衰老小鼠代谢组学揭示性别特异性虚弱生物标志物：氨基酸与辅酶代谢的关键作用

这篇研究通过纵向追踪雌雄C57BL/6NIA小鼠的虚弱指数（FI）与血浆代谢组，揭示了衰老相关代谢物（DAMs）以脂质代谢为主，而虚弱相关代谢物集中于氨基酸代谢及辅酶/维生素代谢通路（如维生素B3/色氨酸代谢）。研究发现性别二态性：雌性特异性标志物包括黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和吡哆醛（维生素B6），雄性则以鞘磷脂（sphingomyelins）和甘油磷脂为主。研究构建了首个代谢组虚弱时钟模型，为衰老机制和精准干预提供新靶点。

　　

代谢组学数据变异

研究对雌性（n=40）和雄性（n=47）C57BL/6NIA小鼠进行纵向追踪，采集5个时间点的血浆代谢组数据（共321份样本）。主成分分析（PCA）显示，时间（PC1）和性别（PC2）是代谢组变异的主要驱动因素。线性回归进一步证实时间点和性别对代谢物丰度的显著影响（p<0.001），提示代谢衰老具有明确的时序和性别特征。

跨性别的衰老代谢特征

通过差异丰度分析鉴定出527个衰老相关代谢物（DAMs），占检测总量的67.5%。网络分析筛选出86个核心代谢物，其中脂质代谢通路（如不饱和脂肪酸合成、胆汁酸代谢）显著富集。鞘磷脂物种（如SM C18:1）和甲基丙二酸（MMA）等被确定为关键年龄相关分子。值得注意的是，42%的代谢物呈现性别差异，且多数同时随年龄变化。雌性特异性衰老标志物以氨基酸（如色氨酸）和酰基肉碱为主，雄性则表现为磷酸胆碱和精胺的独特变化。

虚弱相关代谢物的性别分层

研究创新性提出“基础虚弱指数（base FI）”和“偏离虚弱指数（devFI）”概念，后者独立于年龄效应。机器学习筛选出156个FI相关和149个devFI相关代谢物，其中86个为两者共有。通路分析显示，氨基酸代谢（如色氨酸、支链氨基酸）和辅酶/维生素代谢（如烟酸、维生素B₂）是虚弱的核心通路。性别分层发现：雌性虚弱与维生素B代谢（FAD、吡哆醛）和犬尿氨酸途径显著相关，而雄性虚弱则与鞘磷脂、甘油磷酸乙醇胺（GPE）等脂质分子密切关联。

代谢物与虚弱结局的关联

线性混合模型揭示23种代谢物与多种虚弱结局显著相关。麦角硫因（ergothioneine）是唯一在雌雄中均与FI、devFI和年龄负相关的分子，提示其作为跨性别虚弱标志物的潜力。α-酮戊二酸（alpha-ketoglutarate）在中年期丰度可预测未来虚弱进展，可能成为早期干预靶点。值得注意的是，烟酰胺核苷（NR）和苯乳酸（phenyllactate）分别通过NAD⁺代谢和肠道菌群关联影响虚弱轨迹。

验证与代谢虚弱时钟

在NMN干预的验证队列中，9种代谢物（如麦角硫因、全氟辛烷磺酸）的虚弱关联性得以复现。研究进一步构建随机森林模型，整合63个代谢特征与年龄、性别变量，其预测效能（R²=0.96）显著优于单纯年龄-性别模型（R²=0.51）。该“代谢虚弱时钟”在雄性群体中表现尤佳，为精准评估提供新工具。

讨论与展望

研究首次系统描绘了衰老小鼠代谢组学的性别差异图谱：脂代谢紊乱驱动普遍衰老，而氨基酸/辅酶代谢失衡特异性导致虚弱表型。雌性对B族维生素代谢的依赖性，以及雄性对鞘磷脂信号的敏感性，为性别差异化干预提供理论依据。局限性包括验证样本量较小及NMN处理的潜在混杂效应。未来需在人类队列中验证麦角硫因等标志物，并探索α-酮戊二酸等分子的干预潜力。