犬类衰老多组学分析揭示DNA修复与炎症等保守衰老通路

《GeroScience》：Multi-omic analysis of canine aging uncovers conserved aging pathways

本研究针对犬类衰老分子机制研究不足的问题，通过开展犬类衰老多组学分析，发现816个基因和40个蛋白质在衰老过程中发生显著变化，这些变化富集于DNA修复、胶原蛋白处理和炎症通路。研究证实犬类与人类衰老存在显著转录组重叠，为犬作为人类衰老研究模型提供了分子证据，对跨物种衰老机制研究和抗衰老干预开发具有重要意义。

　　

随着全球人口老龄化加剧，衰老作为多种疾病的主要风险因素日益受到关注。尽管衰老的分子标志如基因组不稳定性、表观遗传改变和线粒体功能障碍等在酵母、线虫、果蝇和小鼠等模式生物中已得到广泛研究，但作为人类密切伴侣的犬类，其衰老过程中的分子变化却鲜为人知。犬类与人类共享生活环境，自然发展年龄相关疾病如癌症、代谢性疾病和神经退行性疾病，且发病率与人类相似，使其成为研究人类衰老的宝贵模型。然而，目前对犬类衰老的大规模组学研究相对缺乏，特别是对老年犬（10-14岁）的分子特征了解有限。

在这项发表于《GeroScience》的研究中，研究人员对40只实验室比格犬进行了全面的多组学分析，包括年轻（3-5岁）、老年（8-9岁）和高龄（10-14岁）三个年龄组。研究团队收集了全血和血浆样本，利用RNA测序技术分析了16，273个基因的表达，同时通过SomaScan 7K平台检测了6，415种蛋白质的丰度。

研究采用的主要技术方法包括：从全血中提取RNA并进行RNA测序（RNA-seq）分析；使用SomaScan aptamer技术平台进行血浆蛋白质组学分析；应用DESeq2和Limma等生物信息学工具进行差异表达分析；通过基因集富集分析（GSEA）识别显著变化的生物学通路；将犬类衰老特征与人类衰老数据库进行跨物种比较分析。

转录组变化揭示衰老相关通路

研究人员发现，与年轻犬相比，老年和高龄犬共有816个基因表达发生显著变化。这些变化呈现出连续性的年龄相关模式，老年vs年轻和高龄vs年轻的比较显示强烈的正相关（Pearson r=0.64）。基因集富集分析表明，335个GO生物过程通路显著下调，349个通路上调。上调通路主要涉及纤维化反应和慢性炎症，包括细胞因子信号传导、白细胞介素信号传导和中性粒细胞脱颗粒等，这些变化与"炎性衰老"（inflammaging）特征一致。同时，基质金属蛋白酶（MMPs）和胶原蛋白种类的表达改变，表明细胞外基质重塑在犬类衰老中发挥重要作用。DNA复制和修复程序广泛减弱，包括同源重组和复制叉维持基因，反映了衰老过程中DNA修复能力的下降。

蛋白质组学揭示年龄相关变化

在蛋白质水平上，研究人员聚焦于2，041种在犬类中能准确量化的"高质量"蛋白质。研究发现，老年和高龄犬vs年轻犬比较中，有40种蛋白质丰度发生显著变化，变化数量远少于转录组。蛋白质丰度的变化同样呈现渐进式模式，老年vs年轻和高龄vs年轻的比较显示强相关性（Pearson r=0.80）。通路分析显示，46个GO通路下调和1个通路上调，Reactome数据库中18个通路下调和2个通路上调。蛋白质组变化主要涉及细胞外基质生物合成和组装的下调，包括胶原蛋白和处理成分（COL2A1、COL3A1和COL10A1）以及连接蛋白（CDH10、NECTIN4）的减少，这与人类衰老过程中观察到的细胞外基质衰退和屏障功能减弱一致。

犬类与人类衰老的保守性

跨物种比较分析显示，犬类年龄相关基因与人类大规模转录组研究存在显著重叠。与随机预期相比，上调基因富集2.1倍，下调基因富集1.9倍。特别值得注意的是，犬类衰老相关基因显著富集于人类衰老标志相关基因：端粒缩短相关基因重叠增加5.0倍（如TERT），基因组不稳定性相关基因增加2.5倍（如CDKN1A、CHEK2和RFC4），蛋白质稳态丧失相关基因增加1.9倍（如DBN1、TIMP1和HSPA1A）。然而，在蛋白质水平上，犬类与人类年龄相关蛋白质没有显著重叠，这可能反映了物种特异性差异或技术限制。

研究结论强调，犬类衰老过程中发生的分子变化与人类衰老标志高度一致，特别是在炎症反应、DNA修复能力下降和细胞外基质改变等方面。这种跨物种保守性强化了犬类作为人类衰老研究模型的实用性，同时也表明人类衰老研究的发现可能适用于犬类健康干预。研究人员已将数据公开，为跨物种衰老生物学研究提供了宝贵资源。

研究的局限性包括样本量相对较小、局限于单一犬种、血液样本限制了对组织特异性变化的推断，以及SomaScan检测平台对犬类蛋白质的检测效率可能低于人类蛋白质。未来研究需要更大规模、多品种、多组织采样和纵向设计来验证和扩展这些发现。

该研究首次在犬类中进行了如此全面的多组学衰老分析，特别是包含了高龄犬的数据，为理解犬类衰老的分子基础提供了重要见解。研究结果不仅对犬类健康管理具有直接意义，也为人类衰老研究提供了进化保守的分子证据，凸显了犬类作为生物衰老模型在转化老年医学研究中的重要价值。