Die Zeichen der Zeit: Wie menschliche Organe unterschiedlich altern
Ein Blick auf die unterschiedlichen Alterungsprozesse und ihre Auswirkungen auf unsere Gesundheit
Kace Rodriguez
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Das Alter ist komplex und lässt sich nicht in einer einzigen Zahl ausdrücken. Zwei Menschen im gleichen Alter können sehr unterschiedlich sein – der eine gesund, der andere krank oder mit chronischen Leiden. Auch innerhalb des menschlichen Körpers kann das Alter nicht einheitlich sein. Einige Teile des Körpers können gesund und noch lange funktionsfähig sein, während andere Organe bereits kurz vor dem Versagen stehen. Experten sagen, dass die Eierstöcke so schnell altern, dass Frauen in ihren Dreißigern bereits geriatrisch sind.
Ein guter Vergleich ist der zwischen dem menschlichen Körper und einem Auto - beide brauchen sorgfältige Pflege. Wenn der Lack eines Autos nicht zerkratzt wird, kann er Jahrzehnte halten. Ein Motor kann ein Leben lang laufen, wenn er regelmäßig gut gewartet wird. Bremsbeläge verschleißen sehr schnell und Reifen sollten alle paar Jahre gewechselt werden, aber eine neue Kupplung braucht man vielleicht erst in mittleren Jahren. Das Serviceheft und Anzeigen im Armaturenbrett erinnern an die nächste Wartung.
In Zukunft könnte es, ähnlich wie beim Auto, auch für die menschliche Gesundheit ein "Kontroll-Dashboard" geben, das uns wichtige Gesundheitsdaten und Wartungspläne liefert. Experten arbeiten daran, solche Technologien zu entwickeln, um unsere Gesundheit besser zu überwachen und zu erhalten.
Uhren zur Messung des Alterungsprozesses
Als der Wissenschaftler Steve Horvath seine so genannte Horvath-Uhr vorstellte, war das ein Schritt in diese Richtung. Die Uhr ist ein Instrument zur Messung des biologischen Alterns auf der Grundlage der Epigenetik, d.h. der sich verändernden Methylierungsmuster und anderer Arten von DNA-Modifikationen, die sich mit zunehmendem Alter verändern. Das Konzept seiner Uhr basiert auf der Tatsache, dass sich die DNA-Methylierungsmuster mit zunehmendem Alter verändern. Diese epigenetischen Muster korrelieren mit dem Alterungsprozess und können als Biomarker zur Schätzung des biologischen Alters dienen – also ein besseres Maß dafür, wie schnell wir altern, als das chronologische Alter.
Seit Horvath 2013 die erste Multisystemuhr vorgestellt hat, ist ein Wettlauf um effizientere Methoden zur Quantifizierung der Geschwindigkeit und der Auswirkungen des Alterns auf den menschlichen Körper entbrannt. In einer Studie aus dem Jahr 2022 wurde anhand mehrerer Biomarker nachgewiesen, dass verschiedene Teile des menschlichen Körpers auf zellulärer Ebene unterschiedlich schnell altern. Eine Studie an gesunden Erwachsenen hat gezeigt, dass die Umsatzraten bestimmter menschlicher Zelltypen, aus denen sich die Lebensdauer der Zellen ableiten lässt, von 2 Tagen für eine Art weißer Blutkörperchen bis zu 90 Jahren für Nervenzellen reichen.
Die Wissenschaftler sind sich nicht einig, wie die biologische Alterung von Organen am besten gemessen werden kann. Und trotz laufender Forschung gibt es keine veröffentlichte, validierte, systemspezifische epigenetische Uhr. Eine Forschergruppe der Universität Melbourne hat nun eine Art neue biologische Uhr für das Altern entwickelt, die nicht auf epigenetischen Messungen basiert.
Eine neue Möglichkeit, Krankheiten zu bekämpfen?
