人類衰老是一個(gè)復(fù)雜的多因素過程，受遺傳和環(huán)境因素的影響。鑒于老齡化被認(rèn)為是許多慢性疾病的根本原因，如果老齡化率能夠被量化，就可以促進(jìn)識(shí)別有功能惡化風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體并預(yù)測(cè)健康結(jié)果的預(yù)后。為了成功地應(yīng)用老年保護(hù)和年輕化策略，2023年7月28日，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所劉光慧及其合作者在Med上在線發(fā)表了題為“Determining a multimodal aging clock in a cohort of Chinese women”的文章，該研究開發(fā)一個(gè)可靠的評(píng)估生物年齡的框架。研究人員招募了一組年齡從20歲到60歲的中國女性，對(duì)多維生物標(biāo)志物進(jìn)行了分析，包括表型組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)（在整體和單細(xì)胞水平上）、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)，其老化調(diào)查涵蓋了不同的健康方面，可以量化多系統(tǒng)生理退化的速度，因此，該研究代表了使用多組學(xué)數(shù)據(jù)測(cè)量生物年齡和干預(yù)策略的范例。

英文標(biāo)題：Determining a multimodal aging clock in a cohort of Chinese women（Med，IF=17.00，2023）

中文標(biāo)題：中國女性隊(duì)列中的多模態(tài)衰老時(shí)鐘

研究材料：外周血單核細(xì)胞（PBMC）、血漿、糞便

組學(xué)技術(shù)：轉(zhuǎn)錄組、非靶向代謝組、血漿蛋白質(zhì)組、16S rRNA

主要研究結(jié)果

1. 轉(zhuǎn)錄組學(xué)景觀突出了T細(xì)胞擾動(dòng)作為免疫衰老的主要特征

為了深入了解衰老相關(guān)的分子變化，作者分析了PBMC在整體和單細(xì)胞水平上的轉(zhuǎn)錄組。作者發(fā)現(xiàn)356個(gè)基因與年齡呈正相關(guān)，1372個(gè)基因與年齡負(fù)相關(guān)（圖1A）。年齡相關(guān)最負(fù)相關(guān)的基因是LRRN3，它在初始T細(xì)胞中高度表達(dá)，其表達(dá)減少與T細(xì)胞衰老相關(guān)；另一個(gè)與年齡負(fù)相關(guān)的基因是CACHD1，它也在初始T細(xì)胞中富集（圖1A）。此外，衰老基因在生物分子合成相關(guān)通路中富集（圖1B），表明衰老免疫細(xì)胞的合成代謝能力下降。通過qRT-PCR證實(shí)了LRRN3、CACHD1、SATB1和NT5E RNA表達(dá)水平的年齡依賴性下降（圖1C），強(qiáng)調(diào)這些基因是評(píng)估T細(xì)胞功能損耗的敏感標(biāo)記，這是免疫衰老的典型特征。作者還發(fā)現(xiàn)與炎癥升高相關(guān)的途徑，如“白細(xì)胞活化調(diào)節(jié)”和“細(xì)胞溶解”等基因在衰老過程中上調(diào)（圖1B）。

PBMC單細(xì)胞RNA-seq（scRNA-seq）數(shù)據(jù)鑒定了18種不同的細(xì)胞類型（圖1D）。在整體和單細(xì)胞水平對(duì)年齡相關(guān)基因的綜合分析中，作者發(fā)現(xiàn)特定細(xì)胞類型在促進(jìn)整個(gè)PBMC人群老齡化中的重要性，以及T細(xì)胞簇中與衰老相關(guān)的顯著變化，這反映在初始T細(xì)胞的萎縮和細(xì)胞毒性T細(xì)胞的積累上（圖1D-E）。同時(shí)，通過對(duì)大量RNA-seq數(shù)據(jù)進(jìn)行反卷積，在更多的志愿者中觀察到初始CD4+/CD8+ T細(xì)胞的年齡相關(guān)減少和細(xì)胞毒性CD4+/CD8+ T細(xì)胞的積累（圖1F）。基于PBMC組成狀態(tài)（稱為“免疫類型”）的模式，作者將所有志愿者從年輕到年老分為三組（圖2G-2I）。

圖1 轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析揭示了衰老過程中與年齡相關(guān)的基因表達(dá)變化和“免疫類型”的調(diào)節(jié)

