人工智能揭示多器官系统生物年龄差距的遗传结构及其健康影响

找药助理

978次浏览发布时间：2024-08-07 16:38:18

　　衰老是一个复杂的生物过程，受到生活方式、遗传和环境等多重因素的影响，并且会影响多个器官系统，最终可能导致慢性疾病的发展。近年来，精准医疗的推进依赖于对不同器官衰老的表型异质性的深入理解。最近发表在《自然衰老》杂志上的一项研究，通过人工智能(AI)技术，探讨了多个器官系统的生物年龄差距(BAG)的遗传结构及其与生活方式、慢性疾病和衰老的联系，为揭示这种异质性提供了新的视角。

　　研究背景与方法

　　生物年龄差距(BAG)是指个人的AI预测年龄与实际年龄之间的差异，反映了个体在特定器官系统中的生物老化程度。这项研究旨在解决两个核心问题：哪些遗传变异影响BAG的表型异质性，以及这些遗传变异如何相互关联、与生活方式因素和慢性疾病有何因果关系。

　　研究人员利用英国生物库中超过370,000名参与者的多组学数据，结合计算基因组学和AI技术，分析了九个主要器官系统的BAG。这九个系统包括代谢、肌肉骨骼、心血管、眼、脑、免疫、肾、肝和肺系统。通过支持向量回归分析，他们利用临床和器官特异性成像数据，推导出每个系统的BAG，并在全基因组关联研究(GWAS)中将BAG拟合为表型，以识别独立的遗传信号。

　　主要发现

　　研究鉴定出393对与九个BAG相关的基因组位点对，揭示了器官特异性以及器官间的串扰现象。研究人员观察到，BAG之间的表型和遗传相关性相似，支持了Cheverud的推测，即表型相关性可能是遗传相关性的合理估计。

　　组织特异性基因表达分析验证了这些基因信号，显示出器官特异性富集现象。例如，与心血管BAG相关的基因在动脉和心脏组织中显著富集。此外，研究还揭示了BAG与生活方式因素(如体重和睡眠)以及慢性疾病(如糖尿病和阿尔茨海默病)之间的潜在因果关系。

　　生活方式与慢性疾病的关联

　　研究结果显示，生活方式因素对BAG有显著影响。例如，体重增加和睡眠不足与某些器官系统的BAG增加有关，提示这些生活方式因素可能加速特定器官的生物老化过程。另一方面，健康的生活方式，如规律的运动和均衡的饮食，可以延缓这些器官系统的衰老。

　　慢性疾病与BAG之间的关联也得到了确认。例如，糖尿病患者的代谢和心血管系统的BAG明显增加，表明这些系统在糖尿病中的老化加速。此外，阿尔茨海默病患者的脑BAG显著增加，提示脑部系统的早期衰老可能是该疾病的一个特征。

　　研究的意义与局限性

　　这项研究强调了器官系统并非孤立运作的观点，揭示了器官内的器官特异性相关性以及器官系统之间的相互联系。这种跨器官的相互联系表明，针对不同器官系统疾病的药物可以重新利用，从而提高药物开发的成功率。

　　尽管这项研究提供了重要的见解，但也存在一些局限性。首先，研究主要基于欧洲人群，结果可能不适用于其他种族群体。尽管欧洲人群与其他祖先群体之间的GWAS贝塔值存在很强的相关性，未来的研究应侧重于代表性不足的群体。此外，性别差异在某些器官系统(特别是心血管BAG)中显著，提示应在研究中更多地考虑性别因素，因为许多慢性疾病(如自闭症和阿尔茨海默病)也存在显著的性别差异。

　　未来展望

　　首席作者温俊豪博士表示：“我们对这项研究及其未来的研究途径感到非常兴奋。我们预见到从单器官到多器官方法的范式转变，从而能够更全面地模拟人类衰老和疾病。”未来的研究应进一步探索不同种族群体中的BAG，并考虑更多的环境和生活方式因素，以期揭示更全面的衰老机制。

　　总体而言，这项研究为理解多器官系统的衰老提供了新的视角，并为精准医疗的发展奠定了基础。通过深入研究BAG的遗传结构及其与生活方式和慢性疾病的关系，科学家们可以开发更有效的干预措施，延缓衰老过程，提高人类健康水平。

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