Показатели PathStAR
Клеточная, сосудистая и внеклеточная матриксная организация органов человека меняется с возрастом, однако то, когда и как происходит эта структурная перестройка, долгое время систематически не изучалось. Исследователи разработали фреймворк PathStAR, измеряющий структурное старение тканей по стандартным гистопатологическим изображениям. Система выявляет периоды ускорения структурных изменений без обучения на задаче прогнозирования хронологического возраста.
PathStAR применили к 25 306 посмертным биопсиям 40 типов тканей, полученным от 970 доноров в возрасте от 21 до 70 лет, и 30,3 миллиона фрагментов изображений.
Измеренные изменения
Анализ показал, что структурное старение следует разным и нелинейным временным траекториям в зависимости от органа. Сосудистые ткани, особенно большеберцовые и коронарные артерии, демонстрировали раннее старение в 30-летнем возрасте. В матке и влагалище наиболее быстрые структурные изменения наблюдались в начале и середине 50-летнего возраста, то есть в период, совпадающий с менопаузой и постменопаузой. Еще 9 типов тканей, включая ткани пищеварительной системы, простату, яичко и большеберцовую артерию, переживали два отдельных периода ускорения — примерно в 30-летнем и 50-летнем возрасте.
Динамика TNF
При анализе яичников были выявлены два выраженных периода ускорения. Первый совпадал со снижением фертильности в возрасте 35–40 лет, а второй — с менопаузой в возрасте 55–60 лет. В первый период активность воспалительных путей повышалась, тогда как во второй подавлялись пути, связанные с сигналами факторов роста, эпителиально-мезенхимальным переходом и клеточным циклом. Эта двухэтапная закономерность не была выявлена при анализе данных об экспрессии генов и метилировании, полученных для тех же образцов.
В периоды ускорения, общих для разных органов, наблюдалась единая молекулярная картина: активность воспалительных путей, таких как сигналы TNF, интерфероновые ответы и система комплемента, повышалась, тогда как энергетический обмен, пролиферация клеток, репарация DNA, ответ на неправильно свернутые белки и другие механизмы клеточного контроля качества ослабевали.
Контекст и последствия
Кроме того, в сосудистых тканях снижалась активность пероксисом, тогда как в яичках значительно усиливались воспалительные и иммунные пути, а сперматогенез подавлялся.
На индивидуальном уровне было установлено, что нарушения в тканях пищеварительной системы и мужской репродуктивной системе могут развиваться согласованно и быть связаны с половыми гормонами. Посмертные факторы объясняли менее 10% изменений скорости структурного старения в большинстве тканей. Полученные данные показали, что структурное старение в организме человека представляет собой измеримый, специфичный для органов процесс, дополняющий молекулярные часы старения.