蛋白质组学与转录组学揭示加速衰老是缺血性脑卒中早发的独立危险因素

《European Journal of Preventive Cardiology》：Accelerated Aging Predicts Earlier Onset of Ischemic Stroke: A Proteomic and Transcriptomic Investigation

本研究针对全球年轻成人缺血性脑卒中发病率上升但病因不明的临床难题，通过构建高精度血浆蛋白质组衰老时钟模型(R2=0.98，MAE=0.55年)，发现40%卒中患者存在加速衰老现象，其发病年龄较正常衰老者提前8.9年。RNA测序揭示嗅觉信号通路异常是加速衰老的新机制，为年轻卒中防治提供了新的生物标志物和干预靶点。

　　

在全球范围内，一个令人担忧的趋势正在显现：缺血性脑卒中（Ischemic Stroke）这种传统上被认为是老年疾病的病症，正越来越多地侵袭年轻人。根据多项人口数据和国家级卒中登记研究，年轻成年人的卒中发病率持续上升，而老年人群的发病率却呈下降趋势。这种年龄分布的变化带来了严峻的社会经济挑战，因为年轻卒中患者往往面临更长的残疾期、更高的康复成本以及显著的劳动力生产力损失。

更令人困惑的是，相当比例的年轻卒中患者缺乏传统危险因素。英国牛津郡的研究显示，近40%的55岁以下缺血性卒中患者没有传统危险因素；美国巴尔的摩和华盛顿特区的研究发现约21%的15-49岁患者入院时未发现明确危险因素；而一项欧洲多中心研究甚至表明，15-49岁年轻卒中患者中高达40%的病因无法确定（称为隐源性卒中）。这些临床现象提示，可能存在尚未被认识的生物学机制推动着年轻人过早发生卒中。

衰老本质上是生物学功能逐渐恶化的过程，导致身体逐渐远离稳态平衡，增加对多种疾病和血管老化的易感性。加速衰老（Accelerated Aging）是指生物学年龄的进展速度快于按实际年龄预期的速度，导致通常与生命后期相关的疾病过早出现。近年来研究表明，基于DNA甲基化的生物学年龄评估方法能够预测卒中复发风险和卒中后3个月死亡率，且这种关联独立于实际年龄。与健康个体相比，缺血性卒中患者的生物学年龄显著高于实际年龄匹配的对照组。

为验证加速生物学衰老可能解释年轻成人卒中发病机制的假设，新加坡国立大学医院Raymond Chee Seong Seet教授团队开展了一项创新性研究。研究人员开发了一种基于蛋白质组学的方法，利用健康个体的数据评估生物学年龄，然后将其应用于卒中患者群体，旨在确定表现出加速衰老生物学特征的缺血性卒中患者，描述其临床特征，并通过RNA表达谱分析识别可能阐明年轻成人缺血性卒中加速衰老机制的潜在通路。这项重要研究成果发表在《European Journal of Preventive Cardiology》上。

研究人员采用了几项关键技术方法：首先建立了包含679名缺血性卒中患者和384名社区健康对照的临床队列，所有参与者均来自新加坡国立大学医院；利用Olink? Explore 1536蛋白质组学平台对血浆样本进行定量分析，开发了高精度的生物学年龄预测模型；对部分患者进行了基线及卒中后3个月的纵向血液采样，以评估卒中事件对生物学年龄的动态影响；采用下一代RNA测序技术（RNA-seq）对加速衰老患者进行转录组学分析，使用STAR软件进行序列比对，RSEM进行基因定量，EBseq进行差异表达分析；最后运用Reactome数据库进行通路富集分析，揭示与加速衰老相关的分子机制。

蛋白质组学为基础的算法估算生物学年龄

研究团队首先筛选了422名健康个体，排除38名具有两个或更多血管危险因素的参与者后，最终384名健康参与者（78%无任何危险因素）纳入生物学年龄模型构建。通过对32种算法进行系统评估，优化后的高斯过程回归（Gaussian Process Regression，GPR）模型表现出最高精度，确定系数R²达到0.98，平均绝对误差（Mean Absolute Error，MAE）仅为0.55年。按年龄段分析，21-40岁的MAE为0.68年，40-60岁为0.54年，60岁以上为0.69年。

对模型预测年龄贡献显著的蛋白质生物标志物包括C-X-C基序趋化因子配体17（CXCL17）、IX型胶原α1链（COL9A1）、外异蛋白A2受体（EDA2R）、生长分化因子15（GDF15）、神经丝轻链（NEFL）、潜在转化生长因子β结合蛋白2（LTBP2）、糖蛋白激素α多肽（嗜铬粒蛋白A，CGA）、甲型肝炎病毒细胞受体1（HAVCR1）、胃动素（MLN）和补体C3d受体2（CR2）。值得注意的是，除NEFL存在性别差异外，其他标志物均无性别差异。进一步分析显示，梗死体积与前十名衰老生物标志物或预测生物学年龄均无显著相关性，表明卒中病灶大小不影响年龄特征。

