Nature Aging：血管在30至39岁期间加速衰老，其他器官呢？

　　

随着时间流逝，我们逐渐老去。器官结构（包括细胞、血管和细胞外基质的排列）也会随年龄增长而发生变化，但具体的变化过程在很大程度上仍是未知的。

Sanford Burnham Prebys医学发现研究所的研究人员近日发现，每个器官的衰老进程各不相同。动脉在30至39岁期间重塑速度最快，而生殖器官则在更年期发生重塑。他们将这些结果发表在《Nature Aging》杂志上。

这项研究利用计算模型分析了40种人体器官的衰老速度。他们发现了三种主要的衰老模式，并绘制了潜在的分子变化图谱，这些变化有望指导人们开发器官特异性的干预措施，以促进健康衰老。

通讯作者、Sanford Burnham Prebys医学发现研究所的Sanju Sinha博士表示：“我们的目标是从结构层面了解衰老的发生机制。为此，我们需要收集数千份正常器官的组织样本，涵盖各个年龄段。”

研究人员在基因型-组织表达项目（GTEx）的数据库中发现了超过25,000张扫描图像，这些图像覆盖40种正常组织的活检样本，来自970名21至70岁的已故捐赠者。

为了分析这些数据，他们开发出一种名为PathStAR（基于病理学的结构衰老速率）的深度学习计算机视觉模型。

该模型的工作原理是将扫描的组织病理切片分割成超过3000万个图像块（patches）。PathStAR从这些图像块中提取结构特征，然后利用这些特征来绘制组织结构的衰老过程。

“我们假设，临床成像能够提供足够的视觉信息，以了解和追踪组织衰老的过程，” Sinha说。“建立模型之后，我们首先将其应用于卵巢，进行概念验证。”

数据集中包含250张卵巢活检样本的组织病理学切片。PathStAR分析这些图像中的组织结构后发现，卵巢有两个加速衰老期：35至40岁，与生育能力下降相吻合；以及55至60岁，与绝经后期相对应。

“我们发现，随着年龄增长，组织结构的变化非常明显，以至于该模型甚至不需要任何基于实际年龄的训练就能追踪这些变化。” Sinha谈道。

接下来，研究团队将PathStAR的分析目标转向剩余的器官图像，他们首先筛选出至少有200个样本、涵盖各个年龄段的15种组织类型。他们发现，这些组织可以进一步细分为三组。

血管系统被认为是早期结构衰老的组织之一。这些组织在30至39岁期间加速衰老，之后衰老速度减慢。子宫和阴道等组织则属于晚期衰老组织，它们在成年早期相对稳定，但在50至55岁期间衰老速度最快。

然而，九种组织类型则呈现出两个截然不同的衰老阶段，与之前测试的卵巢组织类似，研究团队将其称为“双相结构衰老”。

研究人员发现，各个器官的结构衰老加速阶段存在一种共同的分子特征，表现为与炎症相关的基因表达增加，而控制能量产生、细胞生长和细胞质量控制的基因则受到抑制。

“我们的研究结果可作为构建结构衰老图谱的基础，为抗衰老干预措施的设计和评估提供信息，” Sinha说。“此外，我们研究的组织中有一半以上都经历了与卵巢类似的结构衰老过程，因此我们将卵巢视为全身衰老的‘领跑人’。”

“通过开发延缓生殖衰老的疗法，我们看到了保护其他多个器官并延长整体健康寿命的潜力。”