融合健康社会决定因素的年龄预测模型:解锁衰老与疾病预测新密码

【字体: 时间:2025年05月07日 来源:Computational and Structural Biotechnology Reports

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  在人口老龄化加剧的背景下,为探究健康社会决定因素(SDOH)对衰老的影响,研究人员构建 SDOHAge 模型。结果显示该模型预测衰老相关疾病更精准,还明确了相关基因和生活方式因素。这为抗衰策略提供新思路,助力衰老研究和健康监测。

  随着全球人口老龄化问题日益严峻,老年人健康难题增多,对社会资源的需求也不断增大。在衰老相关疾病的风险因素中,遗传因素占比有限,环境因素尤其是健康社会决定因素(SDOH)对衰老的影响愈发受到关注。然而,当前人类年龄预测模型多聚焦生物和遗传因素,忽略了 SDOH,导致预测不够准确。为了填补这一研究空白,探究 SDOH 对衰老的影响以及能否通过纳入 SDOH 提高衰老相关疾病风险的预测能力,研究人员开展了此项研究,相关成果发表在《Computational and Structural Biotechnology Reports》上。
研究人员利用英国生物银行(UK Biobank)中 343,550 名白人参与者的综合数据集,包括生化数据、身体测量数据和 10 个特定的 SDOH 变量,构建了基于深度神经网络的年龄预测模型 SDOHAge,并分别针对男性和女性进行建模。研究中用到的主要关键技术方法包括:首先,对数据进行处理,采用多次插补处理缺失率低于 15% 的指标,运用 Boruta 算法和递归特征消除筛选相关指标;其次,构建基于神经网络架构的年龄预测模型,包括 SDOHAge 和未纳入 SDOH 的 noSDOHAge 模型,并进行标准化和分层 10 折交叉验证;再者,使用 Cox 比例风险回归评估 ΔAge 与衰老相关疾病发病率的关联;此外,还进行了全基因组关联研究(GWAS)、基因本体(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析、双向孟德尔随机化分析等。

在参与者和特征选择方面,研究最终纳入 343,550 名 40 - 70 岁的白人参与者。经特征选择,模型纳入多种变量,且男女模型有差异。通过 SHAP 解释模型发现,多种物理测量指标、生化指标和 SDOH 指标与年龄相关。

年龄预测和疾病统计结果显示,不同模型预测的年龄和 ΔAge 存在差异,SDOHAge、noSDOHAge 和 PhenoAge 呈现年龄减速,KDM - BA 保持中性。在 10 种衰老相关疾病中,高血压最为常见,且男女患病情况有别。

在 ΔAge 与衰老相关疾病发病率的关联研究中,以 ΔAge 为主要指标构建 Cox 比例风险模型,发现衰老相关疾病发病率随 ΔAge 上升而增加。SDOHAge 模型在预测男性 7 种、女性 8 种疾病时表现最佳,其 C - index 更高,预测准确性更强。

通过 GWAS 分析 ΔAge 的潜在遗传决定因素,在男性和女性中分别鉴定出 6 个和 77 个显著 SNP 位点,相关基因涉及 UGT1A 基因家族、CST 基因家族等多个家族。GO 和 KEGG 富集分析表明,ΔAge 相关基因在免疫反应、代谢过程等多种生物过程和途径中显著富集。

双向孟德尔随机化分析因果关系发现,ΔAge 与多种疾病存在因果关联。当 ΔAge 作为暴露因素时,与多种疾病风险增加相关;当 ΔAge 作为结果时,多种疾病又与 ΔAge 存在因果关系,表明衰老与疾病可能形成恶性循环。

在 ΔAge 与生活方式的关联研究中,选取 SDOHAge 模型中 ΔAge 值最高和最低的 10% 人群,分析 25 种生活方式因素差异。结果显示,吸烟、过量饮酒、久坐、高频率食用加工肉和部分肉类与加速衰老相关;而食用较多的蔬菜、水果、谷物、油性鱼,适度饮茶和咖啡,适量运动,适当暴露于紫外线和做好防护则与延缓衰老有关。

研究结论表明,SDOHAge 模型在纳入 SDOH 后,预测衰老相关疾病的能力优于未纳入该因素的模型。这一模型揭示了 SDOH 对衰老过程的显著影响,为开发有效的抗衰老策略提供了新的方向。同时,研究还强调了遗传易感性与环境影响在衰老过程中的复杂相互作用,提示在制定针对性干预措施促进健康衰老时,需要综合考虑遗传和环境因素。不过,该研究也存在一定局限性,如参与者仅为白人、年龄范围有限、生活方式分析依赖横断面数据以及问卷数据存在报告偏差等。未来研究可针对这些不足加以改进,进一步深入探索衰老的奥秘,为提高老年人健康水平提供更有力的支持。

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