للتنبؤ بخطر المرض .. طريقة لتقدير العمر المفترض لأعضاء الجسم
استخدم فريق باحثين من جامعة ستانفورد الأميركية نموذجًا للتعلم الآلي لتحليل بروتينات الدم لتقدير العمر البيولوجي، بدلاً من العمر الزمني، لأعضاء الجسم، وهي طريقة للتنبؤ بخطر إصابة الشخص الذي يتمتع بصحة جيدة بحالات مثل قصور القلب ومرض الزهايمر والسكري التي يمكن أن تؤدي إلى علاج مبكر، بحسب ما نشره موقع "New Atlas" نقلًا عن دورية "Nature".
الشيخوخة البيولوجية
لا يتوافق العمر الزمني دائمًا مع العمر البيولوجي، ويمكن أن تسبب عملية الشيخوخة تدهورًا في بنية ووظيفة الأعضاء مما يزيد من خطر الإصابة بمعظم الأمراض المزمنة، في حين أن هناك العديد من الطرق التي يمكن من خلالها تقييم الشيخوخة البيولوجية، فإن معظمها يوفر قياسًا واحدًا لكامل الجسم وليس معلومات حول عمر أعضاء معينة.
مؤشرات حيوية للبروتين
وقاد الباحثون دراسة حددت المؤشرات الحيوية للبروتين، التي يمكنها تقدير العمر البيولوجي لعضو ما، وبناءً عليه يمكن تحديد خطر إصابة الفرد بالمرض.
وقال توني ويس كوراي، أحد الباحثين في الدراسة: "يمكن تقدير العمر البيولوجي لأي عضو في جسد شخص يتمتع بصحة جيدة، وهو ما يمكن بدوره أن يساعد في التنبؤ بخطر إصابة الشخص بمرض مرتبط بهذا العضو."
بروتينات 11 عضوا
ونظر الباحثون إلى 11 عضوًا أو جهازًا عضويًا أو أنسجة، بما يشمل القلب والرئة والدماغ والكلى والكبد والبنكرياس والأمعاء والعضلات والدهون والجهاز المناعي والأوعية الدموية. وقاموا بقياس 4979 بروتينًا في 5676 شخصًا بالغًا تتراوح أعمارهم بين 20 إلى 90 عامًا والبروتينات المميزة التي تم التعبير عن جيناتها في عضو واحد أعلى بأربع مرات على الأقل من أي عضو آخر. وحقق 856 بروتين/ من بين جميع البروتينات التي تم قياسها، بنسبة 17.9% هذا التعريف.
خوارزمية التعلم الآلي
وتم تدريب خوارزمية التعلم الآلي لتقدير العمر الزمني للأعضاء الأحد عشر باستخدام البروتينات عالية التعبير كمدخلات. كما تم تدريب نموذج "عضوي" باستخدام بروتينات بلازما غير محددة للأعضاء، ونموذج "تقليدي" يستخدم جميع البروتينات بغض النظر عن خصوصيتها لمقارنة مساهمة أعضاء معينة في توقيع اكتساب مشترك. بالنسبة لكل فرد، أنتجت الخوارزمية "فجوة عمرية"، وهي مقياس للعمر البيولوجي لهذا الفرد مقارنة بأقرانه من نفس العمر.
الفجوات العمرية وخطر الوفاة
كانت الدراسات السابقة قد توصلت إلى وجود علاقة بين الفجوات العمرية وخطر الوفاة، ولاحظ الباحثون أن الأفراد الذين لديهم نفس الفجوة العمرية التقليدية لديهم سمات متنوعة لشيخوخة الأعضاء، حيث يعاني بعض الأفراد من شيخوخة شديدة في واحد أو أكثر من الأعضاء مقارنة بعامة السكان.
يشير وجود عضو واحد متسارع للشيخوخة إلى احتمال خطر الوفاة بنسبة 20% إلى 50%، في حين تبين أن خطر الوفاة لديهم يزداد بشكل ملحوظ بين 1.7% فقط من الأفراد، الذين أظهروا شيخوخة شديدة في أعضاء متعددة.
شيخوخة القلب والدماغ
وفيما يتعلق بأعضاء معينة، فإن أولئك الذين يعانون من تسارع شيخوخة القلب لديهم خطر متزايد بنسبة 250% للإصابة بفشل القلب، بالإضافة إلى زيادة خطر الإصابة بالنوبات القلبية والرجفان الأذيني. إن زيادة انحراف معياري واحد في الفجوة العمرية للدماغ تمنح زيادة بنسبة 34% في خطر حدوث زيادة ذات صلة سريريًا في التدهور المعرفي على مدى خمس سنوات.
الزهايمر وضغط الدم
وتنبأ تسارع شيخوخة الدماغ والأوعية الدموية بتطور مرض الزهايمر بشكل مستقل عن مستويات بروتين تاو، وهو المؤشر الحيوي الحالي القائم على الدم للمرض. وكانت هناك أيضاً ارتباطات قوية بين شيخوخة الكلى الشديدة ــ أي انحرافين معياريين فوق المعدل الطبيعي ــ وكل من ارتفاع ضغط الدم والسكري.
العلاج المبكر بنهج مبتكر
إن تحديد الأعضاء التي تشيخ بسرعة لدى الأشخاص الأصحاء ظاهريًا قد يعني علاجها مبكرًا. كما أن تحديد البروتينات الخاصة بالأعضاء، والتي تشير إلى الشيخوخة المفرطة وما يرتبط بها من مخاطر الأمراض، يمكن أن يؤدي إلى التوصل لإنتاج أدوية جديدة مستهدفة.