"Die Alterung eines Körpersystems, eines Organsystems, kann die Alterung anderer Systeme selektiv stark beeinflussen", sagt Andrew Zalesky, Neurowissenschaftler an der Universität Melbourne. Er und ein Team von Wissenschaftlern haben diese systemorientierte Messung des biologischen Alters in einer kürzlich in Nature Medicine veröffentlichten Studie noch einen Schritt weiter vorangetrieben. Indem sie die selektiven Effekte unterschiedlich schnell alternder Organe aufeinander abbildeten, schufen sie eine neue Möglichkeit, das altersbedingte Risiko für chronische Krankheiten zu quantifizieren und möglicherweise zu bekämpfen.
Die Forscher fanden auch Zusammenhänge zwischen der Geschwindigkeit der organspezifischen Alterung und dem Lebensstil sowie demografischen Faktoren wie der Nähe zu Grünflächen, die tendenziell mit einer "jüngeren" Lunge einhergehen. Sie fanden auch kausale Zusammenhänge zwischen den organspezifischen Alterungsraten. Beispielsweise kann die Alterung der Lunge zu einer höheren Alterungsrate des Herzens führen, was sich wiederum auf die Alterungsrate anderer Körpersysteme auswirken kann.
Anstatt sich auf epigenetische Alterungsuhren zu verlassen, um das biologische Alter zu messen, haben die Wissenschaftler aus Melbourne ihre "Uhr" aus der britischen Biobank abgeleitet, einem umfangreichen Datensatz, in dem seit 2006 die genetischen und gesundheitlichen Daten von 500.000 Menschen gesammelt wurden. In ihrer jüngsten Studie entwickelten die Wissenschaftler ein neues Maß für das biologische Alter, das auf Daten aus Gehirnscans und physiologischen Phänotypen oder Merkmalen basiert. Anhand von Daten gesunder Erwachsener trainierten sie maschinelle Lernmodelle, um das Alter verschiedener Körperteile vorherzusagen. Durch den Vergleich dieses Alters mit dem chronologischen Alter konnte das Modell erkennen, ob beispielsweise Herz, Lunge oder Nieren älter oder jünger waren als für ein bestimmtes Alter typisch. Diese Lücke wurde genutzt, um organspezifische Methoden zur Messung des biologischen Alters in sieben Körper- und drei Gehirnsystemen abzuleiten.
Jedes Jahr, in dem das Herz biologisch altert, erhöht sich das Gehirnalter um 27 Tage.
So fanden die Forscher beispielsweise Zusammenhänge zwischen der Alterung des Herzens und des Gehirns. Jedes Jahr, in dem das Herz biologisch altert, erhöht sich das Gehirnalter um 27 Tage. Die Forscher fanden auch Zusammenhänge zwischen dem biologischen Alter verschiedener Systeme und 16 chronischen Krankheiten, darunter Arthrose, Diabetes und Krebs. Diese Korrelationen zeigen zwar nicht, dass eine bestimmte Krankheit oder ein bestimmter Lebensstilfaktor die Alterung eines Organs verursacht oder umgekehrt, aber sie könnten nützlich sein, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen Körpersystemen zu entschlüsseln.
Die eigentliche Herausforderung besteht darin, von einem fragmentierten Ansatz in der Gesundheitsversorgung - ein Arzt pro Organ - zu einer Neudefinition der Gesundheit als dynamisches Netzwerk von Interaktionen zwischen Geweben und Organsystemen zu gelangen. Dies bedeutet, dass Ärzte sich auf bestimmte Organe konzentrieren könnten, die schneller altern als die sie umgebenden Systeme, und so möglicherweise den Alterungsprozess verlangsamen oder Krankheiten aufhalten könnten. Ein besseres Verständnis der Variationen des biologischen Alters könnte Ärzten auch dabei helfen, Therapien für Menschen auf der Grundlage ihrer individuellen Risikofaktoren zu entwickeln.
