“寿命机器”指出:用于追踪抗衰老疗法益处的生物标记物可能具有误导性

【字体: 时间:2022年10月03日 来源:PLoS Computational Biology

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  研究人员使用“寿命机器”追踪了数万只线虫的出生和死亡,该机器以前所未有的统计分辨率收集寿命数据。他们发现,线虫至少有两个不同的“生物年龄”,而且它们之间有一致的相关性,这表明存在着一种无形的等级结构,它调节着衰老过程。这些发现挑战了生物具有单一的、普遍的生物年龄的观点。这也意味着,用来评估生物年龄的生物标记物可以通过饮食、锻炼或药物治疗等干预措施改变,而不会真正将“快老年人”变成“慢老年人”。这项研究对衰老生物标记的使用提出了质疑——它们究竟在测量什么?

  
   

Lifespan machine scanning nematodes    

视频:每只秀丽隐杆线虫都生活在一个培养皿中,在寿命机器扫描仪的监视下,它监视着它们的整个一生。通过连续数月每小时对线虫进行一次成像,该设备以前所未有的统计分辨率和规模收集数据。    


我们都会变老和死亡,但我们仍然不知道为什么。饮食、锻炼和压力都会影响我们的寿命,但导致衰老的潜在过程仍然是一个谜。通常,我们通过计算出生后的年数来衡量年龄,但我们的细胞对时间一无所知——我们的器官和组织可能衰老得更快或更慢,不管我们通过计算我们绕太阳公转的轨道数来期望得到什么。

由于这个原因,许多科学家寻找方法来测量我们细胞的“生物年龄”——这可能与我们的实际年龄不同。从理论上讲,这些衰老的生物标记物可以提供一种衡量健康的方法,从而彻底改变我们行医的方式。个人可以使用衰老的生物标记来跟踪他们的生物年龄,并测量饮食、运动和药物的影响,并预测它们在延长寿命或提高生活质量方面的效果。可以根据药物对生物年龄的影响来设计和识别药物。换句话说,我们可以开始治疗衰老本身。

然而,迄今为止,还没有精确和高度预测的生物年龄测试得到验证。在某种程度上,这是因为我们仍然不知道是什么导致了衰老,因此无法测量它。该领域的明确进展需要在患者的一生中验证生物标志物,考虑到人类的预期寿命,这是一项不切实际的壮举。

为了了解衰老的不可减少因素,以及如何测量和测试这些因素,研究人员转向了实验室动物。不像人类,线虫平均寿命为两周,这使得收集行为和寿命数据变得更容易,否则需要几个世纪。

秀丽隐杆线虫进入成年后,积极探索周围的环境。随着时间的推移,它们会减速并停止爬行,这一行为阶段被称为剧烈运动停止(VMC)。VMC是线虫衰老的生物标志物,也是线虫健康的代表。对基因相同的线虫的研究表明,VMC是线虫寿命的有力预测指标,但与此同时,与寿命相比,旨在改变衰老的干预措施会不成比例地影响VMC,反之亦然。巴塞罗那基因组调控中心(CRG)的研究人员试图了解为什么会发生这种情况,以及这对人类衰老过程意味着什么。

一个由Nicholas Stroustrup博士领导的研究小组,他是CRG系统生物学研究项目的组长,已经开发出了“寿命机器”,这个设备可以同时跟踪成千上万的线虫的生命和死亡。线虫生活在一个培养皿中,在一个扫描仪的监视下,监控着它们的整个生活。通过连续数月每小时对线虫进行一次成像,该设备以前所未有的统计分辨率和规模收集数据。

在杂志上描述他们的研究结果PLOS计算生物学,研究小组发现线虫至少有两个部分独立的衰老过程同时发生——一个决定VMC,另一个决定死亡时间。虽然这两个过程遵循不同的轨迹,但它们的速率是相互关联的,换句话说,在VMC加速发生的个体中,死亡时间也加速发生,反之亦然。换句话说,这项研究揭示了每种线虫至少有两个不同的生物年龄。

研究人员通过构建一种基因工具来控制线虫的衰老速度,从而得出了这一发现。这种工具可以有效地为线虫种群选择平均寿命,从两周到几天不等。该工具的工作原理是用一个小分子标记RNA聚合酶II(制造信使RNA的酶)。线虫被喂食不同数量的生长素激素,生长素能精确控制RNA聚合酶II的活性,从而改变它们的寿命。

在许多方面,人类比线虫体型更大,也更复杂,因此可能比线虫拥有更多不同的生物年龄。总之,这项研究证明了多重的、基本上独立的衰老过程是如何相互作用的,从而导致动物的不同部位以不同的速度衰老。这一发现挑战了一种观念,即动物有一个单一的、统一的生物年龄来衡量个体的整体健康状况。

研究人员还发现,无论他们给线虫何种改变寿命的突变和干预措施,不同生物年龄之间的统计相关性都保持不变。这表明,存在着一种无形的指挥链(或称等级结构),它调节着线虫的衰老过程,其机制尚待发现。这意味着,虽然衰老过程可以是独立的,但也确实存在一些人是“快老龄人”,而另一些人是“慢老龄人”,因为他们的许多衰老过程都比同龄人快或慢。

这项研究对衰老生物标记的一个关键假设提出了质疑,即当运动或饮食等干预措施使一个生物标记“恢复活力”时,这是一个好迹象,表明衰老的潜在生物学也发生了类似的变化。Stroustrup博士解释说:“我们的模型显示,生物标记物可以与结果无关,因为它们测量的衰老过程与结果不直接相关,而只是在一个分级过程系统中与之相关。”“简单地说,仅仅因为一个人的两个部分在其生物年龄上倾向于相互关联,这并不意味着其中一个部分导致另一个部分,或者它们可能涉及共同的衰老机制。”

这一发现对那些被提供评估其生物年龄的商业产品的消费者有一定的意义。生物年龄测试使用生物标记面板,据称是有意义的多样性。这些可以测量一个人的一千个不同的部分,但这些部分可能都以相同的方式混淆。

斯特劳斯特鲁普说,解决办法在于找到能够测量不同的、相互作用的衰老过程的生物标记物,这些过程之间的相关性也最低。“用来评估生物年龄的生物标记物可以在不将‘快老年人’变成‘慢老年人’的情况下被改变。研究人员应该专注于测量干预对功能结果的影响,而不是假设生物标志物的变化可以直接预测结果,”他总结道。

文章标题

A hierarchical process model links behavioral aging and lifespan in C. elegans


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