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隨著身體年齡的增長，器官功能逐漸下降，患各種疾病的風(fēng)險增加，包括心血管疾病、癌癥和神經(jīng)退行性疾病。了解身體如何衰老是一個激烈的研究領(lǐng)域，因?yàn)樗鼘⒂锌赡荜U明促進(jìn)健康衰老（healthy aging）的方法。

在一項(xiàng)新的研究中，來自美國貝勒醫(yī)學(xué)院、斯坦福大學(xué)、陳-扎克伯格生物中心和基因泰克公司（Genentech）等研究機(jī)構(gòu)的研究人員正在朝這個方向開辟了一條道路。他們報告了第一個衰老果蠅細(xì)胞圖譜（Aging Fly Cell Atlas, AFCA），這是對實(shí)驗(yàn)室果蠅中163種不同細(xì)胞類型衰老過程的詳細(xì)表征。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2023年6月16日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Aging Fly Cell Atlas identifies exhaustive aging features at cellular resolution”。

(資料圖片)

他們的深入分析顯示，果蠅身體中不同的細(xì)胞類型以不同的方式衰老，每種細(xì)胞類型都遵循一個涉及細(xì)胞類型特定模式的過程。AFCA為研究果蠅和老齡化社區(qū)的科學(xué)家們提供了寶貴的資源，作為研究衰老和年齡相關(guān)疾病以及評估抗衰老策略的成功的參考。

論文共同通訊作者、貝勒醫(yī)學(xué)院分子與人類遺傳學(xué)助理教授Hongjie Li博士說，“已有研究表明一些細(xì)胞，比如大腦中的神經(jīng)元，比腸道內(nèi)壁的細(xì)胞壽命長，而腸道內(nèi)壁的細(xì)胞經(jīng)常被新的細(xì)胞取代。我們的團(tuán)隊(duì)有興趣更好地了解不同的細(xì)胞類型如何以不同的方式衰老，為此，我們在實(shí)驗(yàn)室里詳細(xì)分析了果蠅自然衰老時不同細(xì)胞類型的多種生物學(xué)特征。果蠅是研究人類疾病的一種著名模式生物。大約75%的與人類疾病相關(guān)的基因在果蠅身上有功能相似的對應(yīng)物?！?/p>

論文共同通訊作者、斯坦福大學(xué)生物工程與應(yīng)用物理學(xué)教授Stephen Quake博士說，這種新圖譜為科學(xué)家們更好地理解衰老生物學(xué)提供了一個強(qiáng)大的、可公開獲取的資源。Quake說，“通過高度有效的合作，我們的團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個非常詳細(xì)的圖譜，說明在果蠅的各種細(xì)胞類型中，基因表達(dá)如何隨著衰老而變化。由于這些基因中的大多數(shù)在人身上有類似的作用，這個數(shù)據(jù)集提供了一個獨(dú)特的有利條件，可以開始破譯為什么許多嚴(yán)重的人類疾病會在晚年出現(xiàn)?！?/p>

隨著果蠅年齡的增加，這些作者在它們的年齡為30天、50天和70天（果蠅的70天當(dāng)于人類的80歲）時取樣。在每個時間點(diǎn)，他們都進(jìn)行了單核RNA測序，以分析不同器官中不同細(xì)胞類型的基因表達(dá)變化，并將這些結(jié)果與果蠅年輕時（年齡為5天）的結(jié)果進(jìn)行比較。他們研究了四個不同的衰老特征：細(xì)胞組成的變化，存在差異表達(dá)的基因的數(shù)量，表達(dá)基因數(shù)量的變化和細(xì)胞身份的下降。他們發(fā)現(xiàn)，隨著果蠅的衰老，這些特征根據(jù)細(xì)胞類型的特定模式作為一個群體發(fā)生變化。

Li說，“我們發(fā)現(xiàn)衰老會影響整個果蠅的細(xì)胞組成?！敝倔w細(xì)胞（fat body cell）是數(shù)量增加最多的細(xì)胞類型之一，而肌肉細(xì)胞減少最多。然而，神經(jīng)元在果蠅的一生中并沒有顯示出細(xì)胞數(shù)量的重大變化。Li說，“此外，對不同細(xì)胞類型在時間上所表達(dá)的基因的分析顯示，脂肪細(xì)胞在年輕果蠅與年老果蠅中所表達(dá)的基因數(shù)量之間顯示出最大的差異?！?/p>

這些作者還發(fā)現(xiàn)，在所有被分析的細(xì)胞類型中，大約80%的細(xì)胞表達(dá)的基因數(shù)量減少，20%的細(xì)胞表達(dá)的基因數(shù)量增加。論文共同第一作者、貝勒醫(yī)學(xué)院赫芬頓老齡研究中心博士后助理Tzu-Chiao Lu博士說，“我們計劃在未來研究這一觀察結(jié)果的機(jī)制?！?/p>

衰老果蠅細(xì)胞圖譜。圖片來自Science, 2023, doi:10.1126/science.adg0934。

這些作者還探究了確定細(xì)胞身份的細(xì)胞基因表達(dá)程序是否隨著果蠅的衰老而發(fā)生變化。Li說，“例如，與年輕果蠅的飛行?。╢light muscle）身份標(biāo)志物Nig1相比，年老果蠅的這種標(biāo)志物急