同一人體不同器官不同“歲”!新生物“時鐘”可預測疾病與壽命

生老病死,是人類最早感知到的自然規律。當我們開始衰老時,面板出現皺紋,頭髮花白,牙齒鬆動,體力下降……

衰老過程是疾病和死亡的主要風險因素,不同的人在相同的實際年齡(CA)下,其衰老速度不同;因此,生物年齡(BA)被開發出來,以評估真正的衰老速度。

近日,一項研究表明,

人體不同器官和系統衰老速度存在差異,機體記憶體在多個“時鐘”共同調控衰老程序

。該研究題為:Distinct biological ages of organs and systems identified from a multi-omics study,於2022年3月8日發表在

Cell Reports

期刊上。

同一人體不同器官不同“歲”!新生物“時鐘”可預測疾病與壽命

該研究招募了來自深圳地區的4,066名志願者(男性佔48%),年齡在20-45歲之間。從血液樣本、糞便樣本、體格檢查和麵部面板影象中產生多組學水平的資料。總共測量了403個特徵,包括74個代謝組特徵、34個臨床生物化學特徵、36個免疫組合特徵、15個身體組成特徵、8個體能特徵、10個腦電圖(EGG)特徵、16個面部面板特徵和210個腸道微生物組特徵。這些被分為九類,即心血管相關、腎臟相關、肝臟相關、性激素、面部面板特徵、營養/代謝特徵、免疫相關、體能相關和腸道微生物組。

同一人體不同器官不同“歲”!新生物“時鐘”可預測疾病與壽命

透過不同的技術收集多組學資料,並將其分為器官和系統組。

研究發現,

心血管年齡在受試者之間的差異最小,而肝臟年齡的差異最大,表明器官和系統的衰老效應的潛在差異。

為了深入研究不同器官和系統的老化過程的特點,研究人員構建了一個老化率指數(BA和CA之間的差值/CA)。研究發現,腎臟年齡與免疫系統、性激素、腸道微生物相關。其中

腎臟系統的老化速度與腸道微生物群的老化速度呈負相關,可能是良好的腸道菌群避免了有害代謝物在腎臟內的積累。

同一人體不同器官不同“歲”!新生物“時鐘”可預測疾病與壽命

機體不同器官與系統生理年齡之間的相關性

當與體重指數(BMI)進行關聯時,一些超重的人在體能和營養代謝系統方面有較快的老化速度,因此很多人生物學年齡和實際年齡會有不同。

身體裡,不同的器官、系統有自己的生物“時鐘”,那這些時鐘能否幫助我們預測衰老相關疾病,從而儘早開展干預?

為了回答上述疑問,研究人員用衰老率指數預測了非酒精性脂肪肝。他們發現,

非酒精性脂肪肝的嚴重程度與肝臟衰老指數有關

,這與生物年齡時鐘預測相應器官的疾病或表型是一致的。

同一人體不同器官不同“歲”!新生物“時鐘”可預測疾病與壽命

用生物學年齡預測非酒精性脂肪肝

除此之外,研究還發現了生物年齡時鐘的另一個用途——預測機體預期壽命。

藉助GWAS(全基因組關聯性分析)得到的遺傳資訊(共7236472個常見的單核苷酸多型性),

學者們最終發現如面板、養分代謝、肝臟、性激素、體能及心血管系統的生理年齡時鐘能顯著預測機體預期壽命。

當使用NHANES資料集的資料時,研究發現總膽固醇、血糖、脂蛋白、血壓和CA顯著預測了由心臟病引起的死亡率。透過結合這些標誌物並構建心血管系統的BA,預測能力明顯提高。其次,研究人員比較了不同器官的BA的預測能力。生物衰老指數對死亡率的預測能力明顯高於CA。當預測由心臟病引起的死亡時,心血管老化率比肝臟和腎臟老化指數表現更好。這一結果表明,

透過分類特徵來構建器官/系統特異性BA可以在預測器官相關疾病死亡率方面獲得更多的特異效能力。

同一人體不同器官不同“歲”!新生物“時鐘”可預測疾病與壽命

利用NHANES資料預測死亡率

研究人員表示:衰老過程發生在全身的每個細胞中,但對於不同的器官來說,有著不同的細胞型別,尤其是轉錄因子表達的模式不同,因此會有不同的衰老速度。

未來或許可以透過精準控制不同型別細胞的老化“時鐘”,從而延緩人類的衰老。另一方面,這些研究也發現,體能(整體身體素質)的生物學年齡與大多數器官的生物學年齡相關。很可能的原因是,人體的肌肉和脂肪組織組織幾乎涉及所有器官,從而影響不同器官的衰老速率。

所以,對於普通人來說,要想保持各個器官的年輕狀態,定期的體育鍛煉也很關鍵。

參考資料:

Distinct biological ages of organs and systems identified from a multi-omics study。Cell Reports。2022。https://doi。org/10。1016/j。celrep。2022。110459