衰老促进肺功能下降并增加对呼吸道疾病的易感性。为了更详细地了解这些影响，德国肺研究中心(DZL)的合作伙伴HelmholtzZentrumMünchen的研究人员使用AI方法分析了单细胞水平的肺衰老过程。他们现在已经在“自然通讯”中展示了这张老龄肺图谱。

肺是一种高度复杂的器官，其中许多非常不同的细胞必须协同工作以实现正常呼吸和防止感染。如果人体肺部的所有分支都散布在地面上，它将覆盖约70平方米的面积。

当人们认为细胞只有千分之几毫米并且由大约40种不同的，高度特化的细胞类型组成时，人们就可以开始了解调查影响整个肺部的过程所涉及的复杂性。然而，技术的进步为这一领域的科学家们开辟了新的可能性。

“对于目前的研究，我们分析了临床前模型中年轻和衰老肺部到单细胞水平之间的变化，”Herbert Schiller博士解释说。他是慕尼黑Helmholtz Zentrum的肺部生物学和疾病研究所的DZL年轻研究组组长，并与计算生物学研究所所长Fabian Theis教授一起领导了这项研究。“这得益于新的单细胞分析技术。因此，我们能够确定个体肺细胞中的基因活性，并将其归因于相应基因产物(即蛋白质)的变化，“Schiller博士解释说。

为了对所有这些数据进行有意义的整理和解释，该团队依靠AI方法：“人类难以分析大量数据。这就是为什么我们开发算法来帮助我们识别数据的结构和隐藏在其中的生物法规，“Fabian Theis指出。

该研究表明，随着年龄的增长，细胞中的基因不再以同步的方式表现。“在较年轻的肺部，特定细胞类型将非常精确地控制基因活动，而较老的肺细胞的基因活性，以及它们的身份，则不那么恒定，”Herbert Schiller解释说。科学家们正在研究细胞在衰老过程中失去表观遗传控制的假设，从而导致不同的基因活动。此外，他们证明肺细胞中的某些代谢途径随着年龄的增长而改变。

但细胞外也发生了变化：“所谓细胞外基质的结构 - 换句话说，细胞周围的蛋白质网络 - 随着年龄而变化，”席勒解释说。“例如，这可以改变称为胶原蛋白的结构蛋白的组成。”科学家们现在希望与国际同行合作，以验证他们目前在人体内的研究结果。赫尔伯特席勒指出，“全球每六例死于肺部疾病”。“为了对抗它们，我们必须了解肺部在一生中如何变化，并确定可能进行治疗性干预的区域。”

本文已经从德国环境卫生中心提供的材料中重新发表。。注意：材料可能已根据长度和内容进行了编辑。有关详细信息，请与引用的来源联系。