Вплив спеки на старіння організму

Як сонце старить шкіру, так і спека впливає на весь організм. Дослідження з використанням зразків крові тисяч літніх американців показало, що ті, хто живе в районах з екстремальними температурами, мають більш виражене старіння на клітинному рівні. Робота, опублікована в Science Advances, виявила, що базовий молекулярний процес генетичної експресії змінюється через тижні та місяці після періоду спеки.

Ці результати підтверджують попередні дослідження, проведені серед населення Німеччини та Тайваню. Конкретний механізм, за допомогою якого висока температура прискорює старіння, поки не з'ясований. Але накопичення доказів, особливо в контексті зміни клімату, змушує розглядати надмірну спеку поряд з тютюном чи забрудненням як фактор навколишнього середовища, що скорочує життя.

Лише деякі люди помирають від теплового удару, більшість помирає від наслідків все більш частих, тривалих та інтенсивних хвиль спеки через так званий «ефект врожаю»: люди з попередніми захворюваннями або, особливо, літні люди, яких екстремальні температури «забирають» раніше, ніж це передбачає їхній хронологічний вік. Але спека може завдавати значної шкоди, особливо організму людей похилого віку, навіть не призводячи до смерті.

Прагнучи це визначити, дослідники Школи геронтології Леонарда Девіса Університету Південної Каліфорнії (США) проаналізували зразки крові 3686 американців віком від 56 років. Зразки є частиною національного проєкту, що відстежує стан здоров'я учасників. Дослідниць цікавила метиляція ДНК – базовий біохімічний процес, за якого хімічні мітки додаються до ДНК, функціонуючи як вимикачі генів. Кілька років тому було виявлено, що цей процес є змінним і залежить від різних факторів, серед яких час відіграє важливу роль. Сьогодні ступінь метилювання ДНК є одним з основних біомаркерів для визначення біологічного віку, який не завжди збігається з хронологічним. На основі цієї інформації було розроблено декілька епігенетичних «годинників», які використовуються дослідниками для вимірювання старіння.

«Метилювання ДНК – це процес, який регулює експресію генів, тобто активує або деактивує гени, не змінюючи сам генетичний код», – пояснює Чой, перша авторка дослідження в Science Advances. «Доведено, що фактори стресу навколишнього середовища, такі як спека, забруднення повітря та психологічний стрес, впливають на патерни метилювання ДНК», – додає вона. Але у випадку температур, відомості ґрунтуються на експериментах з різними лабораторними організмами, від нематодів, таких як C. elegans, до класичних мишей. «У випадку спеки, тривалий вплив може спричинити фізіологічні стресові реакції, такі як запалення та окислювальний стрес, що, своєю чергою, може призвести до змін у метилюванні ДНК», – доповнює дослідниця.

Вивчивши патерни метилювання в крові літніх людей з вибірки за допомогою трьох різних епігенетичних годинників, дослідниці розмістили кожного з учасників на карті Сполучених Штатів, використовуючи дані про температуру та вологість у різних часових діапазонах, починаючи з декількох тижнів до кожної із серії аналізів крові та закінчуючи декількома місяцями.

«Наше дослідження показало, що літні люди, які живуть у районах з екстремальними спекотними днями, демонстрували швидше біологічне старіння порівняно з тими, хто живе в холодніших районах», – повідомляє Чой. На карті видно, що більшість округів, де відбувалися високі температури, зосереджені на південному сході Сполучених Штатів, де розташовані Флорида, басейн річки Міссісіпі та значна частина Техасу та кордон з Мексикою. Саме в цих районах зосереджені літні люди, чий біологічний вік прискорюється. Це прискорення епігенетичного віку пов'язане з підвищеним ризиком хронічних захворювань, таких як серцево-судинні захворювання, діабет і смертність. Однак сама дослідниця нагадує, що «це обсерваційне дослідження, а це означає, що ми не можемо встановити остаточну причинно-наслідковий зв'язок». Незважаючи на це, робить висновок Чой, «асоціація, яку ми спостерігаємо, свідчить про те, що тривалий вплив екстремальної спеки може сприяти прискореному старінню на молекулярному рівні».

