Ekstremalne ciepło może przyspieszyć starzenie się u osób starszych

Słońce postarza skórę , ciepło oddziałuje na całe ciało. Badanie wykorzystujące próbki krwi pobrane od tysięcy starszych Amerykanów wykazało, że osoby mieszkające na obszarach, na których zdarzają się okresowe ekstremalne temperatury, wykazują szybsze starzenie się na poziomie komórkowym. Badania opublikowane w czasopiśmie Science Advances dowodzą, że podstawowy proces molekularny ekspresji genów ulega zmianom na przestrzeni tygodni i miesięcy po okresie dojrzewania. Wyniki te są zgodne z podobnymi wynikami uzyskanymi w populacjach niemieckiej i tajwańskiej. Dokładny mechanizm, dzięki któremu niekontrolowany termometr przyspiesza starzenie, nadal nie jest jasny. Jednak nagromadzenie dowodów, zwłaszcza w kontekście zmian klimatycznych, zmusza nas do uznania nadmiernego ciepła, obok tytoniu i zanieczyszczeń, za czynniki środowiskowe, które skracają życie.

Niewiele osób umiera na skutek udaru cieplnego; większość osób, które umierają z powodu coraz częstszych, długotrwałych i intensywnych fal upałów, umiera z powodu czegoś, co ma nieco makabryczną nazwę: „efektu żniw”. Chodzi o osoby z wcześniejszymi schorzeniami lub, przede wszystkim, osoby starsze, które giną w wyniku ekstremalnego uderzenia temperatury wcześniej, niż wskazywałby na to ich wiek chronologiczny. Jednak nawet bez zabijania ciepło może wyrządzić wiele szkód, zwłaszcza w ciałach stosunkowo starszych ludzi. Aby to ustalić, naukowcy z Leonard Davis School of Gerontology na University of Southern California (Stany Zjednoczone) przeanalizowali próbki krwi pobrane od 3686 Amerykanów w wieku powyżej 56 lat.

Wystawa jest częścią ogólnopolskiego projektu monitorującego stan zdrowia uczestników. Jednak Eunyoung Choi i Jennifer Ailshire, badaczki z Uniwersytetu Kalifornijskiego, były zainteresowane jedną konkretną kwestią: metylacją DNA. Jest to podstawowy proces biochemiczny organizmu, w trakcie którego do DNA dodawane są znaczniki chemiczne pełniące funkcję przełączników genów. Kilka lat temu odkryto, że jego funkcjonowanie jest zmienne i że ta zmienność zależy od wielu czynników, wśród których najważniejszy jest upływ czasu. Stopień metylacji DNA jest dziś jednym z głównych biomarkerów pozwalających określić wiek biologiczny, który nie zawsze pokrywa się z wiekiem chronologicznym. Mając te informacje, opracowano kilka zegarów epigenetycznych , które naukowcy wykorzystują do pomiaru starzenia.

„Metylacja DNA to proces regulujący ekspresję genów, czyli aktywujący lub dezaktywujący geny bez zmiany samego kodu genetycznego” – wyjaśnia Choi, pierwszy autor badania opublikowanego w Science Advances . „Udowodniono, że stresory środowiskowe, takie jak ciepło, zanieczyszczenie powietrza i stres psychiczny, wpływają na wzorce metylacji DNA” – dodaje. Natomiast w przypadku temperatur naszą wiedzę czerpiemy z eksperymentów na różnych organizmach laboratoryjnych, od nicieni, takich jak C. elegans, po klasyczne myszy. „W przypadku ciepła, długotrwałe narażenie może wywołać reakcje stresowe o charakterze fizjologicznym, takie jak stan zapalny i stres oksydacyjny, które z kolei mogą prowadzić do zmian w metylacji DNA” – dodaje badacz.

Po zbadaniu wzorców metylacji we krwi osób starszych z badanej próbki przy użyciu trzech różnych zegarów epigenetycznych, naukowcy umieścili każdego z uczestników na mapie Stanów Zjednoczonych, na której umieszczono dane dotyczące temperatury i wilgotności w różnych przedziałach czasowych – od kilku tygodni przed każdą serią pobrań krwi do kilku miesięcy.

„Nasze badania wykazały, że osoby starsze mieszkające na terenach, na których panują ekstremalnie upalne dni, wykazują szybsze starzenie się biologiczne w porównaniu do osób mieszkających w chłodniejszych rejonach” – powiedział Choi w wiadomości e-mail. Patrząc na poniższą mapę, od razu widać, że większość hrabstw, w których odnotowano wysokie temperatury, znajduje się w południowo-wschodniej części Stanów Zjednoczonych, gdzie znajduje się Floryda, południowa część dorzecza Missisipi, większa część Teksasu i granica z Meksykiem. To właśnie w tych rejonach skupia się większość osób starszych, których wiek biologiczny przyspiesza. Przyspieszenie starzenia się organizmu o podłożu epigenetycznym wiąże się ze zwiększonym ryzykiem chorób przewlekłych, takich jak choroby układu krążenia i cukrzyca, a także ze śmiertelnością. Jednak sama badaczka podkreśla, że ​​„jest to badanie obserwacyjne, co oznacza, że ​​nie możemy ustalić jednoznacznej zależności przyczynowo-skutkowej”. Mimo wszystko, Choi podsumowuje, że „zaobserwowany przez nas związek wskazuje, że długotrwałe narażenie na działanie ekstremalnego ciepła może przyczyniać się do przyspieszonego starzenia na poziomie molekularnym”.

