人类衰老过程中循环游离DNA与血浆核酸酶活性的变化

《Mechanisms of Ageing and Development》：Circulating cell-free DNA and plasma nuclease activity in human aging

　　

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  细胞外DNA的丰度和DNA切割活性随年龄非线性变化
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  循环细胞外DNA中的氧化损伤在年龄范围内增加
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  80岁以上的成年人显示出DNA丰度和酶活性趋势的部分逆转
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  DNA丰度、氧化和酶活性的综合指标在中年时趋于稳定

引言

cfDNA除了作为生物标志物外，还可能参与生理和病理过程的调节，包括炎症和自身免疫，因此正被研究作为潜在的治疗靶点（Franceschi等人，2017年；Raghuram等人，2024年；Tsui和Lo，2026年；Li等人，2026年；Xie等人，2025年；Morgan等人，2025年；Ma等人，2025年）。cfDNA还被认为是通过影响炎症和应激反应途径而与年龄相关的病理生理学的因素（Gravina等人，2016年；?elik和Kanbur，2026年）。

cfDNA的生物学效应不仅取决于其丰度，还取决于其分子组成和修饰。cfDNA包含核苷酸和线粒体片段，其序列组成可能不是随机的，因为不同片段在释放、保护和核酸酶介导的清除过程中存在差异。未甲基化的、富含CpG的DNA可以激活TLR9–MyD88–NF-κB通路并促进促炎细胞因子的产生（Bauer等人，2001年）。在与先天免疫感知相关的细胞外DNA种类中，线粒体DNA被广泛研究（Zhang等人，2010年；Zhang等人，2019年；Nakahira等人，2015年；De Gaetano等人，2021年）。核糖体DNA含有多个潜在的TLR9结合基序，并已被报道能在干细胞和分化细胞（包括血细胞）中刺激促炎细胞因子的合成（Ershova等人，2020年；Ershova等人，2022年）。细胞外的端粒DNA也可以在体外诱导细胞衰老（Polettini等人，2015年）。

氧化修饰是增强cfDNA生物学活性的一个因素（Ershova等人，2020年；Filev等人，2019年）。鸟嘌呤的氧化潜能较低，因此在富含鸟嘌呤的基序中更容易发生氧化（von Sonntag，2006年）。由此产生的8-oxo-7,8-dihydro-2′-deoxyguanosine（8-oxodG）是氧化DNA损伤的常用标志物。富含鸟嘌呤的基序在端粒、线粒体和核糖体DNA序列中很常见（Ershova等人，2020年）。氧化的cfDNA（oxy-cfDNA）可以作为损伤相关的分子模式（DAMP）并与DNA感知通路相互作用（Pisetsky，2012年；Ershova等人，2020年）。

关于其他健康人群cfDNA氧化的年龄相关数据仍然有限。已发表的研究结果在cfDNA浓度与年龄的关联方面并不一致。一些研究报道称与年龄几乎没有关联（Hao等人，2014年；Kim等人，2014年；Kananen等人，2023年；Tosevska等人，2016年；Teo等人，2019年；Zhong等人，2007年），而其他研究则发现了正相关（Jylh?v?等人，2011年；Jylh?v?等人，2013年；Pinti等人，2014年；Li等人，2024年；Meddeb等人，2019年）。也有研究描述了非线性模式：非老年组的cfDNA浓度低于中年组，而在百岁老人中略有增加（Tessier等人，2025b年）。

血浆核酸酶活性是决定cfDNA持续存在和片段组成的另一个因素。人类基因组编码了几种DNA切割酶，包括DFFB、DNASE1、DNASE1L1、DNASE1L2和DNASE1L3。DNASE1和DNASE1L3是参与血浆cfDNA降解的主要细胞外核酸酶（Han和Lo，2021年）。改变的核酸酶活性与多种病理状态有关。动脉瘤蛛网膜下腔出血后早期的DNase I活性降低与脑缺血延迟有关（Hendrix等人，2024年），而DNase I和DNASE1L3可以通过中性粒细胞的细胞外陷阱限制血管阻塞（Jiménez-Alcázar等人，2017年）。DNase I活性也被评估作为心血管疾病的生物标志物（Babu等人，2025年），而cfDNA与DNase的比率与心脏骤停后的结果相关（Rezar等人，2022年；Ondracek等人，2020年）。DNase I还可能防止与年龄相关的凝血酶生成和静脉血栓形成（Kumar等人，2022年）。

