Naše tělo má biologické hodiny, které určují, jak rychle naše buňky stárnou. Jak tento mechanismus funguje? Jaké faktory jej urychlují a které naopak zpomalují?
V komedii Smrt jí sluší z roku 1992, v níž září Meryl Streepová a Goldie Hawnová, vede obě ženy strach ze stárnutí až k uzavření smlouvy s ďáblem. Vypijí lektvar, který zastaví čas a propůjčí jim mladistvý vzhled. V reálném světě vedla stejná touha k rozmachu kosmetických procedur, které nám mají pomoci trochu oklamat osud a uniknout skutečnému věku.
Čas od času potkáme muže nebo ženu, kteří vypadají mladší, než kolik jim ve skutečnosti je. Mnohdy ani sami nedokážou vysvětlit proč, a když jim někdo složí poklonu, odpovídají známou frází: „Mám dobré geny.“
Zároveň existují lidé, kteří působí starší, než odpovídá jejich věku. Můžeme si pomyslet, že nám „stárnou před očima“, a i v tomto případě lze vinit genetiku nebo těžkosti, kterými si prošli.
V posledních letech vědci vyvinuli metody, jak přesněji odhadnout náš biologický věk – tedy skutečné tempo stárnutí organismu – na rozdíl od věku chronologického. Výzkumy ukazují, že mezi těmito dvěma údaji mohou vznikat propastné rozdíly, a to v dobrém i špatném slova smyslu.
Další studie odhalily vnější vlivy na rychlost stárnutí. Jde o faktory, které nejsou jen otázkou „dobrých či špatných genů“, ale o věci, jež můžeme skutečně ovlivnit. Vědci věří, že pokud se naučíme tyto faktory brát v úvahu, budeme schopni stárnutí zpomalit, a snad dokonce díky opravě a omlazení buněk i obrátit jeho směr.
Jak se mění naše buňky
Abychom pochopili, co způsobuje naše stárnutí nebo naopak relativní mládí, musíme nejprve umět změřit náš biologický věk. Jedna z prvních metod, identifikovaná zhruba před 30 lety, spojuje stárnutí s konci našich chromozomů, známými jako „telomery“.
Chromozomy jsou dlouhé, vláknité struktury v jádrech našich buněk, které nesou veškeré genetické informace zděděné po rodičích. Člověk jich má celkem 46.
V 70. letech 20. století zkoumala Elizabeth Blackburnová v rámci postdoktorského výzkumu na Yaleově univerzitě chromozomy jednobuněčných organismů a objevila něco zajímavého. Zjistila, že na konci všech chromozomů se nachází dlouhý řetězec geneticky bezvýznamných, opakujících se sekvencí – telomera.
Později vyšlo najevo, že se tyto opakující se struktury objevují na koncích chromozomů u všech živočišných druhů. U složitějších organismů, jako je člověk, se tyto zdánlivě bezvýznamné sekvence mohou opakovat tisíckrát a vytvářet tak velmi dlouhou telomeru.
V další studii provedené na Kalifornské univerzitě v Berkeley v roce 1985 identifikovala Blackburnová se svou doktorandkou Carol Greiderovou v určitých buňkách enzym schopný telomery prodlužovat. Tento enzym nazvaly „telomeráza“. V té fázi Blackburnová ještě plně nechápala, k čemu tento složitý mechanismus slouží, ani proč se telomery prodlužují.
Po dokončení doktorátu pokračovala Greiderová ve výzkumu a v roce 1990 záhadu vyřešila. Shromáždila fibroblasty (buňky vazivové tkáně kůže) od lidských dárců různého věku a změřila délku jejich telomer. S kolegy pak s překvapením zjistila, že čím starší dárce byl, tím kratší měl telomery. Navíc když nechali tyto buňky v laboratoři dále se dělit – což je proces, který v našem těle probíhá i během stárnutí – zjistili, že se telomery s každým dalším dělením zkracují.
