Кровеносные сосуды стареют неодинаково в разных частях организма. В рамках нового международного исследования был создан первый комплексный атлас старения сосудистой системы человека, который показал, что клетки, выстилающие кровеносные сосуды, изменяются по-разному в зависимости от ткани, которую они снабжают кровью.
Атлас эндотелиальных клеток человека при старении (Human Aging Endothelial Cell Atlas), опубликованный в журнале Nature Aging, объединяет данные об активности генов более чем в 375 000 эндотелиальных клеток человека, полученных из 290 образцов 12 типов тканей. Исследование проводилось под руководством Лауры де Рёй (Laura de Rooij) в CeMM — Исследовательском центре молекулярной медицины Австрийской академии наук.
Эндотелиальные клетки образуют тонкий внутренний слой, выстилающий кровеносные сосуды. Они помогают регулировать кровоток, контролировать перемещение веществ в окружающие ткани и координировать реакции на повреждение. Кроме того, они обеспечивают выполнение специфических функций отдельных органов, в том числе формирование защитного барьера в головном мозге и участие в процессах фильтрации в почках.
Карта, созданная на основе уже имеющихся данных
Вместо сбора новых образцов тканей исследователи объединили данные 34 ранее опубликованных исследований с применением одно-клеточного анализа. Они сосредоточились на тканях, классифицированных как здоровые или не поражённые заболеванием, стремясь выявить молекулярные изменения, связанные именно со старением, а не обусловленные преимущественно диагностированными заболеваниями.
Одно-клеточный анализ позволил исследовательской группе изучить активность генов в отдельных эндотелиальных клетках, а не рассматривать кровеносные сосуды как единую однородную структуру. В результате был создан ресурс, который исследователи могут использовать для сравнения процессов старения сосудистых клеток в различных частях организма.
Старение протекает неодинаково
Одним из центральных выводов исследования стало то, что старение эндотелия различается в разных отделах сосудистой системы. В клетках, выстилающих вены, у доноров старшего возраста наблюдалось снижение активности нескольких генов, участвующих в образовании новых кровеносных сосудов. Из этих клеток могут формироваться выросты, которые развиваются в новые сосуды. Этот процесс играет важную роль в обновлении сосудистой сети.
Авторы подчёркивают, что в исследовании непосредственно не оценивалась способность сосудов к восстановлению, поэтому полученные данные не позволяют доказать, что снижение активности генов приводит к нарушению обновления сосудов. Тем не менее этот результат может помочь объяснить, почему с возрастом кровеносные сосуды могут утрачивать способность к самостоятельному обновлению.
В нескольких типах тканей исследователи также обнаружили повышение активности генов, связанных с воспалением и клеточным старением — состоянием, при котором клетки прекращают делиться и могут влиять на окружающие их клетки и ткани.
Как клетки воспринимают окружающую среду
Атлас также выявил возрастные изменения в активности генов, участвующих в механотрансдукции — процессе, посредством которого эндотелиальные клетки реагируют на физические воздействия, такие как кровоток и жёсткость окружающей ткани.
В образцах кожи человека исследователи обнаружили, что белок YAP, участвующий в передаче ответов на механические воздействия, чаще локализовался внутри ядер эндотелиальных клеток у доноров старшего возраста. Это поднимает вопрос, на который пока нет ответа: помогает ли повышение активности YAP клеткам адаптироваться к старению или, напротив, способствует ухудшению функции сосудов.
Исследователи также выявили группу генов, ассоциированных с p21 — белком, способным замедлять или останавливать деление клеток. Сопоставление полученных данных с результатами исследований эндотелиальных клеток, выращенных в лабораторных условиях, и моделей ускоренного старения на мышах подтвердило связь с клеточным старением. Однако, поскольку эти гены также участвуют в реакциях на стресс и росте сосудов, их нельзя использовать для надёжной идентификации клеток, окончательно перешедших в состояние старения.
Исследовательский ресурс, а не готовый метод лечения
Атлас предназначен для использования в научных исследованиях. Сопровождающий его интерактивный портал позволит учёным изучать молекулярные изменения в различных тканях и определять направления для будущих экспериментов.
У исследования есть существенные ограничения. Учёные сравнивали людей разного возраста, а не наблюдали за одними и теми же людьми на протяжении длительного времени. Кроме того, сведения об образе жизни доноров и их медицинском анамнезе были неполными. Эти факторы ограничивают возможности сделать выводы о причинах и последствиях старения сосудов.
Тем не менее эта работа позволяет получить более детальное представление об изменениях кровеносных сосудов с возрастом. Некоторые молекулярные сдвиги могут способствовать ухудшению функции сосудов, тогда как другие могут отражать защитные адаптационные реакции. Разграничение этих двух типов изменений станет необходимым условием для разработки подходов, позволяющих дольше сохранять здоровье кровеносных сосудов.
Источник: CeMM Research Center for Molecular Medicine of the Austrian Academy of Sciences