Dr Alexandra Schneider, kierowniczka grupy badawczej zajmującej się zagrożeniami dla środowiska w Centrum Helmholtza w Monachium w Niemczech, nie brała udziału w pracy Choi i Ailshire, ale kierowała własnymi badaniami, których wyniki opublikowano w 2023 r . Po raz pierwszy odkryto związek między średnioterminową ekspozycją na ciepło a przyspieszonym wiekiem epigenetycznym. Przeanalizowali metylację DNA 3500 mieszkańców miasta Augsburg i regionu, pobierając kolejne próbki krwi i zestawiając ich wyniki z temperaturą panującą na cztery do ośmiu tygodni przed pobraniem próbki. Jak później zauważyli amerykańscy badacze, zespół niemiecki odkrył, że im wyższa temperatura, tym szybsze starzenie się.

„Wszystkie metody zastosowane w nowym badaniu wydają mi się trafne. „Do ich porównania wykorzystują zegary epigenetyczne pierwszej, drugiej i trzeciej generacji” – mówi Schneider w e-mailu o pracy Choi i Ailshire’a. „Nie jestem zaskoczony wynikami, ponieważ w naszym badaniu znaleźliśmy porównywalne efekty” – dodaje Niemiec, który podsumowuje: „Ogólnie rzecz biorąc, wyniki wskazują, że epigenetyczne przyspieszenie starzenia się jest procesem, który wzmacnia często obserwowane powiązania między wysokimi temperaturami a śmiertelnością lub chorobami związanymi z wiekiem”.

Naukowcy z Narodowego Uniwersytetu Tajwańskiego, wspólnie z Niemcami i Amerykanami, opublikowali w kwietniu 2024 r. pracę, którą uważają za pierwszą na świecie pracę na temat związku między temperaturą a metylacją DNA wśród grupy etnicznej Han (samych Chińczyków), stanowiącej około 20% populacji świata. W jego przypadku próba liczyła nieco ponad 2000 osób. Podobnie jak w poprzednich i kolejnych pracach, naukowcy odkryli związek między ciepłem a przyspieszonym starzeniem biologicznym. Jednak w tym przypadku próba nie ograniczała się do osób starszych, lecz obejmowała uczestników w wieku od 20 do 70 lat, co może wskazywać, że szkodliwe skutki upałów nie ograniczają się tylko do osób starszych.

Dr Manel Esteller, badacz epigenetyki nowotworów w Fundacji Josepa Carrerasa, wskazuje, że wiek chronologiczny, określany na podstawie daty urodzenia, niekoniecznie musi pokrywać się z wiekiem biologicznym, „co pokazuje starzenie się palaczy”. Jeśli chodzi o upały, przypomina, że ​​nie ma żadnych przesłanek wskazujących na to, czy umrą wcześniej, „ale się zestarzeli”. Następnie wyjaśnia, że ​​odkrywane są skutki ekstremalnych temperatur, szczytów upałów. W rzeczywistości dwa badania – niemieckie i tajwańskie – przeprowadzono na populacjach przyzwyczajonych do łagodnych temperatur. „Jeśli mieszkasz w strefie gorącej, musisz się przystosować” – mówi naukowiec.

Istotne jest tutaj to, w jakim stopniu organizm potrafi przystosować się do wzrostu temperatury. Badania przeprowadzone wśród ludności hiszpańskiej wykazały względną adaptację do ciepła, co wyjaśniałoby, dlaczego mniej osób umiera podczas gorących lat niż w poprzednich dekadach. Ale starzenie się to zupełnie inna sprawa. Jak wyjaśnia Choi, pierwszy autor badania przeprowadzonego wśród amerykańskich seniorów: „Chociaż nie możemy wykluczyć możliwości, że pewien stopień adaptacji może wystąpić u populacji stale narażonych na wysokie temperatury, nie oznacza to koniecznie, że są one odporne na biologiczne koszty przewlekłego i ekstremalnego narażenia na ciepło”.

Podobnie jak Esteller, jego kolega, dr José Ignacio Martín-Subero, szef grupy biomedycznej epigenomiki IDIBAPS w Hospital Clínic w Barcelonie, przypomina, że ​​„narażenie na ekstremalne ciepło niekoniecznie oznacza, że ​​będziesz żyć krócej, ale że będziesz bardziej podatny na zachorowania”. Cechą wyróżniającą tę pracę jest to, że wraz z poprzednimi dodaje ona ciepła do „katalogu czynników środowiskowych, które, jak tytoń, postarzają nas, a znajomość tego katalogu, a także czynników, które nas odmładzają, pozwala nam podejmować decyzje dotyczące tego, jak chcemy żyć”.