PathStARの数値
ヒトの臓器における細胞、血管、細胞外マトリックスの構造は加齢に伴って変化するが、この構造的変化がいつ、どのように起きるのかは、長い間、体系的に研究されてこなかった。研究者らは、日常的な病理組織学画像から組織の構造的老化を測定するPathStARというフレームワークを開発した。このシステムは、暦年齢を推定するよう訓練されることなく、構造的変化が加速する時期を特定する。
PathStARは、21～70歳の970人のドナーから採取された40組織の25,306件の死後生検と30.3ミリオン個の画像パッチに適用された。
測定された変化
分析の結果、構造的老化は臓器ごとに異なる非線形の時間軸をたどることが示された。血管組織、特に脛骨動脈と冠動脈では、30代に早期の老化が見られた。子宮と膣では、最も速い構造変化が50代前半から半ば、すなわち閉経および閉経後に当たる時期に見られた。消化器系組織、前立腺、精巣、脛骨動脈を含む9組織では、30代頃と50代頃に、2つの異なる加速期を経験した。
TNFの推移
卵巣の分析では、2つの明確な加速が確認された。1つ目は35～40歳における生殖能力の低下と重なり、2つ目は55～60歳における閉経と重なった。1つ目の時期には炎症経路の活性が高まった一方、2つ目の時期には、成長因子シグナル、上皮間葉転換、細胞周期に関連する経路が抑制された。この2段階のパターンは、同じサンプルの遺伝子発現データとメチル化データを用いた分析では現れなかった。
臓器間の加速期には、共通する分子パターンが見られた。TNFシグナル、インターフェロン応答、補体系などの炎症経路が活性化する一方、エネルギー産生、細胞増殖、DNA修復、 unfolded protein response、その他の細胞内品質管理機構は低下した。
背景と影響
これに加えて、血管組織ではペルオキシソーム機能が低下した一方、精巣では炎症経路と免疫経路が大幅に活性化し、精子形成は抑制された。
個人レベルでは、消化器組織と男性生殖組織の機能低下が連動して進行する可能性があり、これは性ホルモンと関連していることが示された。死後の要因が構造的老化速度の変動を説明した割合は、ほとんどの組織で10%未満だった。これらの結果は、人体における構造的老化が、測定可能で臓器特異的なプロセスであり、分子老化時計を補完するものであることを明らかにした。