинтезом ненасичених жирних кислот, які важливі для здоров'я серцево-судинної системи.

Щоб краще зрозуміти піки дисрегуляції мікробіому та молекул під час старіння, дослідники використали модифікований алгоритм аналізу ковзного вікна диференціальної експресії (DE-SWAN). Результати аналізу підкреслюють наявність двох різних піків (гребенів), що відповідають віку близько 40 та 60 років, що було узгоджено для всіх мультиомічних профілів (особливо протеоміки). Модулі першого піку були тісно пов'язані з метаболізмом алкоголю та ліпідів, тоді як модулі другого піку були пов'язані з порушеннями імунної системи, функцією нирок та вуглеводним обміном.

Це дослідження підкреслює високу нелінійність біологічних та молекулярних процесів, пов'язаних зі старінням людини, що продемонстровано в семи різних мультиомічних дослідженнях. Дослідження примітне тим, що воно додатково визначає специфічні закономірності процесу старіння, які різко посилюються приблизно у 40 та 60 років, що відповідає біологічно значущій дисрегуляції алкогольного та ліпідного обміну (у 40 років) та імунній дисфункції, функції нирок та вуглеводного обміну (у 60 років).

«Ці багаті мультиомічні дані та підхід забезпечують глибше розуміння складних процесів старіння, що, на нашу думку, додає цінності існуючим дослідженням. Однак, для підтвердження та розширення цих висновків необхідні подальші дослідження, можливо, з використанням більших когорт, щоб охопити всю складність старіння».