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为评估 Infinium MethylationEPICv1(EPICv1)和 Infinium MethylationEPICv2(EPICv2)阵列在估计 DNA 甲基化(DNAm)年龄上的差异,研究人员用 11 种 DNAm 时钟分析 16 位健康中年人样本,结果发现二者有差异,EPICv2 存在系统偏差,为相关研究提供参考。
在生命的奥秘中,DNA 甲基化(DNAm)就像一位神秘的幕后操控者,它参与基因调控,与衰老和疾病紧密相连。随着研究深入,科学家们开发出 DNAm 时钟,通过特定算法依据 DNAm 水平估算生物年龄。早期,Illumina 公司的 HumanMethylation27K(HM27K)、Infinium HumanMethylation450K(HM450K)和 Infinium MethylationEPICv1(EPICv1)芯片为研究提供了有力工具。其中,EPICv1 因性价比高、定量精确和数据分析便捷,在大型队列研究中广泛应用。
但科技不断进步,Illumina 推出 Infinium MethylationEPICv2(EPICv2)芯片,它能降低 DNA 用量,还提高了增强子、超级增强子和 CTCF 结合区域的覆盖度。不过,EPICv2 去除和添加部分 CpG 位点,可能影响 DNAm 年龄估算。此前研究存在局限,样本选择不具代表性,评估的 DNAm 时钟也不全面,无法准确反映 EPICv2 的性能。因此,为深入了解 EPICv2 的特性,新加坡国立大学健康长寿转化研究计划等机构的研究人员开展了一项重要研究,成果发表在《Communications Biology》上。
研究人员开展了一项横断面分析,从 16 位 40 - 60 岁参与随机临床试验 “Does Alpha - ketoglutarate supplementation lower BiologicaL agE in middle - aged adults(ABLE)” 的筛查参与者中收集血沉棕黄层、外周血单核细胞(PBMC)和唾液样本。他们用 EPICv1 和 EPICv2 芯片对样本 DNA 进行甲基化检测,运用 11 种 DNAm 时钟估算 DNAm 年龄,其中包括 6 种基于主成分分析(PCA)的时钟(PCHorvath1、PCHorvath2、PCHannum、PCPhenoAge、PCGrimAge 和 PCDNAmTL)和 5 种非 PCA 时钟(DunedinPACE、DNAmFit、YingCausAge、YingAdaptAge 和 YingDamAge)。同时,利用相关算法预测细胞组成,并评估缺失 CpG 位点及其富集情况。
在研究结果方面,参与者以女性、中国人和非吸烟者为主,中位年龄 48 岁。关于 DNAm 时钟 CpG 覆盖情况,EPICv1 和 EPICv2 中各时钟的 CpG 位点数量不同,部分时钟在 EPICv2 中有较多位点缺失,缺失位点多富集在基因体和基因间区域、CpG 岛和开放海域。DNAm 年龄相关性上,多数 PC 时钟、YingCausAge 和 DNAmFitAge 在 EPICv1 和 EPICv2 间相关性高,非 PC 时钟中部分在不同样本类型中的相关性有差异。通过 Bland - Altman 图和 Wilcoxon Signed - Rank 检验评估一致性和差异发现,不同时钟的平均差异有正有负,PC 时钟的平均绝对百分比误差(MAPE)低于非 PC 时钟,唾液样本差异最大。
在讨论部分,研究表明除部分时钟在特定样本中,EPICv1 和 EPICv2 估算的 DNAm 年龄高度相关,但也存在显著差异,且多为系统性差异,可能因 EPICv2 缺失位点较多,现有算法无法完全补偿。PC 时钟在两种芯片间差异更小,未来构建时钟可考虑纳入 PCA 提高可靠性。唾液样本差异大,是因其细胞类型复杂,后续需优化细胞组成调整方法和开发专用算法。此外,EPICv2 虽适合大型队列研究,但覆盖度有限,全基因组亚硫酸氢盐测序(WGBS)和单细胞核 WGBS 技术可弥补不足,助力构建更精准的 DNAm 时钟。
这项研究首次全面分析了 EPICv1 和 EPICv2 在多种生物样本中的差异,虽样本量小等存在局限,但为 DNAm 年龄估算研究提供了重要参考,强调平台特异性考量的必要性,提醒谨慎解释 EPICv2 数据,为后续研究指明方向,推动了衰老相关的表观遗传学研究进展 。