Um beim Vergleich mit einem Auto zu bleiben: Wenn das Auto älter wird, unterliegt alles dem Verschleiß. Wann muss der Auspuff oder ein anderes kritisches Teil ausgetauscht werden, wenn es Anzeichen dafür gibt, dass bald etwas schief gehen wird? Ein genauer und erschwinglicher biologischer Alterungstest ist das Ass des Mechanikers, der erkennt, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht stimmt, noch bevor man einen seltsamen Geruch bemerkt. Die Behebung dieses Problems würde den Kraftstoffverbrauch senken, das Auto geschmeidiger machen und Motorverschleiß verhindern. Ohne einen guten Mechaniker (oder eine genaue, erschwingliche Alterungsuhr) merken wir vielleicht erst, dass etwas nicht stimmt, wenn es zu spät oder zu teuer ist, es zu beheben. Aber welcher Alterungsmessung, welchem "Mechaniker" kann man wirklich vertrauen?
Referenzen
- Nie, C., Li, Y., Li, R., Yan, Y., Zhang, D., Li, T., Li, Z., Sun, Y., Zhen, H., Ding, J., Wan, Z., Gong, J., Shi, Y., Huang, Z., Wu, Y., Cai, K., Zong, Y., Wang, Z., Wang, R., . . . Xu, X. (2022). Distinct biological ages of organs and systems identified from a multi-omics study. Cell Reports, 38(10), 110459. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.110459
- Seim, I., Ma, S. & Gladyshev, V. N. (2016). Gene expression signatures of human cell and tissue longevity. Research Gate, 2(1). https://doi.org/10.1038/npjamd.2016.14
- Tian, Y. E., Cropley, V., Maier, A. B., Lautenschlager, N. T., Breakspear, M. & Zalesky, A. (2023). Heterogeneous aging across multiple organ systems and prediction of chronic disease and mortality. Nature Medicine, 29(5), 1221–1231. https://doi.org/10.1038/s41591-023-02296-6
Publiziert
2.11.2024
Kategorie
Health
Experte
Das Alter ist komplex und lässt sich nicht in einer einzigen Zahl ausdrücken. Zwei Menschen im gleichen Alter können sehr unterschiedlich sein – der eine gesund, der andere krank oder mit chronischen Leiden. Auch innerhalb des menschlichen Körpers kann das Alter nicht einheitlich sein. Einige Teile des Körpers können gesund und noch lange funktionsfähig sein, während andere Organe bereits kurz vor dem Versagen stehen. Experten sagen, dass die Eierstöcke so schnell altern, dass Frauen in ihren Dreißigern bereits geriatrisch sind.
Ein guter Vergleich ist der zwischen dem menschlichen Körper und einem Auto - beide brauchen sorgfältige Pflege. Wenn der Lack eines Autos nicht zerkratzt wird, kann er Jahrzehnte halten. Ein Motor kann ein Leben lang laufen, wenn er regelmäßig gut gewartet wird. Bremsbeläge verschleißen sehr schnell und Reifen sollten alle paar Jahre gewechselt werden, aber eine neue Kupplung braucht man vielleicht erst in mittleren Jahren. Das Serviceheft und Anzeigen im Armaturenbrett erinnern an die nächste Wartung.
In Zukunft könnte es, ähnlich wie beim Auto, auch für die menschliche Gesundheit ein "Kontroll-Dashboard" geben, das uns wichtige Gesundheitsdaten und Wartungspläne liefert. Experten arbeiten daran, solche Technologien zu entwickeln, um unsere Gesundheit besser zu überwachen und zu erhalten.
