生物老化一般是指随着年龄的增长,机体系统完整性逐渐下降的趋势——这种机能下降会从而导致疾病和功能逐渐丧失。年龄固然是最简单的指标,但在一些实验中,例如旨在通过减缓生物老化来预防疾病的疗法实验中,需要测量老化的速度作为替代终点。
哥伦比亚梅尔曼公共卫生学院刚刚发布的一项研究报告称,同年出生的个体之间的生物老化步伐的差异,能够用血液中的DNA甲基化来进行灵敏的检测。这种工具——DunedinpoAm——可为干预试验和自然实验研究提供独特的量化方法,用于分析某种药物疗法、或者某种习惯或环境变化将如何改变衰老速度。研究结果在线发表在eLife杂志上。
早在2015年的一篇有关“老化的步伐”的论文中,杜克大学的Belsky及其同事(也参与了本项研究)追踪了但尼丁研究出生队列中954名成员所参与的有关老化速度的一系列临床检测(参与者当时分别是26岁,32岁和38岁)(pNAS论文)。当时研究的一个惊人发现是,在年轻成年人(尚未发展形成慢性病)中,生物老化的速度已经有了显著差异。但是原来的方法需要长时间的随访和深入的临床评估,对于需要在短短几年内测试某种新药、或某种生活方式干预措施影响的研究而言,并不是很适合。
在这项新研究中,研究人员希望能开发一种可以在随机对照试验的开始和结束时进行的血液检查,以确定该治疗是否能减慢参与者的衰老速度。延缓衰老的步伐是医学研究的新兴领域,是预防多种慢性疾病的一种新思路。
研究人员的分析聚焦在源自白细胞的DNA样本上,他们仔细分析了DNA上的甲基化标记。DNA甲基化是一种表观遗传过程,可以改变基因表达的方式。DNA甲基化标记会随着年龄的增长而变化,其中一些标记会添加而其他标记会丢失——并且这些分子标记相对容易检测,在先前的老化研究中显示表现出潜力。以前也有研究试图通过分析不同年代的人之间的DNA甲基化差异来量化评估衰老,但其局限性在于,不同年份出生的人在不同的历史条件下成长,有可能容易患上儿童疾病,接触烟草烟雾、空气中的铅,较少接触抗生素和其他药物,以及营养质量较低——而所有这些都会影响DNA甲基化。更合理的方法是研究同一年出生的个体,并找出能够区分那些“比同龄人在生物学上衰老得更快或更慢的人”的甲基化模式。
研究人员使用了一种称为“弹性网回归”的机器学习技术,对40万种以上的不同DNA甲基化标记的数据进行筛选,以找出与先前“老化的步伐”研究中捕获的生理变化有关的标记。最后,分析确定了一组46个甲基化标记,这些标记可以用于共同评估衰老的步伐。研究人员将这46个标记组合在一起并取名为“ DunedinpoAm”算法——Dunedin(p)ace(o)f(A)甲基化(m)反应。平均每个人的DunedinpoAm值为1——表示每过一年的时间,生物老化程度也是1年。在但尼丁研究的参与者中,DunedinpoAm值的范围从刚刚超过0.6(表明老化速度比标准慢40%,嗯,就是常说的不显老的那些)到接近1.4(表明老化速度比标准快40%)。
这项研究从过往研究中对18种不同的、生物老化速度相关的临床检测以及12年随访的研究结果中提取精华,获得了可以在单个时间点上进行的血液检测,可作为衡量人生物老化速度的单时间点。
后继实验表明,根据新工具检测出衰老速度更快的中年成年人,他们的身体和认知功能下降更快,面部照片看起来更显老。而通过该工具测出衰老速度更快的老年人,其患慢性病和死亡的风险增加。
在其他分析中,研究人员表明,DunedinpoAm还捕获了一些新的信息——有童年贫困和受害历史的18岁儿童表现出更快的衰老——这是被称为表观遗传时钟的生物衰老检测所检测不到的;另外在一项随机试验中,热量限制干预会破坏DunedinpoAm预测能力。
对于延缓老化研究来说,如果可以有统一的量化标准,当然更便于横向纵向比较分析。怎么样,想不想检测一下自己的老化速度?