Биологичната възраст на органите и клетките показва риска от заболявания

Изследователи от Института по неврология „Ву Цай“ към Станфордския медицински университет разработват метод, базиран на кръвни изследвания, който може да определи биологичната възраст на повече от 40 различни типа клетки в тялото и по този начин дава възможност за извършване оценка на риска от заболяване години преди да се появят симптомите за него. Методът комбинира плазмена протеомика с машинно обучение и прави оценка за биологичната възраст на типове клетки в имунната, нервната, глиалната, ендокринната, епителната и скелетно-мускулната системи.

Биологичната възраст

В основата на проучването е биологичната възраст. Както я определят от изследователската група на проф. Тони Уес-Корей, тя е не само загадъчна, но е и по-точната мярка за физиологическото състояние и вероятността от развитието на разстройства, свързани със стареенето – от сърдечни проблеми до болестта на Алцхаймер. Да се разбере колко стари са мозъкът, артериите или бъбреците е важно, а настоящото изследване показва, че органите в човешките тела стареят с различна скорост и това се отнася не само за тях, но и за клетките, от които са съставени.

Проучването

Може ли плазмената протеомика да бъде използвана за анализ на специфичното за клетъчния тип стареене е основният въпрос, на който учените търсят отговор. Като анализират над 7000 плазмени протеина, измерени при 60 542 души, изследователите разработват модели за машинно обучение, за да оценят биологичната възраст на повече от 40 клетъчна типа.

„В това проучване ние извършваме цялостен анализ на клетъчното стареене, използвайки плазмени измервания на повече от 7000 протеина от 60 542 души в три независими кохорти. Картографирахме плазмените протеини до техния предполагаем клетъчен произход и създадохме изчислителни модели, които измерват биологичната възраст на повече от 40 типа. За да оценим клиничната значимост, ние определихме количествено ускорението на възрастта и оценяваме връзките с болестите и смъртността“, пишат авторите в статията, публикувана в Nature Medicine, в която представят метода.

Екипът се фокусира върху 44 498 произволно избрани участници на възраст между 40 и 70 години. Данните им са от UK Biobank, в която са събрани кръвните проби и актуализирани медицински доклади на близо 600 000 души. Избраните участници биват наблюдавани в продължение на 17 години за промени в здравословното им състояние.

Групата изследователи на проф. Тони Уес-Корей използва усъвършенствана лабораторна технология, която измерва количествата на близо 3000 протеина в кръвта на всеки участник. 15% от тези протеини могат да бъдат проследени до един органен произход, а много от останалите до множество органи.

След това въвеждат нивата на протеини в кръвта на хората в програмата и определят средните нива на всеки от тези специфични за органа протеини като ги коригират спрямо възрастта. И въз основа на това създават алгоритъм, който установява доколко протеиновата сигнатура на всеки орган се различава от общата средна стойност за хората на тази възраст.

Въз основа на разликите между индивидуалните и коригираните спрямо възрастта средни нива на протеини, определени за органите, алгоритъм посочва биологичната възраст за всеки от 11-те органа и системи за всеки човек. Измерва още доколко мултипротеиновият подпис на всеки орган при даден човек се отклонява от средния за хора на същата възраст.

Протеиновите подписи са показатели за относителното биологично състояние на отделните органи. Отклонение, по-голямо от 1,5 от средната стойност, поставя органа на човек в категорията „изключително стар“ или „изключително млад“.

Една трета от участниците в проучването имат поне един орган със стандартно отклонение от 1,5 или по-голямо от средната стойност, а един на всеки четирима е с множество изключително стари или млади органи.

В основата на новия модел е по-стара работа на екипа, свързана с разработването на кръвен тест, който е в състояние за оцени биологичната възраст на 11 органа и системи – мозък, сърце, бял и черен дроб, бъбреци, панкреас, черва, мускули, артерии, имнунна система. И ако това проучване, публикувано през юли 2025 г., измерва стареенето на органно ниво, настоящото го оценява на клетъчно ниво.

Резултати

Признаците на клетъчно стареене са свързани със статуса на заболяването и предсказват развитието му, но и смъртността в рамките на период на проследяване от 15 години.

Алгоритъмът показва здравословното състояние на човек в бъдеще въз основа на настоящата биологична възраст на органите му.

Проф. Тони Уес-Корей и колегите му проверяват за наличието на връзки между изключително старите органи и 15 различни заболявания, сред които болестите на Алцхаймер, Паркинсон, диабет тип 2, ревматоиден артрит, остеоартрит, хронични бъбречно и чернодробно заболяване.

Рисковете за няколко от тези заболявания се влияят от биологичната възраст на множество различни органи. При наличието на биологично остарял орган вероятността човек да развие болест, свързана с него, е висока. Например, биологично старо сърце предсказва по-висок риск от сърдечна недостатъчност и предсърдно мъждене, остарели бели дробове показват повишен риск от хронична обструктивна белодробна болест.

Особено силна е връзката между стария мозък и развитието на болестта на Алцхаймер. Рискът е 3 пъти по-висок в сравнение с нормално стареещия мозък. От друга страна, когато мозъкът е изключително млад, човек е защитен от заболяването.

„Човек с биологично стар мозък е 12 пъти по-вероятно да чуе диагнозата „болест на Алцхаймер“. Възрастта на мозъка е най-добрият предсказващ фактор за общата смъртност. Наличието на изключително стар мозък увеличава риска от смърт със 182% за период от 15 години. При хората с изключително млад мозък рискът от смърт за същия период намалява с 40%“, коментира проф. Тони Уес-Корей.

Изследователите казват, че възрастта на мозъка може да бъде използвана като показател да предстояща поява на Алцхаймер. Това позволява лекарите да се намесят преди външните симптоми да се проявят, когато все още има време заболяването да бъде спряно.

Проф. Уес-Корей подчертава, че събирането на данни за начина на живот, диетата, приема на лекарства в комбинация с оценки на възрастта на органите може да помогне да се установи как всички тези фактори влияят върху стареенето на органите, но и да даде отговор дали има лекарства, които могат да възстановят младостта на органите преди хората да се разболеят.

„Това е бъдещето на медицината. Днес отивате на лекар, защото нещо ви боли. Опитваме се да преминем от грижи за болните към грижи за здравите, да се намесим преди човек да развие специфичното за органа заболяване“, казва проф. Тони Уес-Корей.

Не на последно място изследователите показват, че не само органите, но и отделните типове клетки в тях могат да бъдат класифицирани по биологична, а не по хронологична възраст.

Проучването разкрива нови биологична взаимовръзки и потенциални диагностични подходи.

Предлага, например, доказателства, че индивиди, чиито геноми носят две копия на генотипа APOE4, тоест те са с изключително висок риск за болестта на Алцхаймер, имат „по-стари“ астроцити, които са ключови поддържащи клетки в мозъка. В същото време за носители на две копия APOE4 с „по-млади“ астроцити рискът е неутрализиран.

Изследването показва още, че при хората с биологично стари скелетно-мускулни клетки рискът от развитие на амиотрофична латерална склероза се увеличава с 12,7 пъти. И това се открива повече от три години преди да се появят симптоми и да бъде поставена диагноза.
Стареенето на миелоидните имунни клетки е свързано с повишен риск от поява на диабет тип 2.

Според изследователите откритията им показват, че „специфичните клетъчни уязвимости и кумулативното натоварване от стареенето влияят върху оцеляването.“