Z toho Greiderová vyvodila, že telomery chrání genetickou informaci uloženou v chromozomech. Pokaždé, když se buňka rozdělí na dvě dceřiné buňky, její chromozomy se zkopírují a zkrátí se telomery, nikoliv základní genetická informace. Tímto způsobem se předchází poškození genů s dědičným významem. V odborné práci z roku 1990 Greiderová vysvětlila, že tím příběh nekončí: když se telomera zkrátí příliš, buňka již nemůže replikovat své chromozomy a obnovovat se – v tom okamžiku umírá.
V roce 2009 obdržely profesorky Blackburnová a Greiderová spolu s dalším výzkumníkem Jackem Szostakem Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství za své objevy týkající se telomer. V důsledku toho vědci v posledních 20 letech měřili tempo buněčného neboli biologického stárnutí právě zkoumáním délky telomer. Čím kratší jsou telomery, tím kratší je naše délka života.
Během uplynulého desetiletí však odborníci identifikovali několik omezení této techniky a vyvinuli přesnější nástroj pro posuzování buněčného stárnutí. I ten je spojen s chromozomy, ačkoliv se více váže na jiné procesy, k nimž v průběhu času dochází.
Chemické modifikace molekuly DNA se nazývají epigenetické změny. Epigenetické informace regulují aktivitu genů tím, že řídí, které geny se projeví a které zůstanou umlčeny. Například geny nezbytné pouze pro funkci jater budou v našich očních buňkách neaktivní. V posledních desetiletích se ukázalo, že se na našich chromozomech v průběhu času hromadí další informace a že tyto epigenetické změny jsou základními hybateli stárnutí.
V roce 1975 identifikoval biolog Arthur Riggs ústřední mechanismus v procesech umlčování genů a nazval jej „metylace“. Od té doby věda objevila další epigenetické mechanismy, ale metylace je stále považována za jeden z nejdůležitějších.
Studie publikovaná v roce 2005 mezinárodní výzkumnou skupinou pod vedením španělských vědců prokázala silnou souvislost mezi procesy metylace a buněčným stárnutím. Výzkum zahrnoval 40 párů jednovaječných dvojčat ve věku od 3 do 74 let. Výzkumníci od účastníků odebírali lymfocyty, což je typ bílých krvinek. Když zkoumali chromozomy buněk a porovnávali metylační markery u jednovaječných dvojčat, pozorovali jasný trend: u mladých dvojčat byly vzorce metylace na chromozomech podobné nebo se objevovaly převážně na stejných místech, což naznačovalo, že jsou umlčeny stejné geny.
Jak však dvojčata stárla, rozdíly v metylaci na jejich chromozomech narůstaly. V některých případech mechanismus „umlčení“ u určitých genů zmizel, zatímco jinde vědci zaznamenali nové metylační značky, což znamenalo umlčení životně důležitých genů. Odborníci dospěli k závěru, že metylační vzorce vytvořené v našich buňkách v mládí sice ovlivňuje genetická informace zděděná po rodičích, ale s přibývajícím věkem se epigenetické značky stále více mění v souladu s tím, jak žijeme.
Tvorba hodin stárnutí
V tomto bodě vstoupil na scénu profesor Steve Horvath z Kalifornské univerzity v Los Angeles. Horvatha možnost prodloužení lidského života fascinovala již od dospívání v Německu. V roce 1995 dokončil doktorát z matematiky na Univerzitě Severní Karolíny v Chapel Hill a v roce 2000 získal druhý doktorát z biostatistiky na Harvardu. Domníval se, že by mohl procesům buněčného stárnutí porozumět skrze sledování vzorců metylace na chromozomech.
„Na první ‚epigenetické hodiny‘ jsem narazil náhodou,“ uvedl Horvath v přednášce pro TED v roce 2020. „Kolega mi poskytl soubor dat o metylaci, protože ho zajímalo studium sexuální orientace. Tato data získaná ze slin neukázala v souvislosti se sexuální orientací vůbec nic. Když jsem ale dal metylaci do souvislosti s věkem, málem jsem spadl ze židle – ten signál byl neuvěřitelně silný.“
Dodal, že se „okamžitě rozhodl nechat v laboratoři všeho ostatního a zaměřit se na využití metylačních dat k sestavení ‚hodin stárnutí‘“.
