Биомаркеры позволяют обнаруживать быстро стареющие органы

192

Исследователи использовали модель машинного обучения для анализа белков крови, чтобы оценить биологический, а не хронологический возраст органов тела. Это способ предсказать риск развития у внешне здорового человека таких заболеваний, как сердечная недостаточность, болезнь Альцгеймера и диабет, что может привести к более раннему лечению.

Хронологический возраст не всегда соответствует биологическому. Процесс старения может вызвать ухудшение структуры и функции органов, что увеличивает риск развития большинства хронических заболеваний. Хотя существует множество методов, с помощью которых можно оценить биологическое старение, большинство из них обеспечивают единую оценку всего тела, а не информацию о возрасте отдельных органов.

Ученые из Стэнфордского медицинского университета провели исследование, в ходе которого были выявлены белковые биомаркеры, которые могут оценить биологический возраст органа и, на основе этого, индивидуальный риск заболевания.

«Мы можем оценить биологический возраст органа у внешне здорового человека», — сказал Тони Висс-Корей, автор исследования. «Это, в свою очередь, предсказывает риск развития у человека заболеваний, связанных с этим органом».

Исследователи изучили 11 органов, систем органов и тканей: сердце, легкие, мозг, почки, печень, поджелудочная железа, кишечник, мышцы, жир, иммунная система и кровеносные сосуды (сосудистая сеть). Они измерили 4979 белков у 5676 взрослых в возрасте от 20 до 90 лет и отметили белки, гены которых экспрессировались как минимум в четыре раза выше в одном органе, чем в любом другом органе. Из всех измеренных белков этому определению соответствовали 856 (17,9%).

Алгоритм машинного обучения был обучен оценивать хронологический возраст 11 органов, используя в качестве входных данных высокоэкспрессированные белки. Ученые также обучили «организменную» модель с использованием неспецифичных для органов белков плазмы и «традиционную» модель с использованием всех белков независимо от специфичности для сравнения вклада конкретных органов в общую сигнатуру выигрыша.

Для каждого человека алгоритм определял «разницу в возрасте» — меру биологического возраста этого человека по сравнению со сверстниками того же возраста. Предыдущие исследования обнаружили связь между возрастными различиями и риском смертности.

Исследователи заметили, что люди с одинаковой условной разницей в возрасте имели разные профили старения органов, причем у некоторых людей наблюдалось чрезмерное старение одного или нескольких органов по сравнению с общей популяцией.

«Когда мы сравнили биологический возраст каждого из этих органов для каждого человека с его аналогами среди большой группы людей без явных тяжелых заболеваний, мы обнаружили, что у 18,4% людей в возрасте 50 лет и старше по крайней мере один орган старел значительно быстрее, чем у остальных», — сказал Тони Висс-Корэй. «И мы обнаружили, что эти люди подвергаются повышенному риску заболевания этого конкретного органа в ближайшие 15 лет».

Наличие одного органа с ускоренным старением сопряжено с риском смертности на 20-50% выше. Хотя только у 1,7% людей наблюдалось резкое старение многих органов, риск смертности у них был значительно повышен.

«Риск смертности у них был в 6,5 раз выше, чем у людей без какого-либо явно стареющего органа».

Что касается конкретных органов, у людей с ускоренным старением сердца риск сердечной недостаточности увеличился на 250%, а также повышенный риск сердечного приступа и фибрилляции предсердий.

Увеличение разницы в возрасте мозга на одно стандартное отклонение привело к увеличению риска клинически значимого снижения когнитивных функций на 34% в течение пяти лет.

Ускоренное старение мозга и сосудов предсказывает прогрессирование болезни Альцгеймера независимо и так же сильно, как уровень тау-белка, нынешнего биомаркера болезни в крови. Также была обнаружена сильная связь между старением почек (то есть на два стандартных отклонения выше нормы) и гипертонией и диабетом.

Выявление органов, которые быстро стареют у внешне здоровых людей, может означать более раннее начало их лечения. А идентификация органоспецифичных белков, которые указывают на чрезмерное старение и связанный с ним риск заболеваний, может привести к созданию новых таргетных лекарств.

«Полученные модели старения органов могут предсказывать смертность, функциональное снижение отдельных органов, риск и прогрессирование заболеваний, а также возрастную гетерогенность между тканями», — говорят ученые. «Этот подход является минимально инвазивным, требует лишь небольшого образца крови и может быть легко применен для понимания последствий медицинских вмешательств, таких как изменение образа жизни и медикаментозная терапия, на уровне органов».

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Дополнительно Nature
По теме