PNAS: у выживших после стихийных бедствий ускоряется старение

Когда ураган Мария обрушился на Пуэрто-Рико в сентябре 2017 года как шторм 4-й категории высокого класса, он оставил после себя крупнейшую катастрофу в истории острова. После шторма погибло более 3000 человек, почти 3,4 миллиона жителей острова были лишены жилья, а ущерб составил более 100 миллиардов долларов. 

Каковы были последствия этого стресса для долгосрочного здоровья его населения? И может ли воздействие экстремальных погодных явлений ускорить процесс старения? Ответы на эти вопросы были опубликованы в научном журнале PNAS. 

«В то время как все стареют, не все люди стареют с одинаковой скоростью, и наш жизненный опыт, как негативный, так и положительный, может изменить этот темп старения. Негативный жизненный опыт, переживший экстремальное событие, может привести к хроническому воспалению и раннему развитию некоторых возрастных заболеваний, таких как болезни сердца», – считает автор исследования Ноа Снайдер-Маклер (Noah Snyder-Mackler) из Университета штата Аризона (Arizona State University). «Но мы до сих пор точно не знаем, как эти события влияют на наш организм, приводя к негативным последствиям для здоровья, которые могут проявиться только спустя десятилетия после самого события».

Ученым помогли макаки-резус

Поскольку окончательное влияние на психическое и физическое здоровье выживших еще предстоит подсчитать, группа биологов во главе со Снайдер-Маклером обратилась к нашим близким эволюционным родственникам за первыми подсказками.

Наряду с человеческими жертвами, разрушение затронуло всю дикую природу острова, включая группу макак-резусов, живущих на изолированном острове Кайо Сантьяго недалеко от Пуэрто-Рико. Животные живут на острове с 1938 года, когда впервые открылась полевая станция Карибского исследовательского центра приматов.

Авторы исследования, возглавляемые Снайдер-Маклером и Мариной Ватович (Marina Watowich), опубликовали один из первых результатов, который показывает, что последствия стихийных бедствий могут привести к молекулярному ускорению старения иммунной системы обезьян.

Ураган причинил огромные разрушения естественной среде обитания и исследовательской инфраструктуре на Кайо Сантьяго. Примечательно, что 2,75% популяции макак погибло сразу после шторма. И в течение года после урагана не было никакой разницы в выживаемости. Но повлияло ли на здоровье людей, переживших ураган, что-то другое?

Как переживания способствуют развитию болезни?

Люди одного и того же хронологического возраста — количество лет с момента рождения — могут различаться в том, когда у них развивается заболевание. Хорошо известно, что люди, перенесшие неблагоприятный опыт, имеют высокий риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и других заболеваний, чаще встречающихся у пожилых людей. Как эти пагубные переживания способствуют развитию болезни, до сих пор неизвестно. Одна из идей состоит в том, что это явление потенциально связано с экстремальными неблагоприятными условиями «старения» организма. Люди могут различаться по своему биологическому возрасту, который можно измерить с помощью молекулярных указателей, встроенных в наши гены, иммунную систему и физиологию.

«В ходе этого исследования мы измерили молекулярные изменения, связанные со старением, включая нарушения генов, сворачивающих белки, повышенную экспрессию генов маркеров воспалительных иммунных клеток и более раннее биологическое старение», – заявила Ватович.

Ураган и сравнение иммунной системы

После тщательного анализа генов, экспрессируемых в иммунных клетках макак, исследователи обнаружили, что неблагоприятные последствия урагана, возможно, ускорили старение иммунной системы.

«В среднем обезьяны, пережившие ураган, имели профили экспрессии иммунных генов, которые увеличились на 2 дополнительных года, или примерно на 7-8 лет от продолжительности жизни человека», – сказала Ватович.

Полученные данные свидетельствуют о том, что суровые погодные явления могут привести к биологически вредным последствиям для тех, кто их испытывает. Это особенно актуально, учитывая, что ураганы и другие экстремальные погодные явления становятся все более сильными и распространенными в связи с изменением климата.

В одном километре от юго-восточного побережья Пуэрто-Рико находится Кайо Сантьяго, остров площадью 15,2 гектара, на котором проживает 1800 макак-резусов, обитающих на свободном выгуле, которые изучались почти столетие.

«Ураган разрушил дома и инфраструктуру по всему Пуэрто-Рико, а на Кайо Сантьяго уничтожил большую часть растительности, а также резервуары для воды и исследовательскую инфраструктуру, необходимую для обслуживания полевой станции», – заявила Снайдер-Маклер.