Horvath a jeho kolegové z UCLA shromáždili vzorky slin od 68 účastníků – 34 párů jednovaječných dvojčat ve věku 21 až 55 let – a porovnali jejich metylační data. Své závěry zveřejnili v červnu 2011. Po prozkoumání přibližně 27 000 míst v genomu identifikovali 88 specifických bodů, kde věk ovlivňuje metylaci. Na 69 z těchto míst se metylace s věkem zvyšovala, což naznačovalo, že geny, které byly v mladších buňkách aktivní, byly ve vyšším věku umlčeny. Na zbývajících 19 místech původní metylace zmizela, což znamenalo, že se začaly projevovat geny, které buňky do té doby považovaly za postradatelné. Čím více takových narušení v metylaci chromozomů nastane, tím více trpí funkce buněk. Jedním z projevů tohoto poškození je právě buněčné stárnutí.
Analýzou metylace na těchto 88 místech vyvinul Horvath první „epigenetické hodiny“. Ty dokázaly odhadnout věk účastníka s průměrnou odchylkou 5,2 roku.
Jinými slovy: pokud někdo, kdo vás nikdy neviděl, provede test metylace například z vašich krvinek, dokáže určit váš věk s přesností na pět let.
Každý typ tkáně má však své vlastní jedinečné vzorce metylace, které závisí na bílkovinách vyžadovaných daným typem buňky. To přivedlo Horvatha k další myšlence: vyvinout epigenetické hodiny, které by bylo možné aplikovat na všechny lidské tkáně a typy buněk, včetně vzorků krve nebo mozkových buněk od zesnulých dárců.
„Tak jsme vyvinuli ‚všetkáňové hodiny‘ (pan-tissue clock). Dejte mi vzorek DNA z jakékoli buňky vašeho těla a já vám řeknu, kolik vám je let,“ vysvětlil Horvath ve zmíněné přednášce. Doplnil, že ještě ambicióznějším cílem byly „univerzální savčí hodiny“ použitelné pro všechny druhy savců. V srpnu 2023 navrhl Horvath s kolegy v rámci společné práce s desítkami vědců z celého světa takové epigenetické hodiny vhodné pro 185 různých druhů savců.
Od vývoje Horvathových prvních hodin vytvořili i další badatelé řadu jiných verzí. Mnohé z nich dosáhly ještě vyšší přesnosti, přičemž některé vykázaly odchylku pouhých 2,3 roku.
Další výzkum biologického věku a jeho vztahu k věku chronologickému vedl vědce k závěru, že svým chováním v životě přímo ovlivňujeme procesy metylace i své telomery. Existují faktory, které mohou životnost našich buněk buď zkrátit, nebo prodloužit, a tím ovlivnit rychlost našeho stárnutí..
Faktory ovlivňující rychlost našeho stárnutí
Zelené, klidné a příjemné prostředí
V rámci studie publikované v prosinci 2023 zkoumali vědci ze Spojených států a Kanady, jak čtvrť, ve které žijeme – zejména rozsah tamní zeleně – ovlivňuje zkracování našich telomer, a potažmo tedy i skutečné tempo stárnutí.
Badatelé využili databázi Národního průzkumu zdraví a výživy (NHANES) a analyzovali údaje od přibližně 7 800 účastníků shromážděné za období zhruba 20 let. Data zahrnovala místa bydliště a informace o dostupnosti zelených ploch. Vzorky krve vědcům umožnily změřit délku telomer v bílých krvinkách účastníků a sledovat, jak se v průběhu času měnila.
Již v úvodní analýze zjistili jasnou souvislost mezi prostředím, v němž žijeme, a délkou telomer. Dospěli k závěru, že život ve čtvrti bohaté na zeleň může způsobit, že náš biologický věk bude až o 2,6 roku nižší než věk chronologický.
