연구진은 기계학습 모델을 사용해 혈액 단백질을 분석해 연대순 나이가 아닌 신체 기관의 생물학적 나이를 추정했다. 이는 겉보기에 건강한 사람에게서 심부전, 알츠하이머병, 당뇨병 등의 질병 발병 위험을 예측하여 사람들이 조기에 치료를 받을 수 있도록 돕는 방법입니다.
실제 연령이 생물학적 연령과 항상 일치하는 것은 아닙니다. 노화 과정은 장기 구조와 기능의 악화로 이어져 대부분의 만성 질환의 위험을 증가시킵니다. 생물학적 노화를 평가하는 방법에는 여러 가지가 있지만 대부분은 단일 전신 측정만 제공하며 장기별 연령 정보는 제공하지 않습니다.
스탠포드 의과대학 연구진이 주도한 연구에서는 장기의 생물학적 연령은 물론 개인의 질병 위험도를 추정할 수 있는 단백질 바이오마커를 발견했습니다.
이번 연구의 교신 저자인 토니 위스-코레이(Tony Wyss-Coray)는 "우리는 겉보기에 건강한 사람의 장기의 생물학적 나이를 추정할 수 있다. 이는 결국 해당 장기와 관련된 질병이 발생할 위험을 예측할 수 있다"고 말했다.
연구자들은 심장, 폐, 뇌, 신장, 간, 췌장, 내장, 근육, 지방, 면역 체계 및 혈관(혈관) 등 11개 기관, 기관 시스템 또는 조직을 연구했습니다. 그들은 20세에서 90세 사이의 성인 5,676명을 대상으로 4,979개의 단백질을 측정했으며, 한 기관에서 다른 기관보다 유전자 발현이 최소 4배 이상 높은 단백질을 표시했습니다. 측정된 모든 단백질 중 856개(17.9%)가 이 정의를 충족했습니다.
그들은 고도로 발현된 단백질을 입력으로 사용하여 11개 장기의 나이를 추정하기 위해 기계 학습 알고리즘을 훈련시켰습니다. 그들은 또한 기관 비특이적 혈장 단백질을 사용하는 "장기" 모델과 특정 기관의 공통 이득 특징에 대한 기여도를 비교하기 위해 특이성과 상관없이 모든 단백질을 사용하는 "일반" 모델을 훈련했습니다. 각 개인에 대해 알고리즘은 동료와 관련된 개인의 생물학적 연령인 "연령 격차"를 생성합니다. 이전 연구에서는 연령 격차와 사망 위험 사이의 연관성을 발견했습니다.
연구진은 일반적인 연령 차이가 동일한 개인이라도 장기 노화 특성이 다르며 일부 개인은 일반 인구에 비해 극도로 노화된 하나 이상의 장기를 가지고 있음을 관찰했습니다.
Wyss-Coray는 "각 개인의 이러한 장기의 생물학적 연령을 명백한 심각한 질병이 없는 대규모 집단의 해당 장기의 생물학적 연령과 비교한 결과, 50세 이상 인구의 18.4%가 평균보다 훨씬 빠르게 노화되는 적어도 하나의 장기를 가지고 있음을 발견했습니다. 우리는 이러한 개인이 향후 15년 동안 해당 장기에서 질병이 발생할 위험이 증가한다는 사실을 발견했습니다"라고 말했습니다.
급속하게 노화되는 장기를 가진 사람은 사망 위험이 20~50% 더 높습니다. 여러 장기에서 극심한 노화를 보인 사람은 1.7%에 불과했지만, 뚜렷한 노화 기관이 없는 사람에 비해 사망 위험이 6.5배나 높은 것으로 나타났다.
특정 장기의 경우, 심장 노화가 가속화된 사람은 심부전 위험이 250% 증가했고, 심장마비와 심방세동 위험도 증가했습니다. 뇌 연령 격차의 각 표준편차 증가는 5년 이내에 임상적으로 관련된 인지 저하 위험이 34% 증가하는 것과 관련이 있었습니다. 뇌와 혈관의 노화가 가속화되면 현재의 혈액 기반 알츠하이머 바이오마커인 타우 단백질 수준과 독립적으로 알츠하이머 진행이 강력하게 예측됩니다. 또한 극도로 노화된 신장(즉, 정상보다 2표준편차)과 고혈압 및 당뇨병 사이에는 강한 연관성이 있습니다.
겉보기에 건강한 사람의 급속하게 노화되는 기관을 확인한다는 것은 해당 기관을 더 일찍 치료한다는 것을 의미할 수 있습니다. 그리고 과도한 노화 및 관련 질병의 위험을 알리는 장기 특이적 단백질을 식별하면 새로운 표적 약물이 탄생할 수 있습니다.
연구진은 “결과로 나온 장기 노화 모델은 사망률, 장기 특이적 기능 저하, 질병 위험 및 진행, 조직 전반의 노화 이질성을 예측할 수 있다”고 말했다. "이 접근법은 최소 침습적이며 소량의 혈액 샘플만 필요하며 장기 수준에서 생활 방식 수정 및 약물 치료와 같은 건강 개입의 효과를 이해하는 데 쉽게 적용할 수 있습니다."
이번 연구는 네이처 저널에 게재됐다.