2、血漿蛋白組顯示脂質(zhì)代謝失調(diào)、炎癥和組織老化

然后，作者根據(jù)實(shí)際年齡對(duì)血漿蛋白的衰老模式進(jìn)行了表征，并分別鑒定出119種和148種蛋白隨著年齡的增長(zhǎng)而積累和減少（圖2A）。隨著年齡積累的蛋白質(zhì)集中于血漿脂蛋白，它們與LDL和膽固醇濃度升高有關(guān)，也與慢性炎癥有關(guān)，如補(bǔ)體系統(tǒng)，先天免疫系統(tǒng)的基本組成部分，以及炎癥和免疫過程（圖2B）。使用基于酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）的每個(gè)志愿者血清測(cè)量，作者驗(yàn)證了殼三酸苷酶（CHIT1）和白細(xì)胞免疫球蛋白樣受體亞家族A成員2（LILRA2），這兩種蛋白質(zhì)在老年人中積累最多，與慢性炎癥密切相關(guān)，隨著年齡的增長(zhǎng)而增加（圖2C）。值得注意的是，作者推斷三分之一的年齡積累蛋白來自肝臟，而五分之一的衰老減少蛋白由肌肉分泌（圖2D）。其它組織，如免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)組織，以及泛組織來源應(yīng)該釋放的蛋白質(zhì)也被表征（圖2D），這有助于縮小更多組織特異性和系統(tǒng)性老化生物標(biāo)志物的范圍。

圖2 血漿蛋白質(zhì)組學(xué)分析表征年齡相關(guān)蛋白及其組織起源（圖源：Li et al., Med, 2023）

3、血漿代謝組揭示了衰老過程中激素和脂質(zhì)代謝的異常

鑒于代謝相關(guān)的變化在表型、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組水平上都有觀察到，作者對(duì)不同年齡志愿者的代謝狀況進(jìn)行了研究。分別鑒定出99種和46種代謝物與年齡呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān)（圖3A-C）。值得注意的是，幾乎一半的這些與年齡相關(guān)的代謝物是脂質(zhì)和類脂分子，包括屬于甘油磷脂、脂肪?；?、類固醇和類固醇衍生物的分子。此外，途徑富集分析顯示，組氨酸代謝上調(diào)，1-甲基組氨酸（1-MH）和3-MH（圖3D）的積累，分別是肌肉退化和虛弱的生物標(biāo)志物，這與老年人肌肉量減少一致。作者用三種衰老代謝物處理人主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞（HAECs）（圖3E）。戊酸和肉豆蔻酸均為短鏈脂肪酸，胡椒堿可延緩HAECs的細(xì)胞衰老，衰老相關(guān)（SA）-b-半乳糖苷酶（b-Gal）水平降低并改善運(yùn)移能力和毛細(xì)管狀結(jié)構(gòu)的形成（圖3E-3H）。因此，衰老血漿中代謝物的減少可能為新的衰老干預(yù)策略的發(fā)展提供信息。

圖3 年齡相關(guān)血漿代謝組學(xué)分析確定代謝物減緩人內(nèi)皮細(xì)胞衰老（圖源：Li et al., Med, 2023）

4. 隨著年齡的增長(zhǎng)，多層特征呈現(xiàn)出不同的變化波

為了揭示衰老對(duì)生物體的影響是否在整個(gè)生命周期中都是相同的，作者對(duì)衰老相關(guān)的多層特征進(jìn)行了滑動(dòng)窗口分析（增量日期為5年），該方法確定了沿老化軌跡差異呈現(xiàn)特征的峰值（圖4A）。值得注意的是，波浪模式在不同的數(shù)據(jù)模式下變化，分別在30歲和50歲左右形成兩個(gè)波峰，這兩個(gè)波峰也是根據(jù)生育史和更年期狀況將志愿者分為兩組的時(shí)間點(diǎn)（圖4A） 。在30歲時(shí)，在轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)水平上觀察到階段特異性變化（圖4B）。與30歲相比，50歲左右的階段特異性變化更為明顯（圖4A）。對(duì)于表型測(cè)量，載脂蛋白A增加，而組織適應(yīng)度指標(biāo)經(jīng)歷快速轉(zhuǎn)變，骨密度和肺功能在50歲左右下降（圖4B-C），符合它們與激素水平改變的關(guān)聯(lián)。同樣，肌肉組織蛋白在50歲左右也急劇減少（圖4B）。關(guān)于轉(zhuǎn)錄組水平，作者觀察到參與髓細(xì)胞分化的基因（MAF、TSPAN2和GAB3）上調(diào)（圖4B），這與50歲左右髓細(xì)胞比例增加的免疫類型一致（圖1G-I）。

