壽命能推算嗎？加州大學科學家提出「預測方法」

記者 袁一雪

從古至今，從國內到國外，從煉丹術到現代科學，長生不老似乎一直是人類樂此不疲的追求。

但若要延緩衰老，首先要弄清是什麼造成了衰老。近日，加州大學洛杉磯分校（UCLA）生物統計學家斯蒂夫·霍瓦特（Steve Horvath）發現了一種預測一個人生命周期的方法：基於300~500個DNA甲基化標記，比較一個人的身體與他的實際年齡，再觀察是在異常快速地衰老，還是異常緩慢地衰老，進而推斷他的生命時間。

基因上的衰老密碼

其實，幾十年前霍瓦特的研究團隊就開始了這項實驗，收集來自美國和歐洲超過13000人血液樣本中的DNA。然後，研究人員通過多種分子生物學方法，包括霍瓦特在2013年開發的表觀遺傳學時鐘（epigenetic clock）方法，測量了每個人的衰老速率。

表觀遺傳時鐘是依照人體組織或體液的DNA甲基化修飾改變作為預測衰老的生物標誌物。這種方法可以通過追蹤DNA甲基化的改變計算血液和其他組織的衰老。在對比實際年齡與血液的生物學年齡之後，研究人員表示，這一方法可以預測每個人的預期壽命。

兩年前，來自英國劍橋Babraham研究所和歐洲生物信息學研究所的研究人員也確定了一種小鼠表觀遺傳時鐘。研究人員根據小鼠基因組中329個位點的甲基化變化預測小鼠的年齡，其精確度控制在3.3周。基於這種精確度，再考慮到人類平均壽命是85年，而老鼠的平均壽命為3年。可以看出老鼠的表觀遺傳時鐘精確度優於5％。該結果發表在2017年《基因組生物學》（GenomeBiology）上。

「小鼠表觀遺傳衰老時鐘是令人興奮的，因為這種表觀遺傳時鐘可能代表哺乳動物衰老的基本特徵。如果可以鑒定人類表觀遺傳老化時鐘，將是老齡化領域的一個重大突破。」揚州大學表觀遺傳學及表觀基因組學研究所所長、教授崔恆宓在接受《中國科學報》記者採訪時解釋說。

但崔恆宓同時強調：「根據以上研究結果表明，利用表觀遺傳時鐘預測衰老和壽命是可能的，但現在時機尚不成熟，有待於進一步深入研究。」

表觀遺傳學與衰老

想要弄清表觀遺傳與衰老的直接關係，首先要理解表觀遺傳學的概念。它最早由生物學家Waddington在《現代遺傳學導論》一書中提出。1996年，美國科學家James G Herman 和Stephen B Baylin 發明甲基化特異性檢測技術（MSP），並通過該技術發現腫瘤細胞中抑癌基因啟動子區CpG呈高甲基化狀態。這使得科學家開始意識到DNA甲基化這種表觀遺傳信息在人類健康中的重要性。

總的來說，表觀遺傳學是指在基因核苷酸序列不發生改變的情況下，基因表達的可繼承變化。即一個生物體或細胞的性狀或特徵，是特定的基因型與環境相互作用的結果，即使不改變DNA序列本身，也能改變基因的活性。表觀遺傳的主要功能是通過DNA甲基化、組蛋白修飾等調控基因的時空表達。表觀遺傳的現象很多，如基因組印記、母體效應、X染色體失活等。

「表觀遺傳其實有點像玻璃球跳棋中，棋盤上限制棋子移動並固定其位置的小圓坑。」中科院生物物理研究所研究員朱冰對《中國科學報》記者舉了個生動的例子。表觀遺傳體系的存在使得多細胞生物能夠實現細胞的分化，從而產生具有同一個基因組的成百上千種不同類型的細胞；表觀遺傳體系還限制了細胞的隨意變化，使得細胞類型能穩定在這成百上千種，而不是無限增加。這樣，人才能成為「合格的多細胞生物」。

霍瓦特提出的表觀遺傳時鐘就是一種關於DNA甲基化狀態的演算法，這種演算法能非常準確地估計年齡，這種判斷不僅僅根據細胞本身，也根據其生長環境。例如，白血球的存活周期可能只有幾天或數周，但它其中卻攜帶著捐贈者的生命特徵。而且，除了白血球，從大腦、結腸以及許多其他器官提取的DNA也一樣含有人體的生命特徵。這種判斷壽命的方法，其誤差僅在3.6年之內。另外，如果捐獻者給出特定的組織，準確性會更高，例如單獨給出唾液樣本，誤差縮小到2.7年之內；給出特定白血球，誤差則能控制在1.9年之內等。

對此研究，朱冰持保守看法：「這項研究目前還有點像先將箭射出，再在箭射中的位置畫個靶心，更多的研究尚有待完成。」他認為，儘管實驗證明了表觀基因與衰老可能存在相關性，但並不能證明兩者存在因果性。

研究衰老還需時間

要研究衰老並不是件容易的事，因為衰老作為一種複雜的生命過程，許多因素參與調節並發揮重要作用，包括遺傳因素、表觀遺傳因素和環境因素等。更重要的是，目前的研究多在動物實驗中，但是一個物種的衰老機制與另一個物種是否相同也值得商榷。

隨著表觀生命科學的發展，表觀遺傳學與衰老的關係已經成為表觀遺傳學研究的重要內容之一，「一個新的學科——《衰老表觀遺傳學》正在形成」。崔恆宓說。

現在普遍認為，除了遺傳因素對衰老起重要作用，表觀遺傳因素可能發揮的作用比想像的要大得多。表觀遺傳的改變可以導致基因表達的改變，並且可以遺傳至下一代。環境因素也會影響衰老。這包括營養缺乏、抽煙、飲酒等。現有的研究已經證實，這些環境因素可以通過影響表觀遺傳影響衰老，遺傳因素也會通過影響表觀遺傳影響衰老。

目前，崔恆宓的研究也有涉及衰老的部分。「我們正在研究幹細胞的抗衰老和衰老的表觀遺傳學機制。主要研究人間充質幹細胞乾性維持和分化，並揭示間充質幹細胞的抗衰老、抗炎症、調節免疫等的分子機制。此外，還進行了腫瘤的表觀遺傳學研究。主要是破解腫瘤發生和發展的表觀遺傳學的分子機制，并力圖發現可用於腫瘤早期診斷的分子標誌物。」崔恆宓相信隨著相關研究的深入，該學科將不斷完善。

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