Доктор Олександра Шнайдер, керівниця дослідницької групи з питань екологічних ризиків Центру Гельмгольца в Мюнхені (Німеччина), не брала участі в роботі Чой та Ейлшир, але керувала власним дослідженням, опублікованим у 2023 році. Це був перший випадок, коли було виявлено зв'язок між середньостроковим впливом спеки та прискоренням епігенетичного віку. Вони проаналізували метилювання ДНК 3500 мешканців міста Аугсбург та його району шляхом взяття послідовних зразків крові та їх кореляцію з температурою, яка була за чотири-вісім тижнів до взяття зразків. Як згодом спостерігали американські дослідниці, команда німкені виявила, що чим спекотніше, тим більше прискорюється старіння.

«Методи, використані в новому дослідженні, здаються мені всі валідними. Вони використовують епігенетичні годинники першого, другого та третього покоління для порівняння», – каже Шнайдер про роботу Чой та Ейлшир. «Мене не дивують результати, оскільки в нашому дослідженні ми виявили порівнянні ефекти», – додає німкеня, і завершує: «загалом, результати показують, що епігенетичне прискорення старіння є процесом, який підсилює часто спостережувані зв'язки між високими температурами та смертністю або захворюваннями, пов'язаними з віком».

Між роботою німкені та американок, дослідники з Національного університету Тайваню опублікували у квітні 2024 року те, що вони вважають першою роботою про зв'язок між температурою та метилюванням ДНК серед етнічної групи хань (власне китайців), яка становить близько 20% населення світу. У їхньому випадку вибірка складала трохи більше 2000 осіб. Знову ж таки, як це було зроблено в попередній та подальшій роботі, вони виявили кореляцію між спекою та прискоренням біологічного старіння. Але в їхньому випадку вибірка не обмежувалася літніми людьми, вона включала учасників віком від 20 до 70 років, що свідчить про те, що шкідливий вплив спеки не обмежується літніми людьми.

Дослідник епігенетики раку у Фонді Джозепа Каррераса, доктор Манель Естеллер, нагадує, що хронологічний вік, позначений датою народження, не обов'язково збігається з біологічним, «як показує старіння курців». Щодо спеки, він нагадує, що немає жодних підказок про те, чи помруть вони раніше, «але вони постаріли». Він одразу уточнює, що відкриваються ефекти екстремальних температур, піків спеки. Фактично, два дослідження, німецьке та тайванське, були проведені з населенням, звиклих до м'яких температур. «Якщо ви живете в спекотній зоні, є адаптації», — каже вчений.

Тут важливо те, наскільки організм може адаптуватися до підвищення температури. Роботи з іспанським населенням продемонстрували відносну адаптацію до спеки, що пояснює, чому зараз помирає менше людей, ніж у минулі десятиліття, під час спекотного літа. Але старіння - це інше. Це пояснює Чой, перший автор дослідження з літніми американцями: «Хоча ми не можемо виключити можливість того, що певний ступінь адаптації відбувається в популяціях, які постійно піддаються впливу високих температур, це не обов’язково означає, що вони мають імунітет до біологічної ціни хронічного та екстремального впливу спеки»

Як і Естеллер, його колега Хосе Ігнасіо Мартін-Суберо, дослідник ICREA та керівник групи епігеноміки IDIBAPS у Барселоні, нагадує, що «вплив екстремальної спеки не обов'язково означає, що ви будете жити менше, але ви більш вразливі». Що він підкреслює в цій роботі, так це те, що поряд з попередніми вона додає спеку до «каталогу факторів навколишнього середовища, які, як і тютюн, старять нас, і знання цього каталогу, але також і факторів, які нас омолоджують, дозволяє нам приймати рішення про те, як ми хочемо жити».