Старение крови: как стволовые клетки теряют разнообразие и берут курс на воспаление
Исследование, опубликованное в престижном научном журнале Nature, раскрывает важные изменения в кроветворной системе человека и мышей с возрастом. Ученые установили, что со временем стволовые клетки крови, отвечающие за производство всех типов кровяных клеток, начинают вести себя иначе: их разнообразие уменьшается, а некоторые клоны стволовых клеток постепенно вытесняют других и доминируют в процессе кроветворения. Это явление может быть ключевым фактором в развитии хронического воспаления, связанного со старением, известного как «инфламмэйджинг», и повышает риск возникновения различных заболеваний, таких как рак и иммунные патологии.
В молодом организме в кроветворении участвует от 50 000 до 200 000 активных стволовых клеток, которые обеспечивают постоянное обновление крови, создавая миллиарды новых клеток ежедневно. Однако с возрастом этот резервуар значительно сокращается. Клетки начинают терять способность поддерживать баланс между различными типами иммунных и других кровяных клеток. Особенно возрастает доля миелоидных клеток — компонентов иммунной системы, связанных с воспалительными реакциями. Это смещение может быть одной из причин увеличения уровня хронического воспаления у пожилых людей, которое, в свою очередь, делает организм более уязвимым к инфекциям, сердечно-сосудистым заболеваниям и онкологическим патологиям.
Ученые наблюдали эти изменения как у мышей, так и у людей, что позволяет предположить, что такие процессы являются фундаментальной чертой старения кровеносной системы у разных видов. В исследовании участвовали здоровые добровольцы в возрасте от 35 до 70 лет. Было установлено, что снижение разнообразия стволовых клеток начинается уже после 50 лет, а к 60 годам становится почти универсальным явлением.
Для того чтобы проследить судьбу каждой стволовой клетки и её потомков, учёным пришлось решить сложную техническую задачу. Обычные методы генетической маркировки, применяемые в исследованиях на животных, неприменимы к людям по этическим и практическим причинам. Поэтому команда использовала эпигенетические изменения — так называемые эпимутации или метки метилирования ДНК. Эти химические модификации не меняют последовательность ДНК, но регулируют, какие гены активны, а какие — нет. При делении клеток эти метки сохраняются, образуя своего рода уникальный штрихкод для каждого клона стволовых клеток. Таким образом, учёные смогли реконструировать родословную каждой клетки крови.
Это стало возможным благодаря новой технологии, получившей название EPI-Clone. Она была разработана на основе платформы Tapestri (Mission Bio), позволяющей анализировать отдельные клетки. Используя EPI-Clone, исследователи смогли проследить, какие стволовые клетки доминировали в производстве крови, а какие исчезли. Анализ показал, что у старых мышей до 70% стволовых клеток крови принадлежало всего нескольким десяткам крупных клонов, тогда как у молодых животных этот показатель составлял около половины. У людей наблюдалась аналогичная тенденция, хотя точные значения варьировались между индивидами.
Особый интерес вызвали случаи, когда доминирующие клоны содержали мутации, связанные с клональным гемопоэзом (CH) — процессом, при котором отдельные стволовые клетки крови начинают расти быстрее, чем другие. Это явление связано с повышенным риском лейкемии, инсульта и сердечных заболеваний. Однако многие доминирующие клоны не имели никаких известных мутаций, что указывает на то, что клональная экспансия сама по себе является частью нормального старения, даже если она не обязательно ведёт к раку.
Результаты исследования открывают новые возможности для медицины. Во-первых, они могут помочь врачам выявлять ранние признаки нездорового старения задолго до появления клинических симптомов. С помощью анализа клональной структуры стволовых клеток можно будет оценивать, как быстро стареет кровеносная система конкретного человека, и своевременно предлагать профилактические меры. Во-вторых, результаты могут стать основой для разработки терапий, направленных на замедление или даже обращение этих процессов. Например, предыдущие опыты на мышах показали, что удаление миелоидно-смещенных стволовых клеток может восстановить более молодой профиль кроветворения и улучшить иммунный ответ.
EPI-Clone представляет собой мощный инструмент для клинических исследований, поскольку использует естественные эпигенетические штрихкоды, а не искусственную генную модификацию. Это делает технологию подходящей для применения у людей и потенциально полезной в рамках персонализированной медицины старения.
Авторы исследования подчеркивают важность разнообразия стволовых клеток для устойчивости всей кровеносной системы. Как объяснил доктор Ларс Вельтен из Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне, конкуренция между стволовыми клетками в молодости создаёт богатую и устойчивую экосистему. С возрастом же эта система становится всё менее разнообразной, а значит, более хрупкой. Когда лишь несколько клонов берут на себя основную нагрузку, система теряет способность эффективно реагировать на различные стрессовые воздействия.
Таким образом, это исследование не только углубляет понимание биологических механизмов старения, но и предлагает новый подход к его диагностике и лечению. Оно демонстрирует, как современные технологии позволяют заглянуть внутрь самых глубоких уровней функционирования организма и открывают путь к более долгой и здоровой жизни.