Uhren zur Messung des Alterungsprozesses
Als der Wissenschaftler Steve Horvath seine so genannte Horvath-Uhr vorstellte, war das ein Schritt in diese Richtung. Die Uhr ist ein Instrument zur Messung des biologischen Alterns auf der Grundlage der Epigenetik, d.h. der sich verändernden Methylierungsmuster und anderer Arten von DNA-Modifikationen, die sich mit zunehmendem Alter verändern. Das Konzept seiner Uhr basiert auf der Tatsache, dass sich die DNA-Methylierungsmuster mit zunehmendem Alter verändern. Diese epigenetischen Muster korrelieren mit dem Alterungsprozess und können als Biomarker zur Schätzung des biologischen Alters dienen – also ein besseres Maß dafür, wie schnell wir altern, als das chronologische Alter.
Seit Horvath 2013 die erste Multisystemuhr vorgestellt hat, ist ein Wettlauf um effizientere Methoden zur Quantifizierung der Geschwindigkeit und der Auswirkungen des Alterns auf den menschlichen Körper entbrannt. In einer Studie aus dem Jahr 2022 wurde anhand mehrerer Biomarker nachgewiesen, dass verschiedene Teile des menschlichen Körpers auf zellulärer Ebene unterschiedlich schnell altern. Eine Studie an gesunden Erwachsenen hat gezeigt, dass die Umsatzraten bestimmter menschlicher Zelltypen, aus denen sich die Lebensdauer der Zellen ableiten lässt, von 2 Tagen für eine Art weißer Blutkörperchen bis zu 90 Jahren für Nervenzellen reichen.
Die Wissenschaftler sind sich nicht einig, wie die biologische Alterung von Organen am besten gemessen werden kann. Und trotz laufender Forschung gibt es keine veröffentlichte, validierte, systemspezifische epigenetische Uhr. Eine Forschergruppe der Universität Melbourne hat nun eine Art neue biologische Uhr für das Altern entwickelt, die nicht auf epigenetischen Messungen basiert.
Eine neue Möglichkeit, Krankheiten zu bekämpfen?
"Die Alterung eines Körpersystems, eines Organsystems, kann die Alterung anderer Systeme selektiv stark beeinflussen", sagt Andrew Zalesky, Neurowissenschaftler an der Universität Melbourne. Er und ein Team von Wissenschaftlern haben diese systemorientierte Messung des biologischen Alters in einer kürzlich in Nature Medicine veröffentlichten Studie noch einen Schritt weiter vorangetrieben. Indem sie die selektiven Effekte unterschiedlich schnell alternder Organe aufeinander abbildeten, schufen sie eine neue Möglichkeit, das altersbedingte Risiko für chronische Krankheiten zu quantifizieren und möglicherweise zu bekämpfen.
Die Forscher fanden auch Zusammenhänge zwischen der Geschwindigkeit der organspezifischen Alterung und dem Lebensstil sowie demografischen Faktoren wie der Nähe zu Grünflächen, die tendenziell mit einer "jüngeren" Lunge einhergehen. Sie fanden auch kausale Zusammenhänge zwischen den organspezifischen Alterungsraten. Beispielsweise kann die Alterung der Lunge zu einer höheren Alterungsrate des Herzens führen, was sich wiederum auf die Alterungsrate anderer Körpersysteme auswirken kann.
Anstatt sich auf epigenetische Alterungsuhren zu verlassen, um das biologische Alter zu messen, haben die Wissenschaftler aus Melbourne ihre "Uhr" aus der britischen Biobank abgeleitet, einem umfangreichen Datensatz, in dem seit 2006 die genetischen und gesundheitlichen Daten von 500.000 Menschen gesammelt wurden. In ihrer jüngsten Studie entwickelten die Wissenschaftler ein neues Maß für das biologische Alter, das auf Daten aus Gehirnscans und physiologischen Phänotypen oder Merkmalen basiert. Anhand von Daten gesunder Erwachsener trainierten sie maschinelle Lernmodelle, um das Alter verschiedener Körperteile vorherzusagen. Durch den Vergleich dieses Alters mit dem chronologischen Alter konnte das Modell erkennen, ob beispielsweise Herz, Lunge oder Nieren älter oder jünger waren als für ein bestimmtes Alter typisch. Diese Lücke wurde genutzt, um organspezifische Methoden zur Messung des biologischen Alters in sieben Körper- und drei Gehirnsystemen abzuleiten.
