醫(yī)生們長(zhǎng)期以來(lái)觀察到，生物年齡和實(shí)足年齡并不總是一致的。一名55歲的老人可能表現(xiàn)出許多老年征兆，并且有許多與年齡有關(guān)的疾病，而80歲的老人可能健康而健壯。雖然飲食，身體活動(dòng)和其他因素發(fā)揮作用，但有許多人為什么以及如何比其他人更好地成長(zhǎng)。那些貢獻(xiàn)者仍然知之甚少。

對(duì)于2018年12月19日在Genome Biology上發(fā)表的一項(xiàng)研究，Salk研究所的一個(gè)合作團(tuán)隊(duì)分析了從非常年輕到非常老的皮膚細(xì)胞，并尋找可以預(yù)測(cè)年齡的分子特征。更好地了解衰老的生物過(guò)程最終有助于解決老年人更常見的健康問(wèn)題，如心臟病和癡呆癥。

“該實(shí)驗(yàn)的目的是確定在人類生命的整個(gè)范圍內(nèi)是否存在衰老的分子特征，”Salk綜合生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的助理教授Saket Navlakha說(shuō)。“我們希望開發(fā)能夠預(yù)測(cè)健康老齡化和非健康老齡化的算法，并嘗試找出差異。”

“該研究為定量解決人類衰老中尚未解決的問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)，例如壓力期間的衰老速度，”共同資深作者M(jìn)artin Hetzer教授以及Salk副總裁兼首席科學(xué)官說(shuō)。

研究人員專注于一種稱為真皮成纖維細(xì)胞的皮膚細(xì)胞，它可以產(chǎn)生結(jié)締組織并幫助皮膚在受傷后愈合。他們選擇這種類型的細(xì)胞有兩個(gè)原因：首先，通過(guò)簡(jiǎn)單，無(wú)創(chuàng)的皮膚活檢可以很容易地獲得細(xì)胞; 第二，早期研究表明，成纖維細(xì)胞可能含有衰老跡象。這是因?yàn)椋c每隔幾周或幾個(gè)月完全翻身的大多數(shù)類型的細(xì)胞不同，這些細(xì)胞的一部分在我們的整個(gè)生命中都與我們同在。

研究人員分析了從133名年齡從1到94歲的健康個(gè)體中取出的成纖維細(xì)胞。為了獲得代表性樣本，該團(tuán)隊(duì)研究了每個(gè)十年的平均13人。實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)細(xì)胞繁殖，然后使用一種稱為RNA測(cè)序(RNA-Seq)的方法來(lái)尋找隨著年齡的增長(zhǎng)而變化的細(xì)胞中的生物標(biāo)志物。RNA-Seq使用深度測(cè)序技術(shù)來(lái)確定某些細(xì)胞中哪些基因被打開。使用定制的機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)RNA-Seq數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)某些生物標(biāo)記物表明老化，并能夠預(yù)測(cè)一個(gè)人的平均年齡誤差小于8年。

“我們采用'廚房水槽'的方式來(lái)完成這個(gè)項(xiàng)目，”第一作者，Salk博士后研究員Jason Fleischer說(shuō)道。我們決定研究所有蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá)變化并讓算法對(duì)其進(jìn)行排序，而不是進(jìn)入這項(xiàng)研究，我們決定研究所有蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá)變化。我們使用了所謂的整體機(jī)器學(xué)習(xí)這樣做的方法。“

Salk團(tuán)隊(duì)的分析與其他實(shí)驗(yàn)室研究生物老化的早期方法不同。以前的大多數(shù)研究只關(guān)注少數(shù)DNA甲基化位點(diǎn)的變化，而不是觀察整個(gè)基因組中表達(dá)的變化。該數(shù)據(jù)集也比以前曾經(jīng)做過(guò)的任何類型的研究都要大得多，因?yàn)樗嗽S多代表數(shù)十年的人。研究人員將數(shù)據(jù)公之于眾，以便其他研究人員可以使用它。

為了驗(yàn)證該算法，該團(tuán)隊(duì)還使用了來(lái)自10名早衰患者的成纖維細(xì)胞，這是一種以加速衰老為特征的遺傳疾病。基于對(duì)這些患者的分子特征的分析，這些患者的年齡范圍從2到8，該模型預(yù)測(cè)它們比他們的日歷年齡大約十年。

“我們的系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)這種衰老的事實(shí)表明，這種模式已經(jīng)開始進(jìn)入生物學(xué)時(shí)代的真正基礎(chǔ)，”弗萊舍說(shuō)。

雖然這項(xiàng)研究揭示了與年齡相關(guān)的生物標(biāo)志物，但研究人員強(qiáng)調(diào)，僅僅因?yàn)槟承〇|西可預(yù)測(cè)衰老并不意味著它是衰老的原因。然而，與此同時(shí)，如果調(diào)查結(jié)果得到驗(yàn)證，醫(yī)生可以使用這種類型的分析來(lái)確定何時(shí)開始篩查患者的年齡相關(guān)狀況，并建議他們選擇健康的生活方式。

在開展任何預(yù)防性治療之前，還需要做更多的研究。本研究的下一步將是在其他類型的細(xì)胞中尋找這些特征。

“老齡化是許多疾病的驅(qū)動(dòng)因素，包括老年癡呆癥和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病，”Navlakha總結(jié)道。“如果我們能夠證明我們?cè)诔衫w維細(xì)胞中看到的變化與其他類型細(xì)胞的老化有關(guān)，我們最終可能會(huì)使用這些特征來(lái)制定有針對(duì)性的干預(yù)措施。”

該論文的其他研究人員包括Roberta Schulte，Hsiao H. Tsai，Swati Tyagi，Maxim N. Shokhirev和Salk的Ling Huang; 和分子聽診器公司的Arkaitz Ibarra

這項(xiàng)工作由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院轉(zhuǎn)化研究獎(jiǎng)(R01 NS096786)，凱克基金會(huì)，NOMIS基金會(huì)，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院國(guó)家耳聾和其他交流障礙研究所(1R01DC017695)以及皮尤慈善機(jī)構(gòu)資助。信托。