Extreme Hitze kann die Alterung bei älteren Menschen beschleunigen

So wie die Sonne die Haut altern lässt , hat Wärme den gleichen Effekt auf den gesamten Körper. Eine Studie mit Blutproben von Tausenden älteren Amerikanern zeigt, dass Menschen, die in Gebieten mit extremen Temperaturen leben, auf zellulärer Ebene stärker altern. Die in Science Advances veröffentlichte Arbeit kommt zu dem Schluss, dass sich ein grundlegender molekularer Prozess des genetischen Ausdrucks Wochen und Monate nach den Hundstagen verändert. Diese Ergebnisse entsprechen denen der deutschen und taiwanesischen Bevölkerung. Der genaue Mechanismus, durch den ein außer Kontrolle geratenes Thermometer die Alterung beschleunigt, ist noch unklar. Doch die zunehmenden Beweise, insbesondere im Zusammenhang mit dem Klimawandel, zwingen uns dazu, übermäßige Hitze neben Tabak und Umweltverschmutzung zu den lebensverkürzenden Umweltfaktoren zu zählen.

Nur wenige Menschen sterben an einem Hitzschlag. Die meisten Menschen, die aufgrund der immer häufiger auftretenden, lang anhaltenden und intensiven Hitzewellen ums Leben kommen, erleiden die Ursache für etwas, das einen etwas makabren Namen trägt: den Ernteeffekt. Dabei handelt es sich um Menschen mit Vorerkrankungen oder vor allem ältere Menschen, die früher durch ein extremes Temperaturereignis ums Leben kommen, als es ihrem chronologischen Alter zufolge der Fall wäre. Doch auch wenn sie nicht tödlich ist, kann Hitze bereits großen Schaden anrichten, insbesondere im Körper relativ alter Menschen. Um dies herauszufinden, analysierten Forscher der Leonard Davis School of Gerontology an der University of Southern California (USA) Blutproben von 3.686 Amerikanern über 56 Jahren.

Die Ausstellung ist Teil eines nationalen Projekts, das den Gesundheitszustand der Teilnehmer überwacht. Doch Eunyoung Choi und Jennifer Ailshire, Forscherinnen an der University of California, interessierten sich für eine ganz bestimmte Sache: die DNA-Methylierung. Es handelt sich dabei um einen grundlegenden biochemischen Vorgang im Organismus, bei dem der DNA chemische Markierungen hinzugefügt werden, die als Genschalter fungieren. Vor einigen Jahren wurde entdeckt, dass seine Funktionsweise variabel ist und dass die Variabilität von verschiedenen Faktoren abhängt, unter denen insbesondere der Zeitablauf hervorzuheben ist. Heute ist der Grad der DNA-Methylierung einer der wichtigsten Biomarker zur Bestimmung des biologischen Alters, das nicht immer mit dem chronologischen Alter übereinstimmt. Mit diesen Informationen wurden mehrere epigenetische Uhren entwickelt, mit denen Forscher das Altern messen.

„DNA-Methylierung ist ein Prozess, der die Genexpression reguliert, das heißt, er aktiviert oder deaktiviert Gene, ohne den genetischen Code selbst zu verändern“, erklärt Choi, Erstautor der Science Advances -Studie. „Es hat sich gezeigt, dass Umweltstressoren wie Hitze, Luftverschmutzung und psychischer Stress die DNA-Methylierungsmuster beeinflussen“, fügt sie hinzu. Doch im Fall der Temperaturen beruht das Wissen auf Experimenten mit verschiedenen Labororganismen, von Fadenwürmern wie C. elegans bis hin zu klassischen Mäusen. „Bei Hitze kann eine längere Einwirkung physiologische Stressreaktionen wie Entzündungen und oxidativen Stress auslösen, die wiederum zu Veränderungen der DNA-Methylierung führen können“, ergänzt der Forscher.

Nachdem die Forscher die Methylierungsmuster im Blut der älteren Menschen in der Probe mithilfe von drei verschiedenen epigenetischen Uhren untersucht hatten, platzierten sie jeden der Teilnehmer auf einer Karte der Vereinigten Staaten, die mit Temperatur- und Feuchtigkeitsdaten für verschiedene Zeiträume gespeist wurde, von einigen Wochen vor jeder Blutentnahme bis hin zu mehreren Monaten.

„Unsere Studie ergab, dass ältere Erwachsene, die in Gebieten mit extrem heißen Tagen leben, eine schnellere biologische Alterung aufweisen als diejenigen, die in kühleren Gebieten leben“, sagte Choi in einer E-Mail. Beim Blick auf die Karte unten wird sofort klar, dass die meisten Bezirke, in denen es zu hohen Temperaturen kam, im Südosten der USA liegen, wo sich Florida, das südliche Mississippi-Becken und große Teile von Texas sowie die Grenze zu Mexiko befinden. In diesen Gebieten leben vor allem ältere Menschen, deren biologisches Alter immer weiter zunimmt. Diese epigenetische Beschleunigung des Alters wird mit einem erhöhten Risiko für chronische Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes sowie einem höheren Sterberisiko in Verbindung gebracht. Allerdings weist die Forscherin selbst darauf hin, dass es sich „um eine Beobachtungsstudie handelt, das heißt, wir können keinen eindeutigen Kausalzusammenhang feststellen.“ Dennoch kommt Choi zu dem Schluss: „Der von uns beobachtete Zusammenhang lässt darauf schließen, dass eine längere Einwirkung extremer Hitze zu einer beschleunigten Alterung auf molekularer Ebene beitragen kann.“

