Ученые обнаружили скрытый переломный момент в старении мозга, начинающийся после 50 лет

Скрытая трансформация иммунных клеток, начинающаяся в среднем возрасте, может помочь объяснить, почему стареющий мозг становится более уязвимым к воспалению и деменции. Credit: Shutterstock

Исследование, финансируемое Национальными институтами здравоохранения США (NIH), выявило значительные изменения в иммунной среде гиппокампа — области мозга, играющей ключевую роль в обучении и памяти. Полученные данные указывают на то, что эта иммунная перестройка начинается в среднем возрасте и может объяснять, как старение способствует длительному воспалению мозга, часто наблюдаемому при нейродегенеративных заболеваниях.

«Старение — самый большой фактор риска развития деменции, но наше понимание того, как оно приводит к болезни, всё ещё неполно», — заявил Ричард Ходес, доктор медицины, директор Национального института старения (NIA) при NIH. — «Этот ранее скрытый сдвиг в микроглии, обнаруженный благодаря инновациям в технологиях и мышлении, может стать важной подсказкой для решения этой головоломки».

Иммунные клетки мозга начинают меняться в среднем возрасте

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего, Нью-Йоркского геномного центра и Калифорнийского университета в Ирвайне использовали передовые методы анализа отдельных клеток для изучения посмертной ткани гиппокампа 40 неврологически здоровых взрослых людей в возрасте от 20 до 95 лет.

Их анализ показал, что микроглия — основные иммунные клетки мозга — постепенно сокращается примерно с 50 до 75 лет. В то же время, по-видимому, происходит её замена на клетки с более сильными воспалительными сигналами и другими признаками, сходными с иммунными клетками из периферической крови.

Это открытие ставит под сомнение давнее предположение о микроглии. Считалось, что эти клетки, впервые формирующиеся во время эмбрионального развития, остаются в мозге и постоянно обновляются на протяжении всей жизни человека.

Передовые методы раскрывают происхождение клеток

Чтобы детально изучить влияние старения на мозг человека, команда объединила стандартные измерения активности генов с новыми методами, которые картируют трехмерную структуру генома и его химические модификации, известные как эпигеном.

«Экспрессия генов говорит нам о том, что клетка делает сегодня, но эпигенетические сигнатуры сохраняют информацию о том, откуда клетка произошла», — объясняет первый автор исследования Натан Земке, доктор философии, директор по геномике отдельных клеток в Центре эпигеномики Калифорнийского университета в Сан-Диего. — «Комбинируя эти подходы, мы обнаружили значительный сдвиг в идентичности и происхождении иммунных клеток стареющего мозга, который не выявили бы данные об экспрессии генов по отдельности».

Старение также влияет на гематоэнцефалический барьер

Исследование также выявило признаки возрастного ухудшения состояния клеток, поддерживающих гематоэнцефалический барьер — защитную границу, контролирующую прохождение веществ из кровотока в мозг.

Кроме того, во многих типах клеток мозга старение было связано с широкомасштабными и скоординированными изменениями в физической организации генома.

«Прогрессирующие структурные нарушения были тесно связаны со сдвигами в регуляции генов и идентичности клеток, что потенциально раскрывает фундаментальную особенность старения человеческого мозга», — отмечает Бин Рен, доктор философии, соавтор исследования, научный директор и генеральный директор Нью-Йоркского геномного центра, профессор генетики и развития Колумбийского университета.

Возможная связь с болезнью Альцгеймера

Будущие исследования будут изучать, почему резидентная микроглия теряется с возрастом и способствует ли недавно выявленный переход иммунных клеток непосредственно болезни Альцгеймера и другим неврологическим состояниям, связанным со старением.

«Понимание этих клеточных переходов может открыть новые возможности для разработки вмешательств, сохраняющих функцию мозга и снижающих уязвимость к нейродегенеративным заболеваниям», — говорит Сянминь Сюй, доктор философии, профессор и директор Центра картирования нейронных цепей в Калифорнийском университете в Ирвайне, соавтор исследования.

Исследование опубликовано в журнале Science.

Источники:

Материалы предоставлены NIH/Office of the Director.