Макаки-резусы разделяют многие поведенческие и биологические особенности людей, в том числе то, как стареет их организм, но их продолжительность жизни составляет четверть нашей. Изучая макак, научная группа знала, что они могут получить оценки старения в годах, а не в десятилетиях, из аналогичных исследований на людях.

Чтобы проверить, как ураган Мария повлиял на регуляцию генов иммунных клеток и старение, Марина Ватович и остальные члены команды смогли использовать коллекцию образцов крови и историю подробных демографических данных из соответствующих возрасту подгрупп популяции макак-резусов Кайо Сантьяго.

Сильная связь между воздействием урагана и экспрессией генов

Проведя глобальный анализ экспрессии иммунных генов, ученые обнаружили, что 4% генов, экспрессируемых в иммунных клетках, были изменены после урагана. Из них гены, которые имели более высокую экспрессию после урагана, были вовлечены в воспаление, а гены, ослабленные ураганом, были вовлечены в трансляцию белка, сворачивание / рефолдинг белка, адаптивный иммунный ответ и Т-клетки. Больше всего пострадала понижающая регуляция так называемых генов теплового шока, которые способствуют правильной функции выработки белка в наших клетках, причем активность некоторых из них после урагана Мария снизилась в два раза. Эти гены также были вовлечены в развитие сердечно-сосудистых заболеваний и болезни Альцгеймера.

Примечательно, что исследователи обнаружили сильную связь между воздействием урагана и воздействием старения на экспрессию генов, где эффект урагана был аналогичен эффекту старения иммунной системы. Чтобы понять, как ураган мог повлиять на количество популяций иммунных клеток, ученые рассмотрели профили секвенирования одноклеточной РНК, чтобы идентифицировать гены, которые преимущественно экспрессируются в ключевых типах иммунных клеток.

«В целом, клеточно-специфические маркеры провоспалительных иммунных клеток, таких как моноциты CD14+, имели более высокую экспрессию у пожилых людей и у тех, кто пережил ураган. Кроме того, экспрессия генов вспомогательных Т-клеток, противовоспалительного типа клеток, снизилась у пожилых животных и у животных после урагана. В совокупности это, возможно, приводит к усилению воспалительной активности у животных после шторма, аналогично тому, что мы наблюдаем у пожилых людей», – сказал Снайдер-Маклер.

В результате долгосрочных исследований, ученые выдвинули гипотезу, что воздействие урагана повторило бы молекулярные изменения, связанные с естественным процессом старения.

«Наши результаты показывают, что различия в экспрессии генов иммунных клеток у людей, подвергшихся сильному стихийному бедствию, были во многом схожи с последствиями естественного процесса старения», – заявил Снайдер-Маклер. «Мы также наблюдали признаки ускоренного биологического старения в образцах, собранных после того, как животные пережили ураган Мария».

«Важно отметить, что мы определили важнейший механизм — регуляцию генов иммунных клеток, — который может объяснить, как неблагоприятные условия, особенно в контексте стихийных бедствий, могут в конечном итоге «проникнуть под кожу», чтобы стимулировать возникновение и прогрессирование заболеваний, связанных с возрастом», – заключила Ватович.

Ураган подействовал не на всех одинаково

Интересно, что не все обезьяны отреагировали на ураган одинаково. Например, биологический возраст некоторых обезьян увеличился намного больше, чем у других. Команда выдвигает гипотезу о том, что могут существовать и другие аспекты окружающей среды обезьян, которые могут повлиять на их реакцию на невзгоды. Например, как и у людей, социальная поддержка является важнейшим аспектом способности помогать справляться с трудностями. Вполне возможно, что обезьяны с большей социальной поддержкой после шторма смогли лучше преодолеть любые пагубные последствия — аспект, который команда надеется исследовать в ближайшее время. У исследования были свои ограничения; прежде всего, они не могли измерить темпы старения у одних и тех же людей до или после урагана.

Практическая значимость работы

Что касается будущих исследований, ученые надеются, что эта работа может быть расширена за счет включения долгосрочных исследований каждого отдельного человека в популяции, чтобы выяснить больше о взаимосвязи между биологическим старением, неблагоприятными условиями и социальными структурами, а также перед лицом стихийного бедствия.

Наконец, исследователи надеются, что их результаты будут способствовать усилиям по развитию лучшего понимания старения и невзгод, и даже успешной стратегии смягчения последствий стихийных бедствий, направленной на уменьшение числа жертв стихийных бедствий.

Авторы другого исследования утверждают, что ген долголетия защищает стволовые клетки мозга от стресса.