正文
首先, 研究者们选用从141只年龄在3至35个月的雄性小鼠中抽取外周血
(该品系小鼠自然年龄最高可达40个月 )
,测定其中全部甲基化位点,与年龄作相关性分析。分析发现, 从4个月开始,小鼠全基因组平均甲基化水平随年龄增长缓慢降低,35个月时的平均甲基化水平约为4个月时的95%。这与人血液甲基化水平随年龄的变化相似。这一发现为在小鼠中建立与人类相似的表观遗传钟打下基础。
为了建立表观遗传钟模型,研究者将141只小鼠随机分为两组,一组70只,另一组71只。建立时,先假定仅知道一组小鼠的年龄,用这组年龄与甲基化数据,找出甲基化水平随年龄变化的关键位点,建立表观遗传钟,再用另一组小鼠的甲基化数据估测年龄做检验,以评估模型的可靠性。然后交换两个小组,用同一算法建立、估测、验证。最终得到的两组结果中,估测年龄都与实际年龄符合得很好:实际年龄在10个月以前时,估测误差在1-3个月;实际年龄在35个月时,估测误差在5-7个月。最后,将同一算法运用于全体141只小鼠,再经过优化选择,确定了90个甲基化水平随年龄变化的位点,作为表观遗传钟的“指针”。至此,小鼠中的表观遗传钟已经建成。
这个表观遗传钟可以用来评估影响寿命的因素吗?为了回答这个问题,需要找到一些已知一定会影响小鼠寿命的条件,检测在这些条件下,表观遗传钟估测出的生物年龄是否与实际年龄产生偏差。
科学家们很早就发现,在确保营养充分的前提下,“热量限制”
(caloric restriction)
,即限制食物摄取量,在多个物种中有延长寿命的效果。进行热量限制的小鼠平均寿命比自由摄取
(ad libitum)
的小鼠长20%左右。 可以利用热量限制,测试表观遗传钟能否指示出延缓衰老。研究者对一组雄性小鼠从14周开始进行饮食控制,然后分别在10个月、20个月、25个月和30个月时抽血检测“指针”位点甲基化水平。结果表明,在10个月时,表观遗传钟估测年龄与实际的差异还并不明显,从20个月开始,进行热量限制的小鼠估测年龄总比实际年龄小20%左右。这一结论在另一小鼠品系中得到验证。
另一个已知可以延长小鼠平均寿命的条件是敲除生长激素受体
(Growth Hormone Receptor, GHR)
。生长激素不仅促进组织生长,而且参与各种营养物质代谢的调控。GHR敲除的雄性小鼠的平均寿命比未敲除的对照小鼠长26-40%左右,这可能与敲除GHR后小鼠食量降低、体型减小等因素有关。 表观遗传钟对GHR敲除小鼠的估测年龄显著低于真实年龄相同的对照正常小鼠。与之相应,生长激素缺陷的Snell侏儒小鼠品系的估测年龄也大大低于对照正常品系。
在小鼠模型中建立的表观遗传钟准确反映出了热量限制和基因干扰引起的衰老速率变化,开启了利用表观遗传钟判断外界因素能否影响衰老的可能性。我们期待将来,小鼠体内的表观遗传钟可以用来研究更多饮食、药物等因素对寿命的影响——吸入雾霾会不会缩短寿命?锻炼身体会不会延年益寿?长生不老药效果如何?让我们拭目以待。
不良生活习惯虽然不会改变我们的实际年龄,却可能在血液的生物年龄上留下痕迹。所以,从今天开始,健康饮食,锻炼身体吧。
参考文献:
1. Hannum G, Guinney J, Zhao L, et al. Genome-wide methylation profiles reveal quantitative views of human aging rates[J]. Molecular cell, 2013, 49(2): 359-367.