Jak se liší věk jednotlivých orgánů v našem těle?

Stárnoucí orgány

Stárnutí vede k postupnému úpadku funkce a struktury tkání v celém organismu, což dramaticky zvyšuje riziko většiny chronických onemocnění. Podrobné studie molekulárních změn souvisejících se stárnutím prokázaly u myší, že pro jednotlivé orgány se trajektorie i načasování procesů stárnutí liší, stejně jako jejich odolnost vůči nemocem.

Dosud není známo, k jakým změnám na molekulární úrovni dochází v souvislosti se stárnutím jednotlivých lidských orgánů. Autoři prezentované studie proto zkoumali plazmatické koncentrace proteinů pocházejících ze specifických orgánů, aby mohli zanalyzovat orgánově specifické stárnutí u živých lidí. Využili přitom již zavedenou klinickou praxi, která běžně využívá specifické plazmatické proteiny jako minimálně invazivní markery zdraví jednotlivých orgánů (například jaterní transaminázy).

Plazmatické proteiny jako model stárnutí

Vědci využili stanovení 4979 proteinů u celkem 5676 dospělých různého věku z 5 nezávislých kohort, na základě něhož s pomocí dat z masivního orgánového sekvenování RNA v rámci projektu Genotype-Tissue Expression zmapovali možný orgánově specifický plazmatický proteom. Toto mapování poté použili k trénování modelu stárnutí orgánů.

Geny byly klasifikovány jako „orgánově obohacené”, pokud byly v jednom orgánu ve srovnání s jakýmkoliv jiným orgánem exprimovány alespoň čtyřnásobně. Z celkového množství plazmatických proteinů odpovídalo této definici 856 (18 %) z nich, největší množství orgánově obohacených proteinů přitom pocházelo z mozkové tkáně.

Již dříve bylo zjištěno, že plazmatické proteiny lze použít k trénování modelů strojového učení pro odhad chronologického věku v nezávislých kohortách. Model stárnutí vytváří pro každého jednotlivce „věkový rozdíl”, což představuje jeho biologický věk ve vztahu k jiným stejně starým vrstevníkům. Několik studií demonstrovalo souvislosti mezi věkovými rozdíly a rizikem úmrtí nebo jinými onemocněními souvisejícími s věkem, což podporuje hypotézu, že vypočtený věkový rozdíl obsahuje informace o relativním biologickém stárnutí. 

Každý orgán stárne jinak

Ačkoliv by se dalo předpokládat, že extrémní stárnutí v jednom orgánu by mohlo být předzvěstí extrémního stárnutí i v jiných orgánech, výsledky studie amerických vědců to neprokázaly. Celkem 18,4 % sledované populace vykazovalo značně zvýšený biologický věk v jednom ze studovaných orgánů a pouze 1,7 % kohorty vykazovalo extrémní stárnutí ve více orgánech.

Jediný konzistentní typ multiorgánového extrémního stárnutí byl definován extrémními rozdíly v lipidovém, mozkovém, srdečním, imunitním a jaterním věku a věku na úrovni celého organismu.

Specifické chorobné stavy

Orgánové extrémní stárnutí (ageotyp) bylo spojeno se specifickými chorobnými stavy. Stárnutí ledvin bylo nejvýrazněji asociováno s metabolickými onemocněními (diabetes, obezita, hypercholesterolémie, hypertenze). U jedinců s hypertenzí byl ledvinový věk přibližně o rok vyšší než u jejich vrstevníků, zatímco u jedinců s diabetem byly ledviny přibližně o 1,3 roku starší. 

Stárnutí srdce bylo dle očekávání nejvýrazněji asociováno se srdečními onemocněními (fibrilace síní a infarkt myokardu), svalový ageotyp nejčastěji s poruchami chůze, ageotyp mozku nejvýrazněji s cerebrovaskulárními onemocněními a stárnutí na úrovni celého organismu nejsignifikantněji souviselo s Alzheimerovou chorobou (AD). Například infarkt myokardu a AD byly spojeny s urychleným stárnutím prakticky všech orgánů, přičemž jiná onemocnění měla dopad na konkrétní orgán nebo podskupinu orgánů. 

Výsledky také naznačují, že časný pokles kognitivních funkcí je spojen s vaskulární kalcifikací, změnami extracelulární matrix a odlučováním synaptických proteinů. 

Vyšší riziko úmrtí

Zrychlené stárnutí orgánů přináší o 20–50 % vyšší riziko úmrtí a orgánově specifická onemocnění souvisejí s rychlejším stárnutím těchto orgánů. U jedinců se zrychleným stárnutím srdce bylo zjištěno 250% zvýšení rizika srdečního selhání. Zrychlené stárnutí mozku a cév předpovídají progresi AD stejně silně jako plazmatický fosforylovaný protein tau (pTau-181), který je považovaný za současný nejlepší krevní biomarker pro AD.

Závěr

Analýzu plazmatického proteomu ve spojení se strojovým učením lze využít pro neinvazivní měření orgánového zdraví a stárnutí. Jednotlivé orgány stárnou různou rychlostí a tyto individuální rozdíly mohou pomoci s odhadem rizika budoucího onemocnění. 

(lexi)

Zdroj: Oh H., Rutledge J., Nachun D. et al. Organ aging signatures in the plasma proteome track health and disease. Nature 2023 Dec; 624 (7990): 164–172, doi:10.1038/s41586-023-06802-1.