Как наши кровеносные сосуды стареют изнутри

Хотя эндотелиоциты критически важны для работы сосудов и органов, в исследованиях старения им часто уделяют мало внимания. Что происходит внутри этих клеток с годами и почему их функция ухудшается — оставалось плохо изученным вопросом. Именно на него и попыталась ответить команда Лауры де Роой, научного руководителя из исследовательского центра CeMM (Австрийская академия наук).

Вместо того чтобы изучать сосуды целиком, ученые исследовали активность генов в отдельных эндотелиальных клетках. Такой подход — одно-клеточный анализ — позволяет видеть, какие гены работают в каждой клетке и как эта активность меняется с возрастом. Объединив данные ранее опубликованных одно-клеточных исследований, команда увидела возможность присмотреться к этим клеткам и обнаружить паттерны старения сосудов, которые иначе остались бы незамеченными.

Команда свела данные 34 существующих исследований: более 375 тысяч клеток из 290 образцов 12 тканей человека. Сосредоточившись на тканях, классифицированных как здоровые или не пораженные болезнью, авторы стремились выявить молекулярные изменения, связанные именно со старением, а не с диагностированными заболеваниями. Результат — Атлас стареющих эндотелиальных клеток человека (Human Aging Endothelial Cell Atlas), ресурс, позволяющий изучать, как разные популяции сосудистых клеток меняются по всему телу.

Особенно интересное наблюдение касается клеток, выстилающих вены. Они могут давать ростки, из которых развиваются новые сосуды, — важная часть сосудистого обновления. Однако у пожилых людей у них снижалась активность нескольких генов, участвующих в формировании сосудов. Это может объяснять, почему с возрастом сосуды теряют способность к самообновлению, хотя напрямую способность к репарации в работе не измерялась. В нескольких тканях исследователи также зафиксировали рост активности генов, связанных с воспалением и клеточным старением — состоянием, при котором клетки прекращают делиться и могут влиять на окружение.

«Одно из самых ярких открытий в том, что старение эндотелия не выглядит одинаково по всей сосудистой системе. Объединив данные разных тканей, мы смогли выявить паттерны, которые могли бы остаться незамеченными при изучении отдельных органов или типов эндотелиальных клеток по отдельности», — объясняет автор.

Еще одно открытие касается того, как эндотелиоциты реагируют на свое физическое окружение. Эти клетки постоянно воспринимают силы текущей крови и окружающего материала, превращая механические сигналы в биологические ответы. В атласе обнаружились возрастные изменения в генах, участвующих в этом процессе.

Дополнительные данные дали эксперименты на коже человека: белок YAP, помогающий клеткам отвечать на механические силы, чаще обнаруживался внутри ядер эндотелиоцитов у пожилых доноров. Эти наблюдения вызвали вопрос: помогает ли повышенная активность YAP клеткам справляться с возрастными изменениями или, наоборот, способствует ухудшению функции сосудов?

Ученые также выделили группу генов, ассоциированных с p21 — белком, способным замедлять или останавливать деление клеток. Сопоставление с эндотелиальными клетками, выращенными в лаборатории, и моделями мышей с ускоренным старением подтвердило связь с клеточным старением. Однако эти же гены участвуют в стрессовых ответах и росте сосудов, поэтому надежно отличить вечно стареющие клетки от клеток, реагирующих на другие возрастные нагрузки, пока нельзя. Понять эти различия необходимо, прежде чем определять, какие клеточные процессы стоит целить в будущих усилиях по сохранению здоровья сосудов.

Атлас стареющих эндотелиальных клеток дает ученым новый ресурс для изучения того, как сосуды стареют в разных тканях. Сопровождающий интерактивный портал поможет исследователям разбирать молекулярные изменения и намечать перспективные направления будущих экспериментов. Но у работы есть и ограничения, так как она сравнивала людей разных возрастов, а не следила за одними и теми же людьми с годами, а неполные сведения об образе жизни и медицинских историях доноров ограничивают выводы.

Тем не менее атлас показывает, что старение сосудов не однородно и не просто. Одни изменения могут способствовать снижению функции, другие — отражать попытки организма защититься. Понимание разницы станет ключевым, чтобы однажды научиться помогать сосудам оставаться здоровыми дольше.

«Меня в этом атласе вдохновляет, что он дает способ исследовать старение сосудов по всему телу, а не рассматривать все сосуды как стареющие одинаково. Теперь у нас есть ресурс, чтобы разбираться, какие изменения сопровождают старение эндотелия, какие могут вести к снижению сосудистой функции, а какие — отражать адаптацию клеток к меняющейся среде», — заключает де Роой.