《Aging Cell》：Metabolic Profiling of Epigenetic Aging and Its Associations With Aging-Related Phenotypes and Modifiable Lifestyle Factors
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研究人员对表观遗传衰老生物标志物（epigenetic aging biomarkers）的代谢基础进行了表征，这些标志物是生物衰老（biological aging）的公认标志，但其代谢机制仍很大程度上未知。在此，研究人员在来自两个队列（主要队列和验证队列）
研究人员对表观遗传衰老生物标志物（epigenetic aging biomarkers）的代谢基础进行了表征，这些标志物是生物衰老（biological aging）的公认标志，但其代谢机制仍很大程度上未知。在此，研究人员在来自两个队列（主要队列和验证队列）的7162名中国老年人中，描述了与五种表观遗传衰老生物标志物（HorvathAge、HannumAge、DNAmPhenoAge、DunedinPACE和DNAmTL）相关的代谢特征，并检查了其临床相关性和潜在决定因素。研究人员观察到这些表观遗传衰老生物标志物之间既有共享的代谢关联，也有独特的代谢关联。使用弹性网络回归（elastic net regression）推导了表观遗传衰老生物标志物的代谢特征，这些特征与相应的表观遗传衰老生物标志物呈中等相关性（内部测试集r = 0.21–0.36, p < 0.05），外部复制进一步验证了DNAmPhenoAge、DunedinPACE和DNAmTL的代谢特征（r = 0.18–0.29, p < 0.05）。这五种表观遗传年龄加速（epigenetic age acceleration, EAA）的代谢特征与衰老相关表型（包括更高的疾病风险、更差的健康状况和不良临床指标）存在279个显著关联。胆结石、慢性肾病和肝炎，以及肾脏、肝脏和代谢相关的临床指标，与多个EAA代谢特征一致关联。吸烟状态、饮酒、体重指数（body mass index, BMI）和体力活动被确定为与EAA代谢特征相关的可改变生活方式因素，其中BMI显示出最一致的关联。DunedinPACE和DNAmPhenoAA的代谢特征在主要队列和验证队列中均显示出与衰老相关表型和可改变生活方式因素最广泛的关联。这些发现为表观遗传衰老生物标志物的代谢相关性提供了新的见解，并强调了基于代谢组学（metabolomics）的表观遗传衰老指标作为生理衰退和生活方式影响的信息性指标的潜力。
论文解读文章
**研究背景与问题**
衰老（aging）是一个复杂的生物学过程，以分子和细胞损伤的逐渐积累为特征，导致功能衰退和疾病风险增加。个体间衰老的异质性促使研究人员开发能够反映生物年龄（biological age）而非仅实际年龄（chronological age）的指标。其中，表观遗传衰老生物标志物（epigenetic aging biomarkers）通过整合DNA甲基化（DNA methylation）在胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤位点（cytosine-phosphate-guanine, CpG）的数据来预测实际年龄和/或与年龄相关的结果，已成为有前景的工具。目前已开发出多代表观遗传时钟，包括预测实际年龄的第一代时钟（如HorvathAge和HannumAge）、预测发病率和死亡率的第二代时钟（如DNA甲基化表型年龄，DNAmPhenoAge）以及估算衰老速度的第三代时钟（如DunedinPACE）。此外，基于DNA甲基化的端粒长度（DNA methylation-based telomere length, DNAmTL）被用作白细胞端粒长度的代理指标，提供细胞衰老和复制能力的额外表观遗传学见解。尽管这些互补的表观遗传衰老生物标志物侧重点不同，但它们已被广泛与不良健康结果相关联，并共同提供了生物衰老的多维视角。