واختتم الباحثون موضحين أن "النهج المبتكر، هو بمثابة حد أدنى من التدخل، ولا يتطلب سوى عينة دم صغيرة، ويمكن تطبيقه بسهولة لفهم آثار التدخلات الصحية، مثل تعديلات نمط الحياة والعلاجات الدوائية، على مستوى الأعضاء."
الشيخوخة البيولوجية
لا يتوافق العمر الزمني دائمًا مع العمر البيولوجي، ويمكن أن تسبب عملية الشيخوخة تدهورًا في بنية ووظيفة الأعضاء مما يزيد من خطر الإصابة بمعظم الأمراض المزمنة، في حين أن هناك العديد من الطرق التي يمكن من خلالها تقييم الشيخوخة البيولوجية، فإن معظمها يوفر قياسًا واحدًا لكامل الجسم وليس معلومات حول عمر أعضاء معينة.
مؤشرات حيوية للبروتين
وقاد الباحثون دراسة حددت المؤشرات الحيوية للبروتين، التي يمكنها تقدير العمر البيولوجي لعضو ما، وبناءً عليه يمكن تحديد خطر إصابة الفرد بالمرض.
وقال توني ويس كوراي، أحد الباحثين في الدراسة: "يمكن تقدير العمر البيولوجي لأي عضو في جسد شخص يتمتع بصحة جيدة، وهو ما يمكن بدوره أن يساعد في التنبؤ بخطر إصابة الشخص بمرض مرتبط بهذا العضو."
بروتينات 11 عضوا
ونظر الباحثون إلى 11 عضوًا أو جهازًا عضويًا أو أنسجة، بما يشمل القلب والرئة والدماغ والكلى والكبد والبنكرياس والأمعاء والعضلات والدهون والجهاز المناعي والأوعية الدموية. وقاموا بقياس 4979 بروتينًا في 5676 شخصًا بالغًا تتراوح أعمارهم بين 20 إلى 90 عامًا والبروتينات المميزة التي تم التعبير عن جيناتها في عضو واحد أعلى بأربع مرات على الأقل من أي عضو آخر. وحقق 856 بروتين/ من بين جميع البروتينات التي تم قياسها، بنسبة 17.9% هذا التعريف.
خوارزمية التعلم الآلي
وتم تدريب خوارزمية التعلم الآلي لتقدير العمر الزمني للأعضاء الأحد عشر باستخدام البروتينات عالية التعبير كمدخلات. كما تم تدريب نموذج "عضوي" باستخدام بروتينات بلازما غير محددة للأعضاء، ونموذج "تقليدي" يستخدم جميع البروتينات بغض النظر عن خصوصيتها لمقارنة مساهمة أعضاء معينة في توقيع اكتساب مشترك. بالنسبة لكل فرد، أنتجت الخوارزمية "فجوة عمرية"، وهي مقياس للعمر البيولوجي لهذا الفرد مقارنة بأقرانه من نفس العمر.
الفجوات العمرية وخطر الوفاة
كانت الدراسات السابقة قد توصلت إلى وجود علاقة بين الفجوات العمرية وخطر الوفاة، ولاحظ الباحثون أن الأفراد الذين لديهم نفس الفجوة العمرية التقليدية لديهم سمات متنوعة لشيخوخة الأعضاء، حيث يعاني بعض الأفراد من شيخوخة شديدة في واحد أو أكثر من الأعضاء مقارنة بعامة السكان.
يشير وجود عضو واحد متسارع للشيخوخة إلى احتمال خطر الوفاة بنسبة 20% إلى 50%، في حين تبين أن خطر الوفاة لديهم يزداد بشكل ملحوظ بين 1.7% فقط من الأفراد، الذين أظهروا شيخوخة شديدة في أعضاء متعددة.
شيخوخة القلب والدماغ
وفيما يتعلق بأعضاء معينة، فإن أولئك الذين يعانون من تسارع شيخوخة القلب لديهم خطر متزايد بنسبة 250% للإصابة بفشل القلب، بالإضافة إلى زيادة خطر الإصابة بالنوبات القلبية والرجفان الأذيني. إن زيادة انحراف معياري واحد في الفجوة العمرية للدماغ تمنح زيادة بنسبة 34% في خطر حدوث زيادة ذات صلة سريريًا في التدهور المعرفي على مدى خمس سنوات.
الزهايمر وضغط الدم
وتنبأ تسارع شيخوخة الدماغ والأوعية الدموية بتطور مرض الزهايمر بشكل مستقل عن مستويات بروتين تاو، وهو المؤشر الحيوي الحالي القائم على الدم للمرض. وكانت هناك أيضاً ارتباطات قوية بين شيخوخة الكلى الشديدة ــ أي انحرافين معياريين فوق المعدل الطبيعي ــ وكل من ارتفاع ضغط الدم والسكري.
العلاج المبكر بنهج مبتكر
إن تحديد الأعضاء التي تشيخ بسرعة لدى الأشخاص الأصحاء ظاهريًا قد يعني علاجها مبكرًا. كما أن تحديد البروتينات الخاصة بالأعضاء، والتي تشير إلى الشيخوخة المفرطة وما يرتبط بها من مخاطر الأمراض، يمكن أن يؤدي إلى التوصل لإنتاج أدوية جديدة مستهدفة.
واختتم الباحثون موضحين أن "النهج المبتكر، هو بمثابة حد أدنى من التدخل، ولا يتطلب سوى عينة دم صغيرة، ويمكن تطبيقه بسهولة لفهم آثار التدخلات الصحية، مثل تعديلات نمط الحياة والعلاجات الدوائية، على مستوى الأعضاء."
