Naukowcy odkrywają kluczowe białka związane z procesem starzenia się mózgu, oferując przełomowe informacje na temat możliwości interwencji, które mogą pomóc zachować zdrowie mózgu i zwalczać choroby neurodegeneracyjne.
W opublikowanym niedawno badaniu w czasopiśmie Nature Aging, naukowcy zidentyfikowali biomarkery proteomiczne w osoczu oraz dynamiczne zmiany związane ze starzeniem się mózgu. Zastosowano tutaj innowacyjne podejście wielomodalne, które obejmuje modelowanie różnicy wieku mózgu (ang. Brain Age Gap, BAG) oraz analizę asocjacyjną na poziomie całego proteomu.
Rosnąca potrzeba zrozumienia starzenia się mózgu
Globalny proces starzenia się społeczeństwa postępuje w szybkim tempie – do roku 2050 liczba osób w wieku 65 lat i starszych przekroczy 1,5 miliarda. Zjawisko to stawia przed nauką ogromne wyzwania związane z przeciwdziałaniem skutkom starzenia, zwłaszcza w kontekście zdrowia mózgu.
Starzenie się mózgu zakłóca jego homeostazę i zdolności adaptacyjne. Proces ten prowadzi do pogorszenia funkcji poznawczych, zmian strukturalnych oraz zwiększonego ryzyka rozwoju chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera czy Parkinsona. Niestety, mimo postępów w nauce i medycynie, skuteczne terapie przeciwdziałające tym chorobom wciąż pozostają ograniczone. Dlatego kluczowym elementem badań nad procesem starzenia staje się wczesna identyfikacja potencjalnych biomarkerów.
Biomarkery, takie jak cechy obrazowe czy analizy histologiczne, już teraz dostarczają pewnych informacji o starzeniu się mózgu. Jednak ich ograniczenia w zakresie głębi molekularnej wymagają dalszych, bardziej zaawansowanych badań, by skutecznie zidentyfikować mechanizmy leżące u podstaw procesu starzenia. Istotnym krokiem w tej dziedzinie stało się wykorzystanie nowoczesnych metod, takich jak losowe eksperymenty Mendla, które pozwalają na bardziej precyzyjne analizowanie dynamicznych zmian proteomicznych w osoczu.
Zarys badania
Badanie zostało przeprowadzone zgodnie z zasadami Deklaracji Helsińskiej i uzyskało akceptację Komitetu Etyki Badań Wieloośrodkowych z Północno-Zachodniej Anglii. Każdy uczestnik wyraził pisemną zgodę na udział w badaniu.
Do badań wykorzystano dane z brytyjskiego biobanku UK Biobank, obejmującego ponad 500 tysięcy uczestników, którzy dobrowolnie podzielili się swoimi danymi medycznymi i biologicznymi. W tej grupie przeanalizowano ponad 40 tysięcy skanów mózgu wykonanych na nowoczesnych skanerach Siemens Skyra 3T. Po przeprowadzeniu szczegółowych analiz jakościowych wyselekcjonowano 1705 fenotypów obrazowych mózgu, które odzwierciedlają jego strukturalne, funkcjonalne i dyfuzyjne charakterystyki.
Dane te zostały wykorzystane do opracowania wielomodalnego modelu różnicy wieku mózgu (BAG) przy użyciu algorytmów uczenia maszynowego, takich jak metoda LASSO. Dodatkowo przeanalizowano próbki osocza, identyfikując ponad 2900 białek o potencjalnym znaczeniu biomarkerowym. Powtarzalność wyników została potwierdzona na podstawie dodatkowych wizyt badawczych, a eksperymenty Mendla pozwoliły na określenie związków przyczynowo-skutkowych między kluczowymi białkami a procesami starzenia się mózgu.
Kluczowe wyniki
Analiza wyselekcjonowanych 1705 fenotypów obrazowych pozwoliła na opracowanie modelu BAG, który wykazał wysoką precyzję w przewidywaniu wieku biologicznego mózgu. W badaniu wzięło udział ostatecznie 10 949 uczestników, po wykluczeniu osób z neuropsychiatrycznymi zaburzeniami. Model osiągnął średni błąd wynoszący 2,76 roku, przy czym precyzja była wyższa u kobiet.
W analizie asocjacyjnej zidentyfikowano 13 białek osocza ściśle związanych z wiekiem mózgu. Niektóre białka, takie jak Growth Differentiation Factor 15 (GDF15) czy Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP), były dodatnio skorelowane z BAG, wskazując na udział w procesach stresowych. Z kolei białka takie jak Brevican (BCAN) czy Kallikrein-6 (KLK6) wykazywały negatywną korelację, co sugeruje ich związek z regeneracją komórek i funkcjami adhezyjnymi. Wśród nich BCAN wyróżniało się jako szczególnie obiecujący biomarker.
Analiza profilu biologicznego uwypukliła różnorodne funkcje białek związanych z BAG. Na przykład białka dodatnio związane z BAG uczestniczyły w szlakach sygnalizacji kinaz tyrozynowych, wskazując na ich rolę w odpowiedzi na stres komórkowy. Natomiast białka o ujemnym związku były zaangażowane w procesy regeneracji neuronów i funkcje synaptyczne, co czyni je kluczowymi mechanizmami starzenia.
Wnioski i perspektywy
Wyniki badania ujawniły, że kluczowe białka osocza, takie jak GDF15, BCAN, GFAP i KLK6, są ściśle powiązane z procesem starzenia się mózgu. Szczególnie interesujące okazały się dynamiczne zmiany tych białek w określonych momentach życia, takich jak okresy w późnych latach pięćdziesiątych, siedemdziesiątych i siedemdziesiątych ósmych, które mogą stanowić idealny czas na wdrażanie interwencji medycznych.
Odkrycia te oferują nowe możliwości w zakresie personalizowanej medycyny. Identyfikacja tych białek jako biomarkerów otwiera drzwi do opracowania bardziej precyzyjnych narzędzi diagnostycznych i potencjalnych terapii dla osób zagrożonych rozwojem chorób neurodegeneracyjnych. W przyszłości dalsze badania na szeroką skalę mogą jeszcze bardziej pogłębić naszą wiedzę o mechanizmach starzenia się mózgu i strategiach jego ochrony.