然而，表观遗传衰老生物标志物所捕获的DNA甲基化模式与更广泛的生物学和生理学过程（包括衰老的功能方面）之间的关联仍不完全清楚。代谢组学（metabolomics）通过量化小分子代谢物（small-molecule metabolites），这些代谢物代表复杂调控网络的产物，提供了一个有价值的分析工具。代谢组能够敏感地反映基因表达、蛋白质翻译和环境暴露的细微变化，从而阐明与表观遗传衰老生物标志物相关的生物学过程，并提供生理状态的功能快照。因此，识别与表观遗传衰老生物标志物相关的代谢组谱可能增强这些生物标志物的生物学可解释性。此外，由于代谢物的动态性和潜在可修饰性，它们可能提供更灵敏、更易获得的短期生理变化的分子读数。尽管已有一些代谢物（特别是脂质、氨基酸和能量代谢中间产物）与衰老相关，但探索表观遗传衰老生物标志物代谢组学相关性的研究相对较少。此外，不同表观遗传衰老生物标志物可能捕获生物衰老的不同方面，但每种标志物背后的具体代谢机制在很大程度上仍未阐明。
**研究目的与意义**
研究人员利用来自华西健康与衰老队列（West China Health and Aging Cohort, WCHAC）和华西骨骼健康队列（West China Bone Health Cohort, WCBHC）的7162名中国老年人数据，旨在表征五种表观遗传衰老生物标志物的代谢特征，并检查这些代谢特征的临床相关性和潜在决定因素。该研究揭示了表观遗传衰老生物标志物的代谢基础，发现DunedinPACE和DNAmPhenoAge的代谢特征与广泛的衰老相关表型和可改变生活方式因素具有最一致的关联，强调了基于代谢组学的表观遗传衰老指标作为评估生理衰退和生活方式影响的潜力。该论文发表在《Aging Cell》。
**主要关键技术方法**
研究人员主要采用以下关键技术方法：1）基于WCHAC（招募10626名社区居住老年人，基线数据）和WCBHC（招募1388名个体）两个队列，进行横断面研究设计。2）使用Infinium甲基化筛选阵列（Illumina公司）进行DNA甲基化谱分析，计算HorvathAge、HannumAge、DNAmPhenoAge、DunedinPACE和DNAmTL五种生物标志物，并计算表观遗传年龄加速（epigenetic age acceleration, EAA）作为残差（DunedinPACE除外）。3）采用超高效液相色谱-串联质谱法（UPLC-MS/MS，Waters公司）进行靶向定量代谢组学，量化221种血浆代谢物，涵盖氨基酸、胆汁酸、碳水化合物、肉碱、脂肪酸等多个类别。4）使用弹性网络惩罚线性回归（Elastic Net regression, alpha=0.5）鉴定代谢特征，基于候选代谢物（与表观遗传衰老生物标志物名义显著关联的代谢物，p<0.05）。5）使用线性回归和逻辑回归模型评估代谢特征与衰老相关表型及可改变生活方式因素的关联，并调整多个协变量，采用Benjamini-Hochberg错误发现率（FDR）校正。6）在WCBHC中进行外部复制验证。
**研究结果**
**3.1 中国老年人中表观遗传衰老生物标志物的验证**
在778名参与者（中位年龄67岁）中，所有表观遗传衰老生物标志物均与实际年龄显著相关（|r|=0.12–0.46, pFDR<0.05），且生物标志物之间存在显著相互相关（|r|=0.21–0.59）。经FDR校正后，表观遗传年龄加速（EAA）与衰老相关表型共发现44个显著关联，其中DunedinPACE关联最广泛（n=20），包括糖尿病、慢步速以及免疫、代谢、肝脏和身体组成相关临床指标；DNAmPhenoAA与16个关联相关（包括糖尿病、中风等）。吸烟和超重/肥胖与更快的DunedinPACE显著相关（pFDR<0.05）。