圖4 年齡相關(guān)的非線性多層特征的改變（圖源：Li et al., Med, 2023）

5、激素替代療法作為一種衰老干預(yù)策略的多組學(xué)意義

鑒于循環(huán)激素水平與女性衰老高度相關(guān)，而激素年齡與各種年齡估計(jì)值高度相關(guān)，作者研究了一種廣泛使用的替代循環(huán)激素下降或缺乏的醫(yī)學(xué)治療方法（HRT）是否可以減輕與衰老相關(guān)的變化。為了回答這個(gè)問題，作者招募了另外一組24名接受HRT治療的志愿者，他們的年齡在45-62歲之間，平均持續(xù)時(shí)間為4年（老年HRT組），并將他們與年齡和地理特征匹配的未接受HRT治療的志愿者（老年組）進(jìn)行比較。正如預(yù)期的那樣，作者觀察到HRT與減輕與衰老相關(guān)的類固醇代謝物缺乏有關(guān)（圖5A-B）。例如，在接受HRT治療的隊(duì)列中，三種年齡降低的類固醇衍生物升高，包括硫酸雌酮和硫酸孕烯醇酮（圖5B）。與對(duì)照組相比，OldHRT組的一些與年齡相關(guān)的測(cè)量結(jié)果減慢了（圖5C）。在分子水平上，HRT-Old組中由蛋白質(zhì)年齡時(shí)鐘顯示的肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)衰老的速度被延遲（圖5D）。此外，在免疫系統(tǒng)水平上，在HRT組中，初始CD8+ T細(xì)胞（隨著年齡的增長(zhǎng)而下降）和nMCs（隨著年齡的增長(zhǎng)而增加）的水平似乎受衰老的影響較?。▓D5E）。與此一致的是，通過qRT-PCR評(píng)估，在HRT志愿者中，年齡下降的STAB1、RCAN3和CACHD1以及與年齡負(fù)相關(guān)程度最高的基因LRNN3的表達(dá)部分恢復(fù)（圖5F）。使用免疫系統(tǒng)復(fù)合免疫年齡和蛋白質(zhì)年齡的HRT-Old志愿者的衰老速度也被推遲，并且與此一致，炎癥蛋白（CD163和LILRB1）的豐度相對(duì)于Old組降低（圖5A、5D和5G）。這些數(shù)據(jù)表明HRT與T細(xì)胞庫的更強(qiáng)大的維持和衰老相關(guān)的免疫衰老的緩解相關(guān) （圖5H）?？傊?，本文研究結(jié)果表明，激素替代療法在一定程度上在表型和分子水平上減緩了女性的衰老。

圖5 HRT在多組學(xué)水平上對(duì)女性衰老的影響（圖源：Li et al., Med, 2023）

小結(jié)

綜上所述，作者通過不同年齡的113名健康女性的隊(duì)列，根據(jù)多模態(tài)測(cè)量確定了一系列已知和以前未知的與年齡相關(guān)的標(biāo)記，包括轉(zhuǎn)錄本、蛋白質(zhì)、代謝物、微生物和臨床實(shí)驗(yàn)室值，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一個(gè)綜合衰老時(shí)鐘，用于監(jiān)測(cè)衰老過程，并為衰老再生策略的臨床開發(fā)提供信息。

拜譜生物小結(jié)

在這項(xiàng)研究中，作者對(duì)20-66歲的健康個(gè)體進(jìn)行了詳細(xì)的多組學(xué)分析，包括轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組以及微生物組，從而能夠在分子、細(xì)胞和器官水平上系統(tǒng)地識(shí)別不同類型的衰老生物標(biāo)志物。根據(jù)綜合數(shù)據(jù)集，生成了老化時(shí)鐘的分層組合。拜譜生物作為國內(nèi)多組學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，擁有著15年以上多組學(xué)研究和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，可提供成熟完善的基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等多組學(xué)技術(shù)服務(wù)，歡迎咨詢！

參考文獻(xiàn)：Li J, Xiong M, Fu XH, et al. Determining a multimodal aging clock in a cohort of Chinese women. Med. 2023: S2666-6340（23）00197-6. doi: 10.1016/j.medj.2023.06.010.