想象一下,通过一滴血或一小块组织,就能知道你的身体“真正”老了多少岁,甚至预测未来的健康风险。在过去,这可能是出现在科幻小说中的情节。而发表于《自然》杂志的一项新研究可能为实现这一设想打下了新的基础。研究人员整合了超过1.1万个基因转录组样本,跨越小鼠、大鼠、猕猴和人类四个哺乳动物物种,成功开发出了一套能够准确评估生物年龄和死亡风险的“转录组时钟”。
我们体内的每个细胞都携带相同的DNA,但哪些基因被激活、哪些被沉默,却决定了细胞的命运。所有活跃基因的集合就是“转录组”。随着我们年龄增长,某些基因的表达会上升,如与炎症相关的基因。另一些则会下降,例如与能量代谢相关的基因。转录组时钟正是通过分析这些基因表达模式的系统性变化,来估算个体的生物学年龄,即身体实际的功能状态,而非简单的日历年龄。
研究团队从25种以上的组织中收集了海量数据,利用算法训练模型。结果显示,转录组时钟预测小鼠和人类实际年龄的准确度非常高,能够与当下已经运用成熟的DNA甲基化时钟相媲美。
这个时钟在调整后还能够帮助预测个体的“预期死亡率”。例如在弗雷明汉心脏研究中,这个“转录组死亡率时钟”成功预测了参与者的实际死亡时间,其准确性与目前第二代DNA甲基化时钟不相上下,并且显著优于已有的其他转录组年龄预测工具。
除此之外,研究通过基因网络分析,将数千个与衰老相关的基因分成了功能不同的“模块”,包括炎症反应模块、线粒体能量代谢模块、细胞外基质组织模块等。
这一分解研究发现,不同的干预措施会特异性影响不同的模块。例如,慢性疾病主要加速了“炎症模块”的衰老;而热量限制饮食策略则主要作用于“线粒体代谢模块”。这说明,科学家可以针对不同模块开发精准的抗衰老干预手段。
在多个物种中,研究团队发现了一些高度保守的衰老相关基因。其中,CDKN1A和LGALS3格外引人注目。在英国生物银行(UK Biobank)超过5万人的血液样本分析中,这两个基因水平升高与全因死亡风险,以及心脏病、糖尿病、肝病等多种慢性疾病的风险显著相关。这使它们成为极具潜力的衰老生物标志物和治疗靶点。
值得期待的是,这些转录组时钟能够帮助科学家量化“年轻化”干预的效果。研究分析了“异时联体共生”模型的作用,这种模型会将年轻小鼠与老年小鼠的血液循环系统连接起来。结果显示,老年小鼠肝脏的转录组年龄在接受年轻血液后显著降低。
同样,体外培养的人类皮肤成纤维细胞在高表达端粒酶逆转录酶(hTERT)或重编程为诱导多能干细胞(iPSC)后,其转录组年龄也明显下降。甚至在小鼠胚胎发育的早期阶段,转录组年龄会出现一个短暂却显著的“清零”过程,随后再随发育进程而增加。
这项研究从疾病、衰老、发育等多个方面,提供了一个有望量化生命流逝与修复的工具。它不仅表明衰老或能被定量,更展示了衰老是可干预、甚至可局部逆转的。借助“转录组年龄”工具,科学家们有望更快地寻找延缓衰老、促进健康长寿的新策略。
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