Структуры тканей тела стареют по-разному, но иногда синхронизируются

Уже довольно много известно о молекулярных, клеточных и системных изменениях при старении, но получено мало данных о структурном старении — изменениях в структуре тканей, пространственной организации клеток, сосудистой системе и внеклеточном матриксе. Гистология показывает, что при старении происходит фрагментация волокон, атрофия и фиброз, а также специфичные для тканей изменения, такие как потеря фолликул в яичнике, атрофия мышц, затвердевание артерий.

Исследователи из США попробовали ответить на вопрос, когда и как ухудшаются структуры различных тканей в процессе старения. Для этого они разработали метод PathStAR (Pathology-based Structural Aging Rate), который выявляет признаки старения по гистопатологическим изображениям, и применили ее к примерно 25 тыс. изображений посмертных биопсий 40 тканей от 970 доноров 21–70 лет.

Сначала авторы подтвердили наличие классических признаков старения — атрофии, фиброза, кист, атеросклероза, также отметили уменьшение количества яйцеклеток, снижение интенсивности сперматогенеза и истончение защитных слоев, включая слизистую оболочку, эндометрий и миометрий. Затем исследователи проанализировали отдельные органы и их траектории старения.

Они отметили снижении функции яичников: фертильность постепенно падает, начиная с 30 лет, сопровождаясь уменьшением количества фолликул, которое ускоряется к 40 и заканчивается менопаузой в 50–55. Молекулярные часы не могут отследить такое нелинейное ремоделирование. PathStAR показал, что в траектории структурного старения есть два пика ускоренного старения — в 35–40 лет, когда фертильность снижается, и в 55–60 лет, при менопаузе.

В первый период ускоренного структурного старения усиливается экспрессия провоспалительных путей. Видимо, провоспалительное микроокружение совпадает с быстрой потерей овариального резерва. Для второго периода характерно снижение активности сигнальных путей факторов роста (TGF-β), процессов эпителиально-мезенхимального перехода и путей регуляции клеточного цикла, что согласуется с утратой фолликулярной активности и снижением стероидогенеза в постменопаузе.

При анализе многих тканей легко удавалось отличить образцы молодых и пожилых людей. Авторы выделили 15 тканей, где эти закономерности особенно четко прослеживались, и построили траектории структурного старения. Эти траектории можно разделить на три группы: рано стареющие ткани (высокая скорость старения в 30-39, затем замедление), поздно стареющие ткани (долгое время стабильны, затем претерпевают большую перестройку в позднем возрасте) и ткани с двухфазным старением (как в случае яичников).

Пример рано стареющих тканей — это сосудистая система с ранним структурным старением, достигающим максимума скорости в 30-39 лет. Поздно стареют матка и влагалище, с максимумом скорости старения в 50-55 лет. Это совпадает со вторым пиком старения яичников, вероятно, под влиянием общих гормональных факторов. Двухфазное старение было характерно не только для яичников, но и для пищеварительной системы, простаты и яичек, а также большеберцовой артерии. Пики приходились на 30-39 и 50-55 лет.

У периодов ускоренного структурного старения были общие молекулярные сигнатуры: активация провоспалительных путей (TNF-α, IFN-α, система комплемента), снижение экспрессии систем выработки энергии, пролиферации и контроля качества клеток. Но у отдельных систем органов были свои особенности. Так, в аорте снижалась активность пероксисом. Это связано с накоплением липидов и окислительным стрессом. В яичках активировались воспалительные и иммунные пути и подавлялся сперматогенез.

Периоды ускоренного структурного старения связаны друг с другом в тканях одной системы органов. То есть если у человека одна ткань стареет быстрее нормы, то это затронет и родственные ткани. Также была показана неожиданная связь между репродуктивной системой и пищеварительной. Для них обоих характерно двухфазное старение. В тканях желудочно-кишечного тракта в первый период ускоренного старения наблюдалось наибольшее обогащение гормонозависимыми сигнальными путями (реакция на эстроген и андроген), даже более высокое, чем в репродуктивных тканях. Структурное старение тканей пищеварительной и репродуктивной систем может быть связано посредством гормонального сигналинга, ослабление которого провоцирует синхронную структурную деградацию. Ускоренное структурное старение было связано с развитием патологий и системных заболеваний.

С ускоренным и замедленным старением связаны эпигенетические изменения в одних и тех же сайтах