De certa forma, reconhecemos o envelhecimento quando o vemos, desde o aparecimento de cabelos brancos e rugas na pele até o declínio das capacidades motoras, sensoriais e cognitivas. No entanto, a biologia subjacente ao envelhecimento permanece incerta e objeto de debate. Muitas linhas de pesquisa corroboram a teoria de que o envelhecimento é resultado direto da deterioração — a inevitável degradação de moléculas (incluindo proteínas ou DNA), organelas, células ou órgãos inteiros — devido a agressões externas ou à sua inexorável decomposição. Quando os mecanismos de reparo do corpo não conseguem acompanhar essas mudanças, como uma fábrica com equipamentos deteriorados e poucos mecânicos, isso se manifesta nos sinais conhecidos de envelhecimento e, eventualmente, na morte.
A ideia faz muito sentido, mas, de acordo com o biólogo celular Junyue Cao, é imprecisa. Longe de ser um processo aleatório, porém linear, de desgaste, argumenta ele, o envelhecimento é um processo gradual, programado e ordenado. “A destruição do sistema é programada em um estágio muito inicial”, diz Cao, que dirige o Laboratório de Genômica de Célula Única e Dinâmica Populacional. Na Universidade Rockefeller, Cao, utilizando tecnologia que oferece uma visão sistêmica do processo de envelhecimento em camundongos, delineou estágios distintos de envelhecimento, semelhantes aos do desenvolvimento embrionário, definidos por alterações em sinais moleculares e populações celulares específicas. Em humanos, o processo provavelmente começa antes dos 30 anos.
O interesse de Cao pelo envelhecimento começou no ensino médio em Hebei, na China, quando ele se deu conta de que seus avós e pais não viveriam para sempre. Enquanto muitos adolescentes que despertam para a mortalidade podem se voltar para a poesia ou para comportamentos autodestrutivos, Cao se voltou para a ciência. Encontrar uma maneira de retardar o envelhecimento tornou-se o objetivo de sua vida, e é por isso que ele escolheu biologia como sua área de estudo na Universidade de Pequim, em Pequim.
Inicialmente, Cao supôs que a deterioração de proteínas e redes proteicas específicas fosse responsável pelo envelhecimento, em consonância com o modelo predominante. Mas, depois da faculdade, enquanto trabalhava em um laboratório tentando identificar essas proteínas, ele percebeu que um número impressionante delas estava associado ao envelhecimento e que seus efeitos dependiam do tipo de célula em que atuavam. Era um quadro mais complexo e organizado do que ele imaginava.
Cao percebeu que precisava de dados — muitos dados — sobre milhares de alterações moleculares em centenas de tipos de células. Como estudante de pós-graduação, ele desenvolveu uma tecnologia de alto rendimento capaz de quantificar essas dinâmicas no desenvolvimento embrionário. Quando abriu seu próprio laboratório na Universidade Rockefeller em 2020, ele aplicou essa tecnologia ao estudo do envelhecimento.
Em uma série de experimentos, Cao e sua equipe processaram 21 milhões de células, coletadas de 14 tecidos ou órgãos de cerca de 50 camundongos machos e fêmeas em cinco estágios de vida, e construíram um conjunto de dados de expressão gênica para cada célula. “São dados em uma escala extremamente grande”, diz Cao. “Você sabe de qual órgão a célula veio, de qual idade e também tem acesso a extensas informações moleculares.” Cada estágio foi marcado por um declínio ou expansão drástica de tipos celulares específicos.
Em dois de seus artigos marcantes, publicados em 2025 e 2026 na revista Science, Cao aponta para uma redistribuição radical das células que compõem o corpo à medida que os mamíferos envelhecem e descreve algumas das instruções epigenômicas que orientam esse processo. “Há mudanças moleculares e talvez algumas outras mudanças no envelhecimento”, afirma Cao, “mas todas convergem na remodelação da estrutura celular.”
A Quanta conversou com Cao sobre as evidências da teoria do envelhecimento programado, o que acontece em cada estágio e por que os mamíferos idosos são como árvores que perdem as folhas. A entrevista foi condensada e editada para maior clareza.
Você começou a estudar envelhecimento quando era estudante de faculdade. Como sua abordagem ao tema evoluiu?
