Биологический возраст увеличивается из-за стресса и восстанавливается после выздоровления, показывает исследование часов метилирования ДНК.
Согласно исследованию, опубликованному 21 апреля в журнале Cell Metabolism, биологический возраст людей и мышей подвергается быстрому увеличению в ответ на различные формы стресса, который меняется на противоположный после восстановления после стресса . Эти изменения происходят в течение относительно коротких периодов времени, дней или месяцев, в соответствии с несколькими независимыми часами эпигенетического старения.
«Это открытие текучего, изменчивого, податливого возраста бросает вызов давней концепции однонаправленной восходящей траектории биологического возраста на протяжении всей жизни», — говорит соавтор исследования Джеймс Уайт из Медицинской школы Университета Дьюка. «Предыдущие отчеты намекали на возможность кратковременных колебаний биологического возраста, но вопрос о том, являются ли такие изменения обратимыми, до сих пор оставался неисследованным. Критически важно, что триггеры таких изменений также были неизвестны».
Считается, что биологический возраст организмов неуклонно увеличивается в течение жизни, но теперь ясно, что биологический возраст не связан неразрывно с хронологическим возрастом. Люди могут быть биологически старше или моложе, чем предполагает их хронологический возраст. Более того, все больше данных на животных моделях и людях указывает на то, что на биологический возраст могут влиять заболевания, медикаментозное лечение , изменения образа жизни и воздействие окружающей среды, среди прочих факторов.
«Несмотря на широко распространенное признание того, что биологический возраст, по крайней мере, в некоторой степени податлив, степень, в которой биологический возраст претерпевает обратимые изменения на протяжении всей жизни, и события, вызывающие такие изменения, остаются неизвестными», — говорит соавтор исследования Вадим Гладышев из Brigham and Women’s Hospital. Гарвардская медицинская школа.
Чтобы заполнить этот пробел в знаниях, исследователи использовали возможности часов метилирования ДНК, которые были обновлены на основе наблюдения того, что уровни метилирования различных участков генома предсказуемо меняются в течение хронологического возраста. Они измеряли изменения биологического возраста у людей и мышей в ответ на различные стрессовые раздражители. В одной серии экспериментов исследователи хирургическим путем присоединили пары мышей в возрасте 3 и 20 месяцев в процедуре, известной как гетерохронный парабиоз.
Результаты показали, что биологический возраст может увеличиваться в течение относительно коротких периодов времени в ответ на стресс, но это увеличение носит временный характер и имеет тенденцию к возвращению к исходному уровню после восстановления после стресса. На эпигенетическом, транскриптомном и метаболомном уровнях биологический возраст молодых мышей увеличивался за счет гетерохронного парабиоза и восстанавливался после хирургической отслойки.
«Увеличение биологического возраста при воздействии состаренной крови согласуется с предыдущими сообщениями о вредных возрастных изменениях при гетерохронных процедурах обмена кровью», — говорит первый автор Джесси Поганик из Brigham and Women’s Hospital Гарвардской медицинской школы.
«Однако об обратимости таких изменений, как мы наблюдали, еще не сообщалось. Исходя из этого первоначального понимания, мы предположили, что другие естественные ситуации также могут вызывать обратимые изменения биологического возраста».
Как и предсказывалось, временные изменения биологического возраста также происходили во время серьезных операций , беременности и тяжелого течения COVID-19 у людей или мышей. Например, у пациентов с травмами наблюдалось сильное и быстрое увеличение биологического возраста после экстренной хирургической операции. Тем не менее, это увеличение было обращено вспять, и биологический возраст восстановился до исходного уровня через несколько дней после операции.
Точно так же у беременных женщин наблюдалось послеродовое восстановление биологического возраста с разной скоростью и величиной, а иммунодепрессант под названием тоцилизумаб ускорял восстановление биологического возраста выздоравливающих пациентов с COVID-19.
«Выводы показывают, что сильный стресс увеличивает смертность, по крайней мере частично, за счет увеличения биологического возраста», — говорит Гладышев. «Это понятие сразу же предполагает, что смертность может быть снижена за счет снижения биологического возраста и что способность восстанавливаться после стресса может быть важной детерминантой успешного старения и долголетия. Наконец, биологический возраст может быть полезным параметром для оценки физиологического стресса и его облегчения. »
Дополнительные результаты показали, что часы метилирования ДНК человека второго поколения дают стабильные результаты, тогда как часы первого поколения обычно не обладают чувствительностью для обнаружения временных изменений биологического возраста.
«Какой бы ни была основная причина, эти данные подчеркивают критическую важность разумного выбора часов метилирования ДНК, соответствующих анализу, особенно в свете множества часов, постоянно выходящих на первый план», — говорит Гладышев.
Хотя это исследование выдвигает на первый план ранее недооцененный аспект природы биологического старения, исследователи признают некоторые важные ограничения. Хотя они охарактеризовали модель парабиоза на нескольких уровнях омики, они полагались в основном на часы метилирования ДНК, чтобы сделать вывод о биологическом возрасте в исследованиях на людях , потому что эти инструменты являются наиболее мощными биомаркерами старения, доступными в настоящее время. Кроме того, результаты ограничены в их способности исследовать связи между краткосрочными колебаниями биологического возраста и траекториями биологического старения на протяжении всей жизни.
«Наше исследование раскрывает новый слой динамики старения, который следует учитывать в будущих исследованиях», — говорит Уайт. «Ключевой областью для дальнейших исследований является понимание того, как временное увеличение биологического возраста или успешное восстановление после такого увеличения может способствовать ускоренному старению на протяжении всей жизни».
