Vědci objevili klíčové biologické změny související s věkem po čtyřicítce a šedesátce.

V nedávné studii publikované v časopise Nature Aging provedli vědci ze Singapuru a USA komplexní longitudinální kohortové profilování (n=108) s využitím nejmodernějších multiomických technik k identifikaci nelineární dynamiky lidského stárnutí. Studovaná kohorta zahrnovala obyvatele Kalifornie ve věku 25 až 75 let, kteří byli sledováni po dobu až 6,8 let (medián 1,7 let).

Studie zjistila, že pouze 6,6 % molekulárních markerů vykazovalo lineární změny s věkem, zatímco značná část – 81 % – vykazovala nelineární vzorce, což zdůrazňuje složitost procesu stárnutí. Analýza molekulárních markerů odhalila, že lidské stárnutí není lineární proces s dramatickými poruchami v určitých biologických drahách pozorovaných kolem 44. a 60. roku věku, jako je metabolismus alkoholu a lipidů ve 40. roce věku a metabolismus sacharidů a imunitní regulace v 60. roce věku. Tato zjištění poskytují bezprecedentní vhled do biologických a molekulárních drah spojených s lidským stárnutím a představují významný krok vpřed v identifikaci terapeutických intervencí proti chronickým onemocněním souvisejícím s věkem.

Stárnutí je definováno jako pokles fyziologických funkcí spojený s věkem, který je spojen s rizikem a rozvojem chronických onemocnění, jako je cukrovka, neurodegenerace, rakovina a kardiovaskulární onemocnění.

Nedávné studie využívající moderní vysoce výkonné omické technologie založené na systémech ukazují, že na rozdíl od předchozího přesvědčení není stárnutí lineární proces. Studie využila transkriptomiku, proteomiku, metabolomiku a analýzu mikrobiomu k prozkoumání složitosti stárnutí na molekulární úrovni. Určité věkové prahy mohou sloužit jako klíčové momenty odpovídající významným nelineárním změnám v metabolismu a molekulárních profilech. Například neurodegenerativní onemocnění a kardiovaskulární onemocnění vykazují významné vrcholy v prevalenci v populaci kolem 40 a 60 let.

Navzdory těmto relativně novým poznatkům se literatura dosud zaměřovala na biologii stárnutí s předpokladem, že stárnutí je lineární proces. Tento přístup mohl zastínit mechanistické poznatky potřebné k vývoji terapeutických intervencí proti nemocem souvisejícím s věkem, což bránilo prodloužení lidského života a zdraví ve stáří.

Cílem této studie bylo zaplnit tuto mezeru v literatuře pomocí řady metod hloubkového multi-omického profilování k prozkoumání specifických změn v biologických a molekulárních drahách spojených s různými věkovými skupinami dospělých. Studie byla provedena na kohortě zdravých dospělých dobrovolníků z Kalifornie v USA ve věku 25 až 75 let. Účastníci byli způsobilí pro studii bez klinické anamnézy chronických onemocnění, jako je anémie, kardiovaskulární onemocnění, rakovina, psychiatrické poruchy nebo bariatrická chirurgie.

Během sběru výchozích dat byl proveden modifikovaný test suprese inzulínu, test glukózy v plazmě nalačno a test hemoglobinu A1C (HbA1C) za účelem stanovení inzulínové rezistence, diabetu a průměrných hladin glukózy u účastníků. Kromě toho byl při vstupu do studie a při následném sledování zaznamenán index tělesné hmotnosti (BMI) účastníků.

Studie zahrnovala 108 účastníků (51,9 % žen) ve věku 25 až 75 let (medián 55,7 let). Účastníci poskytovali vzorky pro multi-omická data každé 3–6 měsíců (medián sledování byl 1,7 roku, maximum 6,8 roku). Tato rigorózní longitudinální analýza umožnila vědcům zachytit lineární i nelineární molekulární změny spojené se stárnutím. Výsledky multi-omického testu zdůraznily důležitost nelineárních přístupů k charakterizaci biologického stárnutí a ukázaly, že ze zkoumaných molekul pouze 6,6 % vykazovalo lineární změny spojené s věkem, zatímco 81 % vykazovalo nelineární vzorce.

Tyto molekulární vzorce byly pozoruhodně konzistentní ve všech sedmi multiomických studiích, což naznačuje hluboké biologické důsledky. Přístup shlukování trajektorií použitý k seskupení molekul podle jejich časové podobnosti odhalil přítomnost tří odlišných shluků (shluky 5, 2 a 4).

První zahrnoval transkriptomický modul související s mRNA a autofagií, který vykazoval prudký nárůst kolem 60. roku věku. Tato dráha udržuje buněčnou homeostázu a ukazuje na zvýšené riziko onemocnění spojených se stárnutím. Druhý klastr zahrnoval dráhu metabolismu fenylalaninu, zahrnující hladiny glukózy v séru/plazmě a hladiny močovinového dusíku v krvi, které se významně zvyšují kolem 60. roku věku, což naznačuje pokles funkce ledvin a zvýšené riziko kardiovaskulárních onemocnění. Třetí klastr zahrnoval dráhy související s metabolismem kofeinu a biosyntézou nenasycených mastných kyselin, které jsou důležité pro kardiovaskulární zdraví.

Pro lepší pochopení vrcholů mikrobiomu a dysregulace molekul během stárnutí použili vědci modifikovaný algoritmus analýzy posuvného okna diferenciální exprese (DE-SWAN). Výsledky analýzy zdůrazňují přítomnost dvou odlišných vrcholů (hřbetů) odpovídajících věku kolem 40 a 60 let, což bylo konzistentní napříč všemi multiomickými profily (zejména proteomickými). Moduly prvního vrcholu byly úzce spojeny s metabolismem alkoholu a lipidů, zatímco moduly druhého vrcholu byly spojeny s poruchami imunitního systému, funkcí ledvin a metabolismem sacharidů.

Tato studie zdůrazňuje vysoce nelineární povahu biologických a molekulárních procesů spojených s lidským stárnutím, jak bylo prokázáno v sedmi různých multiomických studiích. Studie je pozoruhodná v tom, že dále identifikuje specifické vzorce v procesu stárnutí, které se prudce zhoršují kolem 40. a 60. roku věku, což odpovídá biologicky významné dysregulaci metabolismu alkoholu a lipidů (ve 40. roce věku) a imunitní dysfunkci, poruchám funkce ledvin a metabolismu sacharidů (ve 60. roce věku).

„Tato bohatá multi-omická data a přístup poskytují hlubší pochopení složitých procesů stárnutí, což podle nás přidává hodnotu stávajícímu výzkumu. Pro ověření a rozšíření těchto zjištění jsou však zapotřebí další studie, možná s využitím větších kohort, aby se zachytila celá složitost stárnutí.“