心不是用来破碎的。 然而，随着年龄的增长，它会发生。 即使有健康的饮食和锻炼，随着年龄的增长，动脉阻塞、血管脆弱和最终心力衰竭的风险也会增加。
为什么？
长期以来，科学家们一直试图解开衰老与心脏病风险增加之间的联系，心脏病是我们这个时代的主要杀手。 这是一个棘手的问题：从自然到养育的许多生物学方面都可以潜移默化地影响心脏健康。 为了解开这个谜团，一些实验持续了半个多世纪，并扩大到数十万人。
好消息？ 我们有线索。 随着年龄的增长，心脏细胞的功能发生了巨大变化，最终难以收缩和释放。 一项新的研究 发表于 自然老化 深入研究了遗传密码，以解开为什么会发生这种情况。
该团队从 0 名年龄从 82 岁到 56 岁的志愿者开始，对 XNUMX 个心肌细胞或心肌细胞的整个基因组进行了测序。结果是第一幅描绘衰老心脏基因变化的风景画。随着年龄的增长，心脏在 DNA 水平上受到双重打击。细胞的遗传密码在物理上被破坏，而它们修复 DNA 的能力也被削弱。
这是一个巨大的惊喜。 像脑细胞一样，心肌细胞是生物学的终极游戏，因为它们不能再分裂成更新和年轻的后代。 这些类型的细胞通常具有某种保护性“盔甲”，因为它们不太容易受到突变的影响。
心肌细胞并非如此。 与神经元相比，尽管神经元是一种高度复杂且特别脆弱的细胞，但随着年龄的增长，这些细胞会迅速积累 DNA 损伤，而且速度会快三倍。
“随着年龄的增长和更多的突变，你正在增加有害影响，可能会使心脏越过临界点而陷入疾病，” 说过 研究作者、波士顿儿童医院的心脏病专家陈明辉博士。 “它可能会破坏如此多的DNA，以至于心脏不再能正常跳动。”
结果让我们鸟瞰了衰老的心脏。 作者写道，就像一个谜题一样，它们“为理解衰老对心脏功能障碍的影响提供了一个范式”。
让你的心休息
心肌细胞是坚韧的生物。 想象一下一个泵，它可以自动可靠地喷射适量的血液，并具有合理的压力，为您的整个身体提供营养。 如果你做过任何类型的管道工作，那就很难了。 然而，这些细胞在你的一生中同步工作，大部分时间都没有打嗝。 这是一个微妙的平衡：压力或速度太小会剥夺你的大脑和其他四肢的血液。 太多了，这就像在高压下将一大根花园软管喷入发芽的小药草中。
就像橡胶花园软管一样，心肌细胞会随着年龄的增长而磨损。大多数心力衰竭病例发生在 65 岁以上的人群中，即使他们相对健康，即没有高胆固醇、血压或任何其他常见危险因素。但不是所有的。
作者写道：“根据传统风险因素，一些处于低风险或中等风险的人仍然患有心脏病，这表明额外的、未识别的因素可能很重要。” 还有什么是导致老年人患心脏病的原因？
解开我心的DNA
为了解决这个问题，该团队求助于一种强大的遗传工具：单细胞测序，它可以转录每个被分析细胞的 DNA 链。该技术可以捕捉个性，例如遗传和其他变化，如果同时分析和平均数百个细胞，这些变化就会变得混乱。
细胞基因组的多样性是研究设计的前沿和中心。 “这是第一次在单细胞水平上观察人类心脏中的体细胞突变，”研究作者 Sangita Choudhury 博士说。
该团队研究了心脏细胞的 DNA 特征如何随年龄变化。 这些类型的突变被称为“体细胞突变”，因为它们不能传给下一代。
并非所有的细胞都是一样的。 有些，如肝细胞，可以处理大量的损伤并自我补充。 其他的，如心肌细胞，不能再分裂，需要自己承受任何 DNA 损伤。 随着年龄的增长，这些细胞会积累基因突变。 它们很棘手：大多数都没有明显的效果，但有些，就像恐怖电影中的反派一样，可以默默地触发细胞癌变，甚至杀死它们。 这些突变以前与冠状动脉疾病有关，冠状动脉疾病是随着年龄增长而导致心脏问题的主要原因。
为了捕捉导致心脏病的突变特征，该团队深入研究了从婴儿到老年人捐赠心脏的基因。 分离细胞核——容纳 DNA 的圆形、杏子状结构——他们评估了他们的方法，然后比较了三个不同年龄组的基因序列。
他们专注于一个主要区别：单核苷酸突变（也称为单核苷酸多态性或 SNP）。 这些变化很简单：它们是基因组中的单个字母交换，而不是，比如说，一个被反转或复制的整个块。 SNP 在作为一个整体进行评估时，包含大量信息。 它们是最常见的体细胞突变形式。
就像在世界地图上标记旅行的大头针一样，有了足够多的 SNP 突变，就有可能构建一个与特定生物过程或疾病相关联的完整“地图”或签名。 例如，有一张与吸烟或 DNA 修复问题有关的细胞变化图。
“了解突变特征及其形成机制可能会让我们发现衰老心脏中 DNA 损伤和疾病进展的机制，”作者说。
该团队对近 60 个样本进行了测序，然后研究了一种算法来解析数据，并将其与一个名为 COSMIC 的著名癌症特征数据库进行比较。 DNA 编辑随着年龄的增长而增加，突变类型适合四种不同类型的特征。 例如，签名 A 交换了 DNA 字母 C 和 T。虽然听起来可能不多，但想象一下将本文中的所有 C 替换为 T，反之亦然——它会破坏整个文本。
研究小组进一步研究这些特征的分子基础，发现了心脏衰老和功能障碍的一个潜在罪魁祸首：氧化应激。这些分子是细胞正常新陈代谢的副产品，就像小炮弹一样，对细胞、DNA 及其细胞膜造成严重破坏。虽然年轻的细胞通常有办法抵御恶性攻击，但较老的细胞会逐渐失去这种能力。结果并不漂亮。例如，心脏细胞最终可能会出现 DNA 字母受损的情况，同时其基因组修复机制也会被破坏。
陈说，从某种程度上来说，这并不奇怪。 “因为心脏始终在跳动，所以会消耗大量能量”，从而产生会损害 DNA 的化学物质。令人震惊的是心脏抵御损伤的特殊能力。心肌细胞有能力在其染色体上加倍，以缓冲对其 DNA 的无情攻击。
目前，该研究仅表明体细胞突变会随着年龄的增长而增加，这与受损的心脏细胞有关。 DNA字母是否互换 原因 心脏损伤仍有待确定。但这项研究是首次在单细胞水平上大规模剖析心脏病。这就像从业余双筒望远镜到詹姆斯·韦伯太空望远镜一样——我们现在可以通过解析衰老心脏内的 DNA 来分析每一个细胞，就像天空中的星星一样。
除了心肌细胞，“我们还想观察心脏中不同的细胞类型，”Choudhury 说。 “我们只触及了冰山一角。”
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