Окружающая среда может влиять на здоровье так же сильно, как и ДНК

Фото из открытых источников

Долгие годы ученые сосредотачивались на ДНК как на главном факторе, определяющем здоровье – на мельчайших генетических различиях, которые формируют риск развития заболеваний. Но повседневный опыт говорит об обратном. Два человека со схожими генами могут в итоге иметь совершенно разное состояние здоровья.

Эта разница обусловлена всем остальным: воздухом, которым мы дышим, пищей, которую мы едим, уровнем стресса, который мы испытываем, и окружающей средой, в которой мы живем. Ученые называют этот комплекс факторов, влиявших на человека на протяжении всей жизни, «экспозомом». Новое исследование наиболее подробно рассматривает, насколько это действительно важно.

В исследовании, проведенном Гарвардской медицинской школой (HMS), ученые проверили более 115 000 связей между воздействием различных факторов и состоянием здоровья, используя данные опросов, проведенных в США за несколько десятилетий. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Medicine.

Результаты выявили четкую закономерность. Сами по себе отдельные воздействия мало что объясняют. Но когда они суммируются, их совокупное воздействие начинает больше походить на генетические факторы.

«Хотя одно-единственное воздействие может не оказать существенного влияния на ваше здоровье, совокупное воздействие факторов может быть столь же эффективным, как и ваша ДНК, в определении риска развития определенных заболеваний», — сказал соавтор исследования Чираг Патель из Гарвардской медицинской школы.

Исследования в области гигиены окружающей среды часто попадают в знакомую ловушку: ученые изучают один ингредиент, одно загрязняющее вещество или одно питательное вещество, а затем бесконечно спорят о том, вредно это, безвредно или и то, и другое.

Патель и соавтор исследования Арджун (Радж) Манрай утверждают, что такой фрагментарный подход помогает объяснить, почему общественность испытывает резкую реакцию на заголовки новостей о здоровье.

В одном исследовании утверждается, что какой-то продукт, находящийся на кухне, опасен, а в другом – что он безопасен или даже полезен. На самом деле эффект может быть незначительным, зависеть от контекста и его легче обнаружить при рассмотрении комбинаций, а не отдельных факторов.

«На сегодняшний день в этой области наблюдается дисбаланс. Больше внимания уделяется использованию генетики для индивидуализации лечения, и мало что делается в отношении воздействия факторов окружающей среды», — сказал Патель.

«Мы действительно хотели создать надежный, масштабный сборник данных об этих взаимосвязях в рамках экспозома», — добавил Манрай.

Для этого они использовали подход, который генетика применяет уже много лет: систематическое сканирование всего, а затем отслеживание наиболее сильных сигналов. Именно так проводятся полногеномные ассоциативные исследования (GWAS) для ДНК. Патель и Манрай хотели создать аналогичный подход для экспозома.

Вместо того чтобы запускать совершенно новое, дорогостоящее масштабное исследование, исследователи использовали уже существующий богатый ресурс: Национальное исследование состояния здоровья и питания (NHANES), которое ежегодно проводится Центрами по контролю и профилактике заболеваний США. Они проанализировали данные NHANES за 20 лет и протестировали 619 факторов, а также влияния ДНК, на 305 показателей здоровья (таких как ИМТ, уровень сахара в крови, функция легких и многое другое). В результате было выявлено более 115 000 возможных связей, и более 5600 из них оказались статистически значимыми.

В исследовании не утверждается, что эти взаимосвязи доказывают причинно-следственную связь – NHANES – это наблюдательное исследование, – но оно позволяет составить карту ситуации и определить, где находятся наиболее сильные сигналы.

Вот что они обнаружили, задав вопрос: «Насколько это объясняет ситуацию?» – то есть, какая часть различий в состоянии здоровья людей может быть статистически связана с воздействием определенных факторов.