Když zkoumali další faktory, jako je socioekonomický status čtvrti, rasová segregace a znečištění ovzduší, zjistili, že i tyto aspekty hrají důležitou roli. Podle výzkumníků mají tyto rozmanité faktory jedno společné: ovlivňují míru každodenního stresu, který člověk prožívá, což následně působí na tempo zkracování telomer. Tato zjištění jsou v souladu s jinou studií z roku 2019, která prokázala, že socioekonomický status sousedství má na rychlost zkracování telomer přímý vliv.
Chronický stres
Dopad chronického stresu na buněčné stárnutí je znám již od roku 2004, kdy profesorka Blackburnová spolu s psycholožkou Elissou Epelovou zkoumala souvislost mezi individuálním prožitkem chronického stresu a tempem zkracování telomer. Do výzkumu zapojily 39 matek pečujících o chronicky nemocné děti, což je situace spojená s nepřetržitým tlakem. Kontrolní skupinu tvořilo 19 matek podobného věku, jejichž děti byly zdravé. Krevní testy vědkyním umožnily změřit délku telomer v bílých krvinkách matek a dotazníky pomohly odhadnout míru stresu, který prožívaly.
Výzkumnice zjistily, že čím více stresu matka v každodenním životě pociťovala, tím kratší měla telomery. Dotazníky ukázaly, že matky pečující o nemocné dítě zažívaly mnohem vyšší zátěž než ty se zdravými dětmi. U všech matek mladších 50 let identifikovaly mezi experimentální a kontrolní skupinou rozdíl v „buněčném věku“ čítající téměř jedno desetiletí. V rámci skupiny s chronickým stresem platilo, že čím déle stres trval – tedy čím více let uplynulo od diagnózy dítěte – tím kratší byly matčiny telomery.
V rozhovoru, který autor tohoto článku vedl s Epelovou v roce 2017, popsala psycholožka různé myšlenkové vzorce, které mohou každodenní stres stupňovat, a přispívat tak ke zkracování telomer. Patří mezi ně pesimistické myšlenky, potlačování emocí, opakované přemítání o problémech (ruminace) a další.
Jinými slovy, to, jak přemýšlíme o potížích, jimž čelíme, může v našem buněčném stárnutí hrát zásadní roli. Výzkumnice pozorovaly rozdíly v délce telomer mezi matkami nemocných dětí, které vnímaly každodenní výzvy jako hrozbu, a těmi, které k nim přistupovaly jako k překážkám, jež lze zvládnout. „To, co určuje míru stresu těchto matek, není samotná komplikovaná péče, ale především to, jak na situaci vnitřně reagují. Daná situace v jejich myslích ‚žije‘ různě a také o ní různými způsoby mluví,“ vysvětlila Epelová.
Epigenetické hodiny poukazují na podobné trendy týkající se stresu a buněčného stárnutí. V rámci studie z roku 2021 vědci z Yaleovy univerzity vybrali 444 zdravých lidí ve věku 18 až 50 let a pomocí rozhovorů a dotazníků zjišťovali stresové události, které prožili před začátkem studie. Hodnotili také schopnost účastníků se ovládat a regulovat své emoce. Krevní testy pak pomohly určit jejich „biologický věk“.
I zde byl vzorec jednoznačný: čím větší byl kumulativní stres, který člověk během života zažil, tím více se jeho biologický věk zrychloval oproti věku chronologickému.
Vědci z Yaleu však zjistili, že u účastníků, kteří se naučili do svého života začlenit techniky emoční regulace nebo sebeovládání, se tyto nástroje jevily jako účinný nárazník zmírňující dopady stresu.
Fyzická aktivita
Míváme sklon si myslet, že čím více cvičíme, tím budeme zdravější – a možná i mladší. Studie zaměřené na délku telomer i výzkumy založené na epigenetických hodinách skutečně potvrdily, že fyzická aktivita pomáhá buňkám stárnout pomaleji. Výzkumný tým z Marylandské univerzity však v roce 2008 dospěl k závěru, že na „dávkování“ pohybu velmi záleží.
Marylandská studie zahrnovala 69 zdravých účastníků ve věku 50 až 70 let, kteří v rozhovorech uváděli své týdenní fyzické aktivity, včetně typu cvičení, intenzity, frekvence a délky trvání. Poté vědci vypočítali energetický výdej každého účastníka při cvičení. Pro statistickou analýzu byli účastníci rozděleni do čtyř skupin: první zahrnovala ty, kteří téměř necvičili; druhá osoby s mírnou aktivitou; třetí osoby s vysokou aktivitou; a čtvrtá ty s nejvyšší úrovní zátěže (nad 3 540 kcal týdně).
Když vědci zkoumali délku telomer a aktivitu telomerázy (enzymu, který telomery prodlužuje), nejlepší výsledky vykazovaly dvě prostřední skupiny. Lidé ve skupině s nejvyšší aktivitou stárli rychleji, měli kratší telomery a nižší aktivitu telomerázy ve srovnání se skupinami s mírnou a vysokou aktivitou.
Existují také formy fyzických aktivit, které i přes svou klidnou povahu a malou námahu pomáhají našim buňkám udržet si mládí. V roce 2012 zkoumala australská výzkumná skupina účinky taj-či – jemného čínského cvičení pro mysl i tělo využívajícího pomalé, plynulé pohyby – na ženy starší 45 let. Experimentální skupina čítala asi 240 žen, které taj-či cvičily alespoň tři roky; kontrolní skupinu tvořilo přibližně 260 žen podobného věku, které taj-či nikdy nepraktikovaly.
Když badatelé zkoumali místa v genomu na přítomnost metylačních markerů spojených s buněčným stárnutím, zjistili výrazné rozdíly. U kontrolní skupiny vykazovala čtyři místa sníženou metylaci (aktivaci postradatelných genů), zatímco na dvou dalších místech se metylace zvýšila (umlčení životně důležitých genů). Podobné trendy stárnutí se objevily i u cvičitelek taj-či, ovšem v tempu o 5 až 70 % pomalejším. Jinými slovy, procesy související se stárnutím byly v kontrolní skupině jasně doloženy, zatímco v buňkách cvičitelek se tyto procesy výrazně zpomalily.
Prostředí a stres určují, jak rychle běží vaše biologické hodiny. Zjistěte, proč zeleň a klidná mysl dokážou buněčné stárnutí zpomalit.
Strava
Vědci v italské Neapoli zkoumali, jak středomořská strava ovlivňuje buněčné stárnutí. Tento způsob stravování je již dlouho známý svými přínosy pro zdraví. Vyznačuje se vysokou konzumací zeleniny, ovoce, luštěnin a ryb, kterou doplňuje střídmá konzumace červeného masa a mléčných výrobků. K posouzení zdravotního stavu a návyků 217 účastníků ve věku nad 71 let využili vědci rozhovory a dotazníky. Na jejich základě rozdělili probandy do tří skupin podle toho, jak důsledně středomořskou dietu dodržují.
Když výzkumníci zkoumali délku telomer a aktivitu telomerázy v bílých krvinkách, zjistili u skupiny se střední mírou dodržování diety lepší výsledky než u skupiny s nízkou mírou. Ti, kteří se stravovali striktně podle středomořských zásad, však měli telomery výrazně delší a vykazovali i zvýšenou aktivitu telomerázy.
Nezáleží však pouze na kvalitě jídla, ale také na jeho množství. Epigenetické hodiny naznačují, že na tempo buněčného stárnutí může mít vliv i omezení kalorií. Vědci z Texaské univerzity zkoumali metylační změny v různých tkáních (např. v játrech, slezině a kostní dřeni) u myší, které po většinu života dostávaly stravu o 40 % chudší na kalorie než kontrolní skupina. Zjistili, že v játrech a krvi došlo k výraznému zpomalení metylačních změn – buňky byly o 1,6 roku mladší, než odpovídalo chronologickému věku hlodavců. Menší snížení, přibližně o 0,4 roku, vědci pozorovali ve střevě.
Omezení kalorií vědci zkoumali také u makaků rhesus. Opice, které konzumovaly o 30 % méně kalorií, vykazovaly ve věku kolem 30 let (což je pro tento druh pokročilé stáří) mnohem méně metylačních změn v krevních buňkách. Jejich biologický věk byl v průměru o sedm let nižší než věk chronologický.
Užívání marihuany
Výzkumníci ve Spojených státech zkoumali účinky dlouhodobého užívání konopí s využitím údajů ze studie CARDIA (Coronary Artery Risk Development in Young Adults), která od poloviny 80. let sleduje přibližně 5 000 Američanů. Vědci se zaměřili na zhruba 1 900 osob, které v průběhu let užívání marihuany potvrdily. U části z nich měřili metylaci po 15 letech užívání drogy, u ostatních po zhruba 20 letech.
Odborníci identifikovali přibližně 200 míst v genomu spojených s metylačními změnami v důsledku užívání marihuany. Některé souvisely s dlouhodobým užíváním, jiné s nedávnou konzumací. Konstatovali, že mnohé epigenetické změny způsobené konopím mohou přispívat k rozvoji řady onemocnění, ačkoliv se studie specificky nezabývala samotným procesem stárnutí.
V jiné studii mezinárodní tým vědců sledoval 1 037 obyvatel novozélandského Dunedinu ve věku od 18 do 45 let. Shromažďovali údaje o jejich užívání konopí, cigaret a alkoholu. Když účastníci dosáhli 45 let, vědci odhadli míru opotřebení jejich těl. Tentokrát nepoužili epigenetické hodiny, ale ukazatele jako stárnutí mozku (posuzované pomocí MRI), rychlost chůze a míru stárnutí obličeje.
Výsledky ukázaly, že ti, kteří konopí užívali dlouhodobě, stárli rychleji téměř ve všech sledovaných parametrech (s výjimkou rychlosti chůze). Navíc platilo, že čím intenzivnější bylo užívání v průběhu let, tím rychleji tělo chřadlo. I po zohlednění vlivu kouření a alkoholu vykazovalo samotné konopí významnou souvislost se zrychleným stárnutím.
Hledání elixíru
Poté, co profesor Horvath vyvinul epigenetické hodiny a opakovaně zvyšoval jejich přesnost, posunul své úvahy dál. Zdravý životní styl nám sice pomůže stárnout pomaleji, poznamenal v přednášce pro TED, ale „bohužel to nebude stačit k tomu, abyste se dožili 123 let… Potřebujeme vyvinout mnohem účinnější zásahy proti stárnutí.“
„Můžeme tyto epigenetické hodiny využít k identifikaci nebo potvrzení účinnosti metod proti stárnutí?“ položil si otázku.
Výzkumné skupiny po celém světě nyní tyto nové nástroje využívají k hledání záhadného vzorce mládí. V roce 2021 například vědci v USA a Kanadě navrhli experiment zahrnující více aspektů životního stylu. Celkem 43 účastníků ve věku 50 až 72 let muselo po dobu osmi týdnů dodržovat přísný režim – převážně rostlinnou stravu s libovým masem, doplňky stravy s probiotiky a sedmihodinový spánek.
Plán zahrnoval také pět půlhodinových tréninků týdně a dechová cvičení pro snížení stresu. Na konci experimentu vědci odhadli, že buňky 18 účastníků byly v průměru o 1,96 roku mladší než před zahájením tohoto režimu. Vzhledem ke krátkému trvání studie však nelze určit, jak by takový režim ovlivnil biologický věk v dlouhodobém horizontu.
V klinické studii z roku 2019 Horvath s kolegy zkoumali vliv růstového hormonu na obnovu funkce brzlíku – orgánu klíčového pro imunitní systém. Po roční léčbě u 10 účastníků byl biologický věk jejich imunitních buněk o 2,5 roku nižší, než by byl bez terapie.
K nalezení „elixíru mládí“, jaký si Horvath představuje, vede ještě dlouhá cesta – pokud jej vůbec lze nalézt. Mezitím však v našem každodenním životě existuje mnoho věcí, které nám při důsledném praktikování mohou pomoci zůstat o něco mladšími a energičtějšími.
Tento článek byl původně publikován v časopise Epoch Magazine v Izraeli.
–ete–