Jedes Jahr, in dem das Herz biologisch altert, erhöht sich das Gehirnalter um 27 Tage.
So fanden die Forscher beispielsweise Zusammenhänge zwischen der Alterung des Herzens und des Gehirns. Jedes Jahr, in dem das Herz biologisch altert, erhöht sich das Gehirnalter um 27 Tage. Die Forscher fanden auch Zusammenhänge zwischen dem biologischen Alter verschiedener Systeme und 16 chronischen Krankheiten, darunter Arthrose, Diabetes und Krebs. Diese Korrelationen zeigen zwar nicht, dass eine bestimmte Krankheit oder ein bestimmter Lebensstilfaktor die Alterung eines Organs verursacht oder umgekehrt, aber sie könnten nützlich sein, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen Körpersystemen zu entschlüsseln.
Die eigentliche Herausforderung besteht darin, von einem fragmentierten Ansatz in der Gesundheitsversorgung - ein Arzt pro Organ - zu einer Neudefinition der Gesundheit als dynamisches Netzwerk von Interaktionen zwischen Geweben und Organsystemen zu gelangen. Dies bedeutet, dass Ärzte sich auf bestimmte Organe konzentrieren könnten, die schneller altern als die sie umgebenden Systeme, und so möglicherweise den Alterungsprozess verlangsamen oder Krankheiten aufhalten könnten. Ein besseres Verständnis der Variationen des biologischen Alters könnte Ärzten auch dabei helfen, Therapien für Menschen auf der Grundlage ihrer individuellen Risikofaktoren zu entwickeln.
Um beim Vergleich mit einem Auto zu bleiben: Wenn das Auto älter wird, unterliegt alles dem Verschleiß. Wann muss der Auspuff oder ein anderes kritisches Teil ausgetauscht werden, wenn es Anzeichen dafür gibt, dass bald etwas schief gehen wird? Ein genauer und erschwinglicher biologischer Alterungstest ist das Ass des Mechanikers, der erkennt, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht stimmt, noch bevor man einen seltsamen Geruch bemerkt. Die Behebung dieses Problems würde den Kraftstoffverbrauch senken, das Auto geschmeidiger machen und Motorverschleiß verhindern. Ohne einen guten Mechaniker (oder eine genaue, erschwingliche Alterungsuhr) merken wir vielleicht erst, dass etwas nicht stimmt, wenn es zu spät oder zu teuer ist, es zu beheben. Aber welcher Alterungsmessung, welchem "Mechaniker" kann man wirklich vertrauen?
Experte
Referenzen
- Nie, C., Li, Y., Li, R., Yan, Y., Zhang, D., Li, T., Li, Z., Sun, Y., Zhen, H., Ding, J., Wan, Z., Gong, J., Shi, Y., Huang, Z., Wu, Y., Cai, K., Zong, Y., Wang, Z., Wang, R., . . . Xu, X. (2022). Distinct biological ages of organs and systems identified from a multi-omics study. Cell Reports, 38(10), 110459. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.110459
- Seim, I., Ma, S. & Gladyshev, V. N. (2016). Gene expression signatures of human cell and tissue longevity. Research Gate, 2(1). https://doi.org/10.1038/npjamd.2016.14
- Tian, Y. E., Cropley, V., Maier, A. B., Lautenschlager, N. T., Breakspear, M. & Zalesky, A. (2023). Heterogeneous aging across multiple organ systems and prediction of chronic disease and mortality. Nature Medicine, 29(5), 1221–1231. https://doi.org/10.1038/s41591-023-02296-6
Publiziert
2.11.2024
Kategorie
Health
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