据我们所知，尚未对如此广泛的人类年龄范围的cfDNA浓度、cfDNA氧化和血浆核酸酶活性进行联合分析。因此，我们对7–95岁的社区居住者的血浆cfDNA浓度、cfDNA 8-oxodG含量和血浆核酸酶活性进行了年龄分层横断面分析。

部分内容

参与者：纳入和排除标准

本研究包括418名来自莫斯科及其周边地区的7–95岁的居民。血浆样本来自俄罗斯莫斯科Petrovsky国家外科研究中心的衰老与健康长寿医学生物学研究所及预测医学诊所的样本库。样本储存在-80°C。各年龄组的临床和人口统计特征见表1和图1A。

参与者为社区居住者，没有严重的残疾。

结果

样本包括418名参与者（216名男性和202名女性），年龄在7–95岁之间，没有急性或致残的慢性疾病或认知障碍的迹象（表1，图1A）。参与者被分为五个年龄组：I组（7–20岁），II组（21–40岁），III组（41–60岁），IV组（61–80岁）和V组（81–95岁）。所有418名参与者的cfDNA浓度和血浆核酸酶活性均进行了测量。333名参与者（167名男性和166名女性）的cfDNA 8-oxodG含量也进行了测量。

讨论

本研究共同表征了广泛人类年龄范围内的血浆cfDNA浓度、cfDNA氧化和血浆核酸酶活性。主要趋势是非单调的：cfDNA浓度和核酸酶活性从儿童期到61–80岁期间增加，而最年长的组别显示出较低的cfDNA浓度、较高的核酸酶活性以及更狭窄的分布。相比之下，cfDNA 8-oxodG含量持续增加，在V组中最高。cfDNA与DNA的比例以及探索性指标……

结论

在7–95岁的年龄范围内，cfDNA的丰度、氧化和血浆核酸酶活性以协调但非单调的方式变化。cfDNA浓度和核酸酶活性在61–80岁期间增加，而最年长的组别显示出明显非单调的模式（分布更狭窄，考虑到V组规模较小且不均匀，即n=40，而其他组为75–123；表1）；cfDNA氧化继续增加。这些观察结果表明细胞外……

伦理声明

所有参与者或其法定代表均已书面同意参与研究并发表文章。参与者的隐私权得到了尊重。

本研究包括器官或组织捐赠者。本研究使用了人类生物材料，捐赠者或其亲属或法定代表已同意将这些材料用于本研究及文章的发表。本研究中使用的样本并非来自已故个体。

资助

本研究得到了俄罗斯联邦教育和科学部的支持，资助方为Petrovsky国家外科研究中心、衰老与健康长寿医学生物学研究所及预测医学诊所（国家注册编号125090910141-5；FURG-2025-0056）。

CRediT作者贡献声明

Alexey Moskalev： 文章撰写——审阅与编辑，监督，概念构思。Elizaveta Ershova： 文章撰写——初稿，研究。Pavel Umriukhin： 数据管理。Julia Chudakova： 数据管理。Roman Veiko： 数据管理。Tatiana Salimova： 研究。Nataly Veiko： 文章撰写——初稿。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备这项工作时，作者使用了Claude（Anthropic）工具来帮助生成图1、图2、图3、图4的数据可视化并选择颜色方案。使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

Elizaveta Ershova|Pavel Umriukhin|Julia Chudakova|Roman Veiko|Tatiana Salimova|Nataly Veiko|Alexey Moskalev