В сотнях случаев отдельные факторы воздействия, как правило, объясняли менее одного процента вариации. Это может показаться неутешительным, но большинство сложных заболеваний возникают из-за множества мелких воздействий, а не из-за одного гигантского рычага.

Затем они сделали нечто более приближенное к реальной жизни: они рассматривали множественные воздействия одновременно, до 20 воздействий на каждый результат.

Это повысило объяснительную способность в среднем до 3,5 процента по 120 результатам, что, как отмечают исследователи, находится примерно в том же диапазоне, что и размеры эффектов некоторых отдельных генетических вариантов.

Иными словами, факторы воздействия часто кажутся слабыми, если рассматривать их изолированно, но они становятся более значимыми, если рассматривать экспозом таким, каким он существует на самом деле — как кластер.

«В целом, нет однозначного доказательства; каждое воздействие, похоже, имеет небольшое значение, а совокупное воздействие имеет большее значение», — сказал Патель.

В большинстве случаев комбинации экспозиций объясняли лишь незначительные различия, но некоторые из них выделялись. Один из наиболее ярких примеров касался конкретной комбинации из 20 экспозиций.

К ним относятся трансжиры, загрязняющие вещества, такие как полихлорированные бифенилы (ПХБ), и уровень витамина Е. В совокупности они объясняют 43 процента вариаций уровня триглицеридов у людей. Триглицериды являются хорошо известным фактором риска сердечно-сосудистых заболеваний, поэтому эта связь не является тривиальной.

Исследователи подчеркивают, что такая высокая объяснительная способность не была нормой. Но это доказывает, что, по крайней мере в некоторых случаях, воздействие факторов может суммироваться до величины, достаточно большой, чтобы иметь клиническое значение.

Команда рассматривает эту работу как отправную точку, а не как окончательный ключ к разгадке. Масштабные сканирования отлично подходят для выявления закономерностей, но они не могут объяснить биологический механизм. Они также не могут определить, вызывает ли воздействие какие-либо последствия для здоровья или просто коррелирует с другим фактором, включая ДНК.

Именно поэтому исследователи рассматривают это исследование как отправную точку – место для выдвижения гипотез, а затем для разработки целенаправленных исследований с целью проверки причинно-следственных связей.

«Крупномасштабные анализы, подобные этому, представляют собой агностический, систематический способ выдвижения гипотез, но затем нам необходимо провести детальную механистическую оценку воздействия факторов и их связи с заболеванием, чтобы определить причинно-следственную связь», — сказал Манрай. «Мы расширяем масштаб, чтобы понять, где нужно снова сузить фокус».

Патель и Манрай планируют расширить этот подход, включив в него больше факторов воздействия и результатов, с акцентом на то, как факторы воздействия в раннем детстве формируют риск заболеваний спустя десятилетия. Они также намекают на нечто более футуристическое, но не совсем уж невероятное. Многие люди уже носят устройства, отслеживающие сон, частоту сердечных сокращений, активность, а иногда даже уровень глюкозы.

Авторы предполагают, что в подобный мониторинг можно будет включать информацию о воздействии различных факторов, что позволит людям в режиме реального времени более четко понимать, что может влиять на их здоровье.

«Это может показаться несбыточной мечтой, чем-то из разряда "Звездного пути", но я вижу будущее, где информация об воздействии вредных факторов будет интегрирована в эти системы с помощью искусственного интеллекта, чтобы человек мог в режиме реального времени понимать, как воздействие вредных факторов может влиять на его здоровье изо дня в день или даже из часа в час», — сказал Патель.

Генетика по-прежнему имеет значение. Но это исследование напоминает, что ДНК не определяет судьбу здоровья, и что окружающая среда тоже не является единственным фактором. Это постоянно меняющаяся совокупность факторов, которые могут накапливаться, взаимодействовать и усиливаться с течением времени. Если медицина всерьез хочет заняться профилактикой заболеваний (а не просто лечением, когда они становятся очевидными), составление карты этой совокупности заболеваний может стать одним из наиболее практичных следующих шагов.