**3.2 表观遗传衰老生物标志物的代谢组范围关联**
Spearman相关分析显示，与表观遗传衰老生物标志物相关的代谢物主要来自氨基酸、胆汁酸、碳水化合物、肉碱、脂肪酸和有机酸及其衍生物。经调整后，92个代谢物与至少一种表观遗传衰老生物标志物名义显著相关（p<0.05），其中13个经FDR校正后仍显著。例如，DunedinPACE与L-丝氨酸、甘氨酸、肉豆蔻油酸、棕榈油酸和甘氨鹅去氧胆酸3-硫酸盐显著相关。代谢物集富集分析识别出与能量代谢、抗氧化、炎症、神经功能和免疫调节相关的通路，其中戊糖和葡萄糖醛酸互变途径是DNAmPhenoAge、DunedinPACE和DNAmTL的共同富集通路。
**3.3 表观遗传衰老生物标志物的代谢谱**
弹性网络回归为至少一种表观遗传衰老生物标志物选择了70个非零系数代谢物。例如，D-木糖、甘氨石胆酸和熊去氧胆酸被四种生物标志物共同选择，表明碳水化合物和胆汁酸代谢的重叠信号。每种生物标志物也呈现独特代谢特征：HorvathAge与支链氨基酸（branched-chain amino acids, BCAA）相关；HannumAge与芳香族化合物相关；DNAmPhenoAge与鸟氨酸和呋喃化合物相关；DunedinPACE覆盖最广泛的代谢物，包括脂肪酸、碳水化合物衍生物和神经递质前体（如L-色氨酸）；DNAmTL与细胞能量代谢相关代谢物（如肌酸）相关。代谢特征与相应表观遗传衰老生物标志物在训练集（r=0.33–0.45）和测试集（r=0.21–0.36）中均显著相关。
**3.4 与衰老相关表型和可改变因素的关联**
在5439名参与者中，EAA代谢特征与衰老相关表型共发现279个经FDR校正后显著的关联。DunedinPACE代谢特征关联最多（n=68），其次为DNAmPhenoAA代谢特征（n=64）。所有代谢特征与肾脏、肝脏和代谢相关临床指标表现出最强的关联，且胆结石、慢性肾病和肝炎与多个代谢特征一致关联。对于可改变生活方式因素，15个关联经FDR校正后显著。DunedinPACE和DNAmPhenoAA的代谢特征与当前吸烟、每周饮酒、异常BMI（肥胖或体重不足）正相关，与高水平体力活动负相关。BMI是所有代谢特征中最一致关联的因素。
**3.5 外部复制**
在200名WCBHC参与者中，复制了7个方向一致的代谢物（如DunedinPACE的L-丝氨酸、α-乳糖、D-葡萄糖）。DNAmPhenoAge、DunedinPACE和DNAmTL的代谢特征与相应生物标志物显著相关（r=0.18–0.29, p<0.05），但HorvathAge和HannumAge的代谢特征未复制。在945名WCBHC参与者中，EAA代谢特征与衰老相关表型共发现49个显著关联，DunedinPACE代谢特征关联最多（n=16）。吸烟和BMI与DunedinPACE代谢特征的关联得到复制。
**总结与讨论**
本研究系统表征了五种表观遗传衰老生物标志物的代谢基础，并验证了其代谢特征的临床相关性。研究人员发现，碳水化合物代谢、胆汁酸代谢、支链氨基酸代谢以及甘氨酸/丝氨酸代谢是核心代谢通路，其中DunedinPACE展现出最广泛的代谢关联。代谢特征与肾脏、肝脏和代谢功能相关临床指标的一致性关联，可能反映了这些器官系统在衰老相关功能衰退中的核心作用及与循环代谢物的紧密联系。可改变生活方式因素（吸烟、饮酒、BMI、体力活动）与代谢特征的关联，特别是BMI作为最一致因素，强调了维持正常体重的重要性。DunedinPACE和DNAmPhenoAge的代谢特征在反映生理衰退和生活方式影响方面表现出最强的潜力，这可能源于其设计差异（更关注衰老相关结果和纵向变化）。研究还注意到，在相同人群中，EAA代谢特征比EAA本身识别出更多关联，提示代谢物作为动态分子可提供更贴近表型相关变化的基因-环境交互读取。
**研究结论**
研究人员的工作确定了一组与表观遗传衰老生物标志物相关的代谢物，这些整合的代谢特征，特别是DunedinPACE和DNAmPhenoAA的代谢特征，与不良健康结果和关键生活方式决定因素存在广泛关联。这些发现强调了基于代谢组学的表观遗传衰老指标作为评估衰老相关生理衰退和基于生活方式干预促进健康衰老的指标的潜力。
