Tutkijat ovat havainneet keskeisiä ikään liittyviä biologisia muutoksia 40- ja 60-luvuilla.

Nature Aging -lehdessä julkaistussa tuoreessa tutkimuksessa singaporelaiset ja yhdysvaltalaiset tutkijat suorittivat kattavan pitkittäisen kohorttiprofiloinnin (n=108) käyttäen huippuluokan multi-omiikkatekniikoita ihmisen ikääntymisen epälineaarisen dynamiikan tunnistamiseksi. Tutkimuskohorttiin kuului 25–75-vuotiaita kalifornialaisia, joita seurattiin jopa 6,8 vuoden ajan (mediaani 1,7 vuotta).

Tutkimuksessa havaittiin, että vain 6,6 % molekyylimarkkereista osoitti lineaarisia muutoksia iän myötä, kun taas merkittävä osa – 81 % – osoitti epälineaarisia kaavoja, mikä korostaa ikääntymisprosessin monimutkaisuutta. Molekyylimarkkereiden analyysi paljasti, että ihmisen ikääntyminen ei ole lineaarinen prosessi, sillä tietyissä biologisissa reiteissä havaitaan dramaattisia häiriöitä noin 44 ja 60 vuoden iässä, kuten alkoholi- ja lipidiaineenvaihdunnassa 40 vuoden iässä sekä hiilihydraattiaineenvaihdunnassa ja immuunijärjestelmän säätelyssä 60 vuoden iässä. Nämä löydökset tarjoavat ennennäkemätöntä tietoa ihmisen ikääntymiseen liittyvistä biologisista ja molekyylitason reiteistä ja edustavat merkittävää edistysaskelta ikään liittyvien kroonisten sairauksien hoitotoimenpiteiden tunnistamisessa.

Ikääntymisellä tarkoitetaan ikääntymiseen liittyvää fysiologisten toimintojen heikkenemistä, joka liittyy kroonisten sairauksien, kuten diabeteksen, hermoston rappeutumissairauksien, syövän ja sydän- ja verisuonitautien, riskiin ja kehittymiseen.

Viimeaikaiset tutkimukset, joissa on käytetty moderneja järjestelmäpohjaisia suuriteho-omiikkateknologioita, osoittavat, että aiempien uskomusten vastaisesti ikääntyminen ei ole lineaarinen prosessi. Tutkimuksessa käytettiin transkriptomiikkaa, proteomiikkaa, metabolomiikkaa ja mikrobiomianalyysiä ikääntymisen monimutkaisuuden tutkimiseksi molekyylitasolla. Tietyt ikärajat voivat toimia keskeisinä hetkinä, jotka vastaavat merkittäviä epälineaarisia muutoksia aineenvaihdunnassa ja molekyyliprofiileissa. Esimerkiksi neurodegeneratiiviset sairaudet ja sydän- ja verisuonisairaudet osoittavat merkittäviä esiintyvyyspiikkejä väestössä noin 40 ja 60 vuoden iässä.

Tästä suhteellisen uudesta tiedosta huolimatta kirjallisuus on tähän mennessä keskittynyt ikääntymisen biologiaan olettaen, että ikääntyminen on lineaarinen prosessi. Tämä lähestymistapa on saattanut hämärtää mekanistisia näkemyksiä, joita tarvitaan ikään liittyvien sairauksien hoitoon tarkoitettujen terapeuttisten interventioiden kehittämiseen, mikä on haitannut ihmisen eliniän ja terveyden pidentämistä vanhuudessa.

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli paikata tämä kirjallisuudessa oleva aukko käyttämällä useita syvällisiä multi-omiikkaprofilointimenetelmiä tutkiakseen tiettyjä biologisten ja molekyylitason reittien muutoksia, jotka liittyvät eri ikäryhmiin aikuisilla. Tutkimus tehtiin terveille aikuisille vapaaehtoisille Kaliforniasta, Yhdysvalloista, jotka olivat 25–75-vuotiaita. Tutkimukseen osallistumiskelpoisia olivat henkilöt, joilla ei ollut kliinistä historiaa kroonisista sairauksista, kuten anemiasta, sydän- ja verisuonitaudeista, syövästä, psykiatrisista häiriöistä tai lihavuusleikkauksesta.

Lähtötilanteen tiedonkeruun aikana suoritettiin muunneltu insuliinisuppressiotesti, paastoverensokeritesti ja hemoglobiini A1c (HbA1c) -testi insuliiniresistenssin, diabeteksen ja keskimääräisten glukoositasojen määrittämiseksi osallistujilla. Lisäksi osallistujien painoindeksi (BMI) kirjattiin tutkimuksen alkaessa ja seurannassa.