Na faculdade, eu pensava que o problema do envelhecimento que precisava ser resolvido era a falta de um medicamento. Eu imaginava que iríamos desenvolver algum medicamento ou substância química milagrosa que pudéssemos usar para aumentar a expectativa de vida dos animais. Então, entrei para um laboratório que trabalhava com planejamento computacional de fármacos, tentando criar peptídeos que tivessem como alvo moléculas relacionadas ao envelhecimento. Mas o maior desafio era que não sabíamos quais moléculas atacar.
Após me formar, mudei-me para os EUA e trabalhei no Jackson Laboratory (uma organização sem fins lucrativos de pesquisa biomédica com sede no Maine) como assistente de pesquisa, estudando vias moleculares associadas ao envelhecimento em camundongos. Eu acreditava que, estudando essas vias, poderíamos identificar um alvo (para medicamentos) e, a partir daí, desenvolver medicamentos para aumentar a expectativa de vida.
Mas, depois de alguns anos, aprendi que o envelhecimento não pode ser explicado por uma única via ou alvo. Envolve muitas vias diferentes, e essas vias têm efeitos muito distintos em diferentes tipos de células do corpo. Eu queria entender como o envelhecimento progride em nível molecular, abrangendo centenas ou até milhares de tipos de células em diferentes órgãos.
Como você fez isso?
Um dos principais desafios é que o envelhecimento envolve mudanças em muitos níveis diferentes — moléculas, organelas, células, órgãos e o corpo inteiro. Para medir as mudanças em todos esses níveis, precisávamos de uma tecnologia que fosse tanto de alto rendimento, ou seja, capaz de analisar não apenas uma célula ou um tipo de célula, mas milhões de células em todo o organismo, quanto de alta resolução, para que pudéssemos observar mudanças muito detalhadas nos níveis celular e molecular.
Me candidatei à pós-graduação, onde desenvolvi ferramentas capazes de escanear todo o organismo de mamíferos, do cérebro aos rins e pulmões, detalhando dezenas de milhares de alterações na expressão gênica em células individuais de centenas de tipos celulares diferentes. Quando cheguei à Universidade Rockefeller, usamos essa tecnologia para compreender a dinâmica de todo o sistema no processo de envelhecimento.
Leia Também:
Você pode descrever esses experimentos e o que aprendeu com eles?
Em um conjunto de estudos, extraímos mais de 20 milhões de células de vários órgãos de camundongos de diferentes idades: 3, 6, 12, 16 e 23 meses — aproximadamente equivalentes a 20, 30, 50, 60 e 75 anos em humanos. Analisamos a expressão de 20 mil genes por célula e usamos essa informação para definir os tipos celulares. Em seguida, rastreamos a dinâmica populacional dessas células.
Descobrimos que nem todos os tipos de células sofrem alterações com o envelhecimento. Identificamos 536 tipos celulares principais e 1.828 subtipos. Apenas cerca de um quarto desses subtipos apresenta uma mudança significativa durante o envelhecimento. Os demais permanecem estáveis ao longo da vida.
É surpreendente constatar que as alterações decorrentes do envelhecimento não são universais em todas as células, e que existem populações celulares específicas que são mais vulneráveis.
Quando ocorrem essas mudanças populacionais?
Descobrimos que o envelhecimento pode ser dividido em janelas temporais distintas. Em cada janela, grupos específicos de células apresentam dinâmicas coordenadas. Na fase inicial, por exemplo, observamos que alguns tipos de células se esgotam rapidamente. Isso é seguido por outra fase, na qual outras células se expandem consideravelmente.
Que tipos de células são afetados em cada estágio?
Na primeira fase, de 3 a 6 meses em um camundongo (cerca de 20 a 30 anos em um ser humano), ocorre a perda de certas células de gordura e musculares, e de dois tipos de células imaturas no cérebro que têm a capacidade de regenerar diferentes tipos de tecido cerebral.
Entre 6 e 12 meses de idade em um camundongo (equivalente a uma pessoa entre 30 e 40 anos), observamos uma redução drástica das células necessárias para a manutenção dos tecidos do corpo. Isso inclui os tenócitos (o principal componente dos tendões); as células que envolvem os vasos sanguíneos e estabilizam o sistema circulatório; as células musculares lisas do cólon; e as células epiteliais renais, que filtram as toxinas do sangue. Também ocorre um declínio em algumas células imunológicas que protegem tecidos específicos, como o intestino.
