По мере старения в теле человека происходят перемены, затрагивающие не только отдельные органы, но и сосудистую систему. Внутренняя поверхность сосудов сформирована из специализированных клеток, которые управляют кровотоком, обменом веществ между кровью и тканями, а также реакцией на повреждения. Тем не менее механизмы старения данных клеток до настоящего времени изучены недостаточно. О том, какие возрастные изменения происходят в сосудах и почему они могут сказываться на их восстановительных способностях, — в материале «Известий».
Каким образом ученые исследовали старение сосудовМеждународный коллектив ученых во главе с Лаурой де Рой из Центра молекулярной медицины CeMM Австрийской академии наук разработал первую комплексную карту возрастных изменений эндотелиальных клеток человека. Данные клетки формируют внутренний слой кровеносных сосудов и задействованы в регуляции кровотока, контроле обмена веществ между кровью и тканями, а также в восстановлении после повреждений.
Для проведения анализа специалисты объединили сведения из 34 ранее опубликованных научных работ. Суммарно они проанализировали генную активность более чем в 375 тысячах клеток, выделенных из 290 образцов 12 различных типов тканей человека. Результаты исследования были представлены в журнале Nature Aging.
Ученые сконцентрировались на тканях, отнесенных к здоровым либо не имеющим установленных диагнозов. Такой подход дал возможность выявлять молекулярные изменения, обусловленные именно возрастными процессами, а не уже существующими заболеваниями.
По какой причине сосуды могут утрачивать способность к регенерацииОдним из ключевых наблюдений явились перемены в клетках, покрывающих изнутри вены. Эти клетки способны участвовать в создании новых сосудистых ветвлений, требующихся для обновления кровеносной сети. Вместе с тем у лиц пожилого возраста специалисты зафиксировали пониженную активность нескольких генов, ассоциированных с образованием кровеносных сосудов.
Данное обстоятельство способно отчасти объяснить, почему с годами возможности сосудистой системы к обновлению снижаются. Однако исследователи не проводили непосредственных измерений восстановительной способности сосудов, поэтому обнаруженную корреляцию нельзя рассматривать как прямое доказательство ухудшения этого процесса. В нескольких типах тканей было также отмечено увеличение активности генов, связанных с воспалительными процессами и клеточным старением. В подобном состоянии клетки перестают делиться, но могут оказывать влияние на окружающие ткани.
Каким образом клетки отвечают на изменения внешней средыЭндотелиальные клетки непрерывно ощущают механические нагрузки, обусловленные током крови и характеристиками прилегающих тканей. После этого они трансформируют данные сигналы в биохимические ответы. Проведенный анализ продемонстрировал, что с возрастом изменяется активность генов, вовлеченных в этот механизм.
Дополнительные опыты с образцами кожи человека обнаружили еще одну характерную черту: у пожилых доноров белок YAP чаще выявлялся в ядрах эндотелиальных клеток. Данный белок способствует реагированию клеток на механические стимулы. Впрочем, значение этого изменения пока остается неопределенным. Ученым еще предстоит установить, помогает ли повышенная активность YAP клеткам адаптироваться к возрастным переменам или, наоборот, ведет к ухудшению функционирования сосудов.
Кроме того, исследователи проанализировали совокупность генов, относящихся к белку p21, который может замедлять либо останавливать клеточное деление. Сопоставление полученных данных с результатами лабораторных экспериментов и моделей ускоренного старения у мышей подтвердило взаимосвязь этих генов с клеточным старением. В то же время они задействованы и в стрессовом ответе, и в образовании сосудов, вследствие чего по их активности нельзя с уверенностью определить, какие именно клетки полностью утратили способность к делению.
Почему процесс старения сосудов различаетсяПроведенное исследование продемонстрировало, что возрастные перемены в эндотелиальных клетках различаются в разных отделах сосудистой системы. По словам первого автора работы Сары Добнер, анализ клеток из разных тканей дал возможность обнаружить закономерности, которые могли бы остаться незамеченными при исследовании отдельных органов либо изолированных типов клеток.
Сара Добнер
Одним из самых поразительных результатов стало то, что старение эндотелия выглядит по-разному в разных частях сосудистой системы. Объединив данные из разных тканей, мы смогли выявить закономерности, которые могли быть упущены при изучении отдельных органов или типов эндотелиальных клеток изолированно.
Разработанная карта дает возможность ученым исследовать молекулярные изменения в сосудах различных органов. Помимо самой работы был представлен интерактивный ресурс, предназначенный для того, чтобы помочь специалистам анализировать полученные сведения и намечать направления дальнейших экспериментов.
Какие вопросы пока остаются без ответаДанное исследование имеет определенные ограничения. Специалисты сопоставляли информацию о людях разного возраста, но не отслеживали изменения в организме одних и тех же участников на протяжении их жизни. Помимо этого, данные об образе жизни доноров и перенесенных ими заболеваниях были неполными, что сужает возможности интерпретации полученных результатов.
В связи с этим в настоящее время невозможно однозначно установить, какие из выявленных изменений напрямую вызывают ухудшение функционирования сосудов, а какие являются адаптацией клеток к меняющимся условиям. Как отметила руководитель исследования Лаура де Рой, разработанная карта позволяет изучать старение сосудов в различных частях тела, а не рассматривать все кровеносные сосуды как единую систему с одинаковыми возрастными изменениями.
Лаура де Рой
Теперь у нас есть ресурс, который поможет выяснить, какие изменения сопровождают старение эндотелия, какие из них могут способствовать ухудшению работы сосудов, а какие могут отражать адаптацию эндотелиальных клеток к изменяющейся окружающей среде.
Авторы надеются, что последующее изучение данных процессов позволит глубже понять механизмы возрастных изменений сосудистой системы и обозначить перспективные направления для будущих исследований.