Dr. Alexandra Schneider, Leiterin der Forschungsgruppe Umweltrisiken am Helmholtz-Zentrum München, war nicht an der Arbeit von Choi und Ailshire beteiligt, leitete jedoch ihre eigene Forschung, die 2023 veröffentlicht wurde . Es war das erste Mal, dass sie einen Zusammenhang zwischen mittelfristiger Hitzeeinwirkung und einer beschleunigten epigenetischen Alterung fanden. Sie analysierten die DNA-Methylierung von 3.500 Einwohnern der Stadt Augsburg und ihres Landkreises, indem sie nacheinander Blutproben entnahmen und diese mit der Temperatur vier bis acht Wochen vor der Probenentnahme korrelierten. Wie die amerikanischen Forscher später feststellten, stellte das deutsche Team fest, dass die Alterung umso schneller erfolgt, je höher die Temperatur ist.

„Die in der neuen Studie verwendeten Methoden erscheinen mir alle gültig. Sie verwenden epigenetische Uhren der ersten, zweiten und dritten Generation, um sie zu vergleichen“, sagt Schneider in einer E-Mail über die Arbeit von Choi und Ailshire. „Die Ergebnisse überraschen mich nicht, da wir in unserer Studie vergleichbare Effekte festgestellt haben“, ergänzt der Deutsche und schlussfolgert: „Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die epigenetische Beschleunigung der Alterung ein Prozess ist, der die oft beobachteten Zusammenhänge zwischen hohen Temperaturen und Sterblichkeit oder altersbedingten Krankheiten verstärkt.“

Zwischen der Arbeit der Deutschen und der Amerikaner veröffentlichten Forscher der National Taiwan University im April 2024 die ihrer Ansicht nach erste Arbeit über den Zusammenhang zwischen Temperatur und DNA-Methylierung bei der ethnischen Gruppe der Han (den Chinesen selbst), die etwa 20 % der Weltbevölkerung ausmacht. In seinem Fall umfasste die Stichprobe etwas mehr als 2.000 Personen. Auch hier stellten sie, wie schon in den vorangegangenen und nachfolgenden Arbeiten, einen Zusammenhang zwischen Hitze und beschleunigter biologischer Alterung fest. Allerdings beschränkte sich die Stichprobe in diesem Fall nicht auf ältere Menschen, sondern umfasste Teilnehmer im Alter zwischen 20 und 70 Jahren. Dies deutet darauf hin, dass die schädlichen Auswirkungen von Hitze nicht nur auf ältere Menschen beschränkt sind.

Dr. Manel Esteller, Krebsepigenetikforscher an der Josep Carreras Foundation, weist darauf hin, dass das chronologische Alter, das durch das Geburtsdatum bestimmt wird, nicht unbedingt mit dem biologischen Alter übereinstimmen muss, „wie die Alterung von Rauchern zeigt“. Bezüglich der Hitze erinnert er daran, dass es keine Hinweise darauf gebe, ob sie früher sterben würden, „aber sie sind gealtert.“ Anschließend stellt er klar, dass es sich bei den entdeckten Effekten um die Auswirkungen extremer Temperaturen und Hitzespitzen handele. Tatsächlich wurden zwei der Studien – die deutsche und die taiwanesische – mit Bevölkerungen durchgeführt, die an milde Temperaturen gewöhnt sind. „Wenn man in einer heißen Zone lebt, kommt es zu Anpassungen“, sagt der Wissenschaftler.

Relevant ist dabei, inwieweit sich der Körper an die erhöhten Temperaturen anpassen kann. Studien an der spanischen Bevölkerung haben eine relative Anpassung an die Hitze gezeigt, was erklären würde, warum in heißen Sommern weniger Menschen sterben als in vergangenen Jahrzehnten. Aber Altern ist etwas anderes. Choi, der Erstautor der Studie mit älteren Amerikanern, erklärt: „Wir können zwar nicht ausschließen, dass es bei Bevölkerungsgruppen, die ständig hohen Temperaturen ausgesetzt sind, zu einem gewissen Grad zu einer Anpassung kommt. Das heißt aber nicht unbedingt, dass sie gegen die biologischen Kosten chronischer und extremer Hitzeeinwirkung immun sind.“

Wie Esteller erinnert auch sein Kollege Dr. José Ignacio Martín-Subero, Leiter der biomedizinischen Epigenomik-Gruppe IDIBAPS am Hospital Clínic in Barcelona, ​​daran, dass „die Aussetzung gegenüber extremer Hitze nicht unbedingt bedeutet, dass man weniger lebt, aber man ist anfälliger.“ Das Besondere an dieser Arbeit ist, dass sie gemeinsam mit den vorhergehenden dem „Katalog der Umweltfaktoren, die uns wie Tabak altern lassen, Wärme verleiht. Die Kenntnis dieses Katalogs, aber auch der Faktoren, die uns verjüngen, ermöglicht es uns, Entscheidungen darüber zu treffen, wie wir leben möchten.“