Por volta dos 12 meses em camundongos (aproximadamente entre 40 e 50 anos em humanos), ocorre uma transição da depleção celular para a expansão celular. A primeira onda de expansão é dominada por células imunológicas, mas também inclui células selecionadas nos pulmões, rins e outros órgãos cujas propriedades foram alteradas em decorrência de estresse ou inflamação. Por volta dos 16 meses em camundongos (a partir dos 50 anos em humanos), células imunológicas especializadas associadas ao envelhecimento se expandem. Quando essas células egoístas e descontroladas emergem, elas eventualmente proliferam e destroem o sistema. Enquanto isso, podem contribuir para o aumento do risco, com a idade, de doenças inflamatórias como doenças cardíacas, artrite, câncer e doenças respiratórias crônicas.
Leia Também:
Há evidências de que essas fases também ocorrem em humanos?
Sim, pesquisadores observaram um fenômeno chamado “envelhecimento abrupto” em humanos de meia-idade, que é consistente com a dinâmica populacional celular que observamos. Quando os pesquisadores analisam as assinaturas proteicas no sangue humano, eles veem uma mudança significativa entre meados dos 40 e o final dos 50 anos. As pessoas também tendem a relatar um declínio abrupto na função na meia-idade, que também é quando ocorre um aumento na suscetibilidade a doenças relacionadas à idade, como câncer e algumas doenças neurodegenerativas.
O que suas descobertas nos dizem sobre a natureza do envelhecimento?
Anteriormente, as pessoas viam o envelhecimento como um acúmulo linear de danos a moléculas como proteínas e DNA. Mas descobrimos que o envelhecimento não é um processo linear. É mais como um processo de desenvolvimento, no qual existem estágios distintos que envolvem mudanças coordenadas em tipos celulares específicos em diferentes órgãos. Nossa afirmação é que o envelhecimento não é tanto um dano molecular, mas sim uma remodelação de toda a estrutura celular.
O que controla essa remodelação celular no envelhecimento, se é que algo controla?
Nossa tecnologia nos permite examinar o programa genômico que governa a função de cada célula — quais regiões do genoma estão ativas e quais estão inativas. Se o dano molecular for aleatório, podemos observar alterações aleatórias em todo o genoma. Mas sempre observamos as mesmas regiões que estão abertas (ativas) ou fechadas (inativas) em cada estágio. Identificamos 280 mil regiões genômicas que são consistentemente abertas ou fechadas durante o processo de envelhecimento em tipos celulares específicos.
Então o corpo tem uma programação para o envelhecimento?
Sim, as mudanças abruptas no envelhecimento dos mamíferos, juntamente com a dinâmica celular coordenada em cada estágio, sugerem que existem sinais a montante que controlam o envelhecimento. É como uma árvore no outono: suas folhas caem não de forma linear, mas em apenas duas semanas durante a transição entre o verão e o outono. As mudanças na luz do dia desencadeiam a liberação de um sinal e, então, o sistema se modifica. No envelhecimento dos mamíferos, as mudanças abruptas mostram que existe algum tipo de sinalização que impulsiona o sistema.
Que tipo de sinalização?
Descobrimos tanto programações moleculares internas — proteínas que controlam a expressão gênica — quanto moléculas externas secretadas, chamadas citocinas, que impulsionam as mudanças celulares.
O que seu trabalho nos diz sobre como retardar ou interromper o envelhecimento?
Identificamos alguns tipos de células vulneráveis raras que podem ser alvos de intervenções antienvelhecimento e descobrimos o código molecular que impulsiona o processo de envelhecimento, de modo que podemos desenvolver algumas abordagens para reprogramar esse código.
Fundamentalmente, demonstramos que a capacidade regenerativa e a robustez do sistema diminuem antes da meia-idade. Portanto, se quisermos reverter o envelhecimento, devemos começar cedo.
História original republicada com permissão da Quanta Magazine, uma publicação editorialmente independente apoiada pela Simons Foundation. Leia o conteúdo original em Why Aging May Be a Program, Not a Breakdown
O conteúdo foi traduzido com o auxílio de ferramentas de Inteligência Artificial e revisado por nossa equipe editorial. Saiba mais em nossa Política de IA.