Старение органов человека идёт по разным графикам

Старение органов человека, судя по структуре тканей, идёт не как единый плавный процесс. Одни ткани быстрее меняются уже в 30-е годы, другие — главным образом около 50 лет, а у некоторых видны два отдельных периода ускорения. Именно такую картину получили авторы работы в Nature Aging, проанализировав десятки тысяч гистологических препаратов.

В основе исследования — 25 306 посмертных образцов 40 тканей от 970 доноров проекта GTEx в возрасте от 21 до 70 лет. Вместо привычного «часового» подхода, где алгоритм пытается предсказать возраст человека, авторы разработали систему PathStAR, которая оценивает, насколько быстро с возрастом меняется сама архитектура ткани.

Не возраст по картинке, а скорость перестройки

На гистологическом срезе видны клетки, сосуды, внеклеточный матрикс и их взаимное расположение. PathStAR разбивал цифровые изображения на небольшие участки, переводил их морфологию в числовые признаки, а затем сравнивал соседние десятилетние возрастные интервалы.

То есть система не спрашивала: «Сколько лет человеку по этому срезу?» Она задавала другой вопрос: «В каком возрасте структура этой ткани меняется быстрее всего?» Это позволило построить для разных органов не одну линию старения, а отдельные траектории.

Хорошим тестом оказался яичник. По 250 образцам система выявила два пика ускоренных структурных изменений: примерно в 35–40 и 55–60 лет. Они совпали с известными периодами снижения фертильности и менопаузы. При этом соответствующие нелинейные переходы были менее заметны в сопоставленных данных об экспрессии генов и метилировании ДНК.

У разных тканей — разные расписания

После отбора наиболее надёжных траекторий проявились три основных типа. Сосудистые ткани относились к раннему варианту: скорость структурных изменений была особенно высокой уже в 30-е годы. Матка и влагалище, напротив, демонстрировали позднее ускорение — преимущественно в начале и середине 50-х, примерно во время менопаузы.

Самым частым оказался двухфазный вариант. У тканей пищеварительного тракта, мужской репродуктивной системы и некоторых других тканей ускорение появлялось дважды — обычно в 30-е и затем около 50 лет. Это не означает, что орган «стареет скачком» именно в день рождения: метод использует скользящие десятилетние окна и показывает периоды наиболее быстрых морфологических изменений в популяции.

Во время таких периодов в разных тканях повторялась общая молекулярная картина: усиливались признаки воспаления, а программы энергетического обмена, ремонта и клеточного контроля качества становились слабее. Но детали различались между органами, поэтому авторы говорят не об одном универсальном механизме, а о нескольких тканеспецифичных программах.

Органы могут стареть согласованно

У одного и того же человека некоторые ткани менялись согласованно. Так, ускоренное структурное старение коррелировало внутри пищеварительной, сосудистой и женской репродуктивной систем. Неожиданная связь появилась и между пищеварительными тканями и простатой: у части доноров более выраженное отклонение в одной группе сопровождалось более выраженным отклонением в другой.

В пищеварительных тканях в первый период ускорения были особенно заметны пути, чувствительные к эстрогенам и андрогенам. Это делает общую гормональную регуляцию возможным объяснением согласованного старения разных органов, но пока именно объяснением, а не доказанной причинной цепочкой.

У работы есть важные ограничения. Это не наблюдение одних и тех же людей на протяжении десятилетий, а сравнение посмертных образцов разных доноров. GTEx объединяет людей с разным состоянием здоровья и разными обстоятельствами смерти, а десятилетние окна сглаживают более быстрые переходы. Кроме того, изменение структуры не всегда означает повреждение: часть перестройки может быть адаптивной или нейтральной.

Главный результат поэтому не в появлении ещё одних «часов старения». Работа показывает, что физическая архитектура человеческих тканей меняется по разным временным программам — и некоторые из этих программ оказываются согласованы между органами. Это добавляет к молекулярным часам старения другой слой: не только сколько лет выглядит ткань, но и когда именно её структура меняется быстрее.