Tutkimukseen osallistui 108 osallistujaa (51,9 % naisia), jotka olivat iältään 25–75-vuotiaita (mediaani 55,7). Osallistujilta kerättiin näytteitä multi-omiikka-aineistoa varten 3–6 kuukauden välein (mediaaniseuranta-aika oli 1,7 vuotta, pisimmillään 6,8 vuotta). Tämä tarkka pitkittäisanalyysi mahdollisti tutkijoiden havaita sekä lineaarisia että epälineaarisia ikääntymiseen liittyviä molekyylitason muutoksia. Multi-omiikka-analyysin tulokset korostivat epälineaaristen lähestymistapojen merkitystä biologisen ikääntymisen karakterisoinnissa ja osoittivat, että tutkituista molekyyleistä vain 6,6 % osoitti lineaarisia ikään liittyviä muutoksia, kun taas 81 % osoitti epälineaarisia muutoksia.

Nämä molekyylimallit olivat huomattavan yhdenmukaisia kaikissa seitsemässä multi-omiikkatutkimuksessa, mikä viittaa merkittäviin biologisiin vaikutuksiin. Trajektoriklusterointimenetelmä, jota käytettiin molekyylien ryhmittelyyn niiden ajallisen samankaltaisuuden perusteella, paljasti kolmen erillisen klusterin (klusterit 5, 2 ja 4) läsnäolon.

Ensimmäinen klusteri sisälsi mRNA:han ja autofagiaan liittyvän transkriptomiikkamoduulin, jossa havaittiin jyrkkä nousu noin 60 vuoden iässä. Tämä reitti ylläpitää solujen homeostaasia ja osoittaa lisääntynyttä riskiä ikääntymiseen liittyviin sairauksiin. Toinen klusteri sisälsi fenyylialaniinin aineenvaihduntareitin, joka kattaa seerumin/plasman glukoositasot ja veren ureatyppitasot, jotka nousevat merkittävästi noin 60 vuoden iässä, mikä viittaa munuaisten toiminnan heikkenemiseen ja lisääntyneeseen sydän- ja verisuonitautien riskiin. Kolmas klusteri sisälsi kofeiinin aineenvaihduntaan ja tyydyttymättömien rasvahappojen biosynteesiin liittyvät reitit, jotka ovat tärkeitä sydän- ja verisuoniterveydelle.

Ymmärtääkseen paremmin mikrobiomin ja molekyylien säätelyhäiriöiden huippuja ikääntymisen aikana tutkijat käyttivät modifioitua differentiaalisen ilmentymisen liukuvan ikkunan analyysialgoritmia (DE-SWAN). Analyysin tulokset korostavat kahden erillisen piikin (harjanteen) läsnäoloa, jotka vastaavat noin 40 ja 60 vuoden ikää. Tämä oli yhdenmukaista kaikissa multi-omiikkaprofiileissa (erityisesti proteomiikassa). Ensimmäisen piikin moduulit liittyivät läheisesti alkoholi- ja lipidiaineenvaihduntaan, kun taas toisen piikin moduulit liittyivät immuunijärjestelmän häiriöihin, munuaisten toimintaan ja hiilihydraattiaineenvaihduntaan.

Tämä tutkimus korostaa ihmisen ikääntymiseen liittyvien biologisten ja molekyylitason prosessien erittäin epälineaarista luonnetta, kuten seitsemässä eri multi-omiikkatutkimuksessa on osoitettu. Tutkimus on merkittävä siinä mielessä, että se tunnistaa edelleen tiettyjä ikääntymisprosessin malleja, jotka lisääntyvät jyrkästi noin 40 ja 60 vuoden iässä. Tämä vastaa biologisesti merkittävää alkoholi- ja lipidiaineenvaihdunnan säätelyn häiriintymistä (40 vuoden iässä) sekä immuunijärjestelmän toimintahäiriöitä, munuaisten toimintaa ja hiilihydraattiaineenvaihduntaa (60 vuoden iässä).

”Nämä rikkaat multi-omiikka-aineistot ja lähestymistapa tarjoavat syvemmän ymmärryksen ikääntymisen monimutkaisista prosesseista, minkä uskomme lisäävän arvoa olemassa olevaan tutkimukseen. Tarvitaan kuitenkin lisätutkimuksia näiden havaintojen validoimiseksi ja laajentamiseksi, ehkä käyttämällä suurempia kohorttiryhmiä ikääntymisen koko monimutkaisuuden kuvaamiseksi.”