Die Forscher verwendeten ein maschinelles Lernmodell zur Analyse von Blutproteinen, um das biologische Alter von Körperorganen und nicht das chronologische Alter abzuschätzen. Es handelt sich um eine Möglichkeit, das Risiko für die Entwicklung von Erkrankungen wie Herzinsuffizienz, Alzheimer und Diabetes bei scheinbar gesunden Menschen vorherzusagen und so dazu beizutragen, dass Menschen früher behandelt werden.
Das chronologische Alter stimmt nicht immer mit dem biologischen Alter überein. Der Alterungsprozess führt zu einer Verschlechterung der Organstruktur und -funktion und erhöht dadurch das Risiko der meisten chronischen Krankheiten. Zwar gibt es viele Methoden zur Beurteilung des biologischen Alterns, die meisten liefern jedoch nur eine einzige Ganzkörpermessung und keine organspezifischen Altersinformationen.
Eine von Forschern der Stanford University School of Medicine geleitete Studie hat Protein-Biomarker entdeckt, die das biologische Alter eines Organs und damit das Krankheitsrisiko einer Person abschätzen können.
Tony Wyss-Coray, korrespondierender Autor der Studie, sagte: „Wir können das biologische Alter eines Organs bei einer scheinbar gesunden Person abschätzen. Dies wiederum kann das Risiko einer Person vorhersagen, Krankheiten im Zusammenhang mit diesem Organ zu entwickeln.“
Die Forscher untersuchten 11 Organe, Organsysteme oder Gewebe: Herz, Lunge, Gehirn, Nieren, Leber, Bauchspeicheldrüse, Darm, Muskeln, Fett, Immunsystem und Blutgefäße (Gefäßsystem). Sie maßen 4.979 Proteine bei 5.676 Erwachsenen im Alter von 20 bis 90 Jahren und markierten Proteine, deren Genexpression in einem Organ mindestens viermal höher war als in anderen. Von allen gemessenen Proteinen erfüllten 856 (17,9 %) diese Definition.
Sie trainierten einen Algorithmus für maschinelles Lernen, um das Alter von 11 Organen anhand hochexprimierter Proteine als Eingabe zu schätzen. Sie trainierten außerdem ein „Organ“-Modell unter Verwendung organunspezifischer Plasmaproteine und ein „normales“ Modell unter Verwendung aller Proteine unabhängig von der Spezifität, um den Beitrag spezifischer Organe zu allgemeinen Gewinnmerkmalen zu vergleichen. Für jedes Individuum erstellt der Algorithmus einen „Altersunterschied“, also das biologische Alter des Individuums im Vergleich zu Gleichaltrigen. Frühere Untersuchungen haben einen Zusammenhang zwischen Altersunterschieden und Sterberisiko festgestellt.
Die Forscher beobachteten, dass Personen mit dem gleichen allgemeinen Altersunterschied unterschiedliche Organalterungsmerkmale aufwiesen, wobei einige Personen ein oder mehrere Organe hatten, die im Vergleich zur Gesamtbevölkerung extrem alt waren.
„Als wir das biologische Alter dieser Organe bei jedem Einzelnen mit dem biologischen Alter der entsprechenden Organe in einer großen Gruppe von Menschen ohne offensichtliche schwere Erkrankung verglichen, stellten wir fest, dass 18,4 Prozent der Menschen im Alter von 50 Jahren oder älter mindestens ein Organ hatten, das deutlich schneller als der Durchschnitt alterte. Wir stellten fest, dass diese Personen in den nächsten 15 Jahren einem erhöhten Risiko ausgesetzt waren, in diesem Organ eine Krankheit zu entwickeln“, sagte Wyss-Coray.
Menschen mit einem Organ, das schnell altert, haben ein um 20 bis 50 % höheres Sterberisiko. Obwohl nur 1,7 % der Menschen eine extreme Alterung mehrerer Organe aufwiesen, war ihr Sterberisiko deutlich erhöht, nämlich 6,5-mal höher als das von Menschen ohne offensichtliche Alterungsorgane.
Bezogen auf bestimmte Organe hatten Menschen mit beschleunigter Herzalterung ein um 250 % erhöhtes Risiko für Herzversagen sowie ein erhöhtes Risiko für Herzinfarkt und Vorhofflimmern. Jeder Anstieg der Standardabweichung im Gehirnaltersunterschied war mit einem Anstieg des klinisch relevanten Risikos eines kognitiven Rückgangs um 34 % innerhalb von fünf Jahren verbunden. Die beschleunigte Alterung des Gehirns und der Blutgefäße sagt das Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit unabhängig und genauso stark voraus wie der Tau-Proteinspiegel, der aktuelle blutbasierte Alzheimer-Biomarker. Darüber hinaus besteht ein starker Zusammenhang zwischen extrem gealterten Nieren (d. h. zwei Standardabweichungen über dem Normalwert) und Bluthochdruck und Diabetes.
Die Identifizierung schnell alternder Organe bei scheinbar gesunden Menschen könnte eine frühere Behandlung bedeuten. Und die Identifizierung organspezifischer Proteine, die auf ein Risiko für übermäßiges Altern und damit verbundene Krankheiten hinweisen, könnte zu neuen zielgerichteten Medikamenten führen.
„Das resultierende Organalterungsmodell kann Mortalität, organspezifischen Funktionsabfall, Krankheitsrisiko und -fortschritt sowie Alterungsheterogenität über Gewebe hinweg vorhersagen“, sagten die Forscher. „Dieser Ansatz ist minimalinvasiv, erfordert nur kleine Blutproben und kann leicht angewendet werden, um die Auswirkungen von Gesundheitsinterventionen wie Lebensstiländerungen und medikamentösen Therapien auf Organebene zu verstehen.“
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.