缺血性卒中患者的加速衰老现象

在筛选的714名患者中，最终679名缺血性卒中患者纳入分析（平均实际年龄58.7岁，72%为男性）。应用蛋白质组学算法测定发现，约40%的卒中患者超出正常生物学年龄变异范围，符合加速衰老的定义。加速衰老组卒中发病平均年龄为53.4岁，比非加速衰老组提前8.9年。特别值得注意的是，在加速衰老患者中，39名（15%）无血管危险因素，66名（26%）有一个危险因素，153名（59%）有两个或更多危险因素。

针对50岁以下患者的亚组分析显示，生物学年龄每超过实际年龄一年，卒中发生几率增加12.9%（优势比1.13；95%置信区间1.05-1.24），这一关联在调整实际年龄、传统危险因素、药物使用和生活方式变量后仍然显著。加速衰老患者更易患大动脉疾病（优势比1.95），而小血管疾病风险较低（优势比0.38），但在卒中严重程度和90天预后方面无显著差异。

层次聚类热图分析显示，GDF15、HAVCR1、EDA2R、MLN、LTBP2和CGA等蛋白质与年龄、高血压、糖尿病和缺血性心脏病呈正相关，而CR2和CXCL17则显示负相关，提示可能具有保护作用。人口因素（肥胖、吸烟、种族）关联较弱，而性别与NEFL显著相关，强调了卒中与加速衰老共享的蛋白质组学特征。

急性卒中时与3个月后生物学年龄比较

对100名卒中患者进行纵向随访发现，尽管积极干预管理传统危险因素，平均生物学年龄在3个月内从54.1岁上升至55.9岁，增加了近2年。这种增长在基线无加速衰老特征的患者中更为明显。变化与个体危险因素无相关性，混合模型分析显示卒中特征与蛋白质组学年龄随时间变化无交互作用。

加速衰老的机制

对加速衰老患者进行RNA测序分析发现，与正常衰老者相比，5493个基因存在差异表达。Reactome数据库通路富集分析显示，嗅觉信号传导和受体通路以及感觉感知通路发生显著改变。这些变化在加速衰老患者与年龄匹配健康对照的比较中同样显著。基因本体（Gene Ontology）分析同样观察到加速衰老个体中嗅觉感觉感知的关联。这些结果共同强调了嗅觉信号传导和感觉感知系统改变在缺血性卒中加速衰老患者中的重要性，且这种关联不依赖于传统血管危险因素的存在。

研究结论表明，加速衰老是缺血性卒中的独立危险因素，与嗅觉功能障碍相关。研究首次在临床和分子水平上揭示了加速衰老与缺血性卒中的关联，为理解年轻成人卒中发病机制提供了新视角。蛋白质组学时钟技术的高精度（MAE=0.55年）与卒中患者中观察到的显著生物学年龄差距（8.9年）形成鲜明对比，表明这些偏差代表了真实的生物学变异而非模型噪声。

讨论部分指出，尽管年轻卒中患者的生物学年龄仍低于典型的卒中易感年龄（>70岁），但加速衰老可能通过独特的病理生理途径增加早年卒中易感性。卒中后3个月生物学年龄的显著增加（1.9年）超出了模型误差范围，凸显了该时钟对生物学衰老的敏感性。与既往研究不同，本研究发现加速衰老患者更常见严重的大动脉疾病，而非小血管疾病。高血压、血脂异常和炎症状态（如hs-CRP升高）可能在与加速衰老的相互作用中加剧血管损伤。

嗅觉受体（Olfactory Receptors，ORs）和相关感觉G蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptors，GPCRs）的传统认识正在被颠覆，它们不仅在嗅觉中起作用，还在外周组织中表达，对衰老生物学有重要意义。这些受体通过经典GPCR级联反应检测循环代谢物，调节内皮通透性、白细胞粘附和平滑肌增殖等血管功能障碍关键过程。衰老伴随嗅觉上皮再生能力减弱和OR表达的系统性改变，OR介导的通路失调可能使加速衰老个体更容易发生严重缺血损伤。

研究的局限性包括人群主要来自多民族亚洲人群，缺乏更广泛人群的验证；未能明确加速衰老是早发性卒中的原因还是结果；未评估遗传倾向、生活习惯、心理健康等因素的影响；蛋白质组学技术尚未广泛可用；健康参考队列中高龄参与者相对较少可能影响老年患者评估精度；急性期炎症可能暂时升高蛋白质组学年龄特征。

尽管存在这些限制，该研究强调了加速生物学衰老作为年轻患者卒中独立危险因素的重要性。目前针对年轻患者预防后续卒中的治疗指南主要来自老年人群研究，对卒中机制不明确的年轻患者代表不足。未来研究需要将核心蛋白质组转化为绝对定量检测方法，在独立多种族队列中验证结果，评估蛋白质组学衰老是否改善风险预测并指导治疗，调查加速衰老生物标志物如何影响卒中发生和进展，并确定其预测复发性卒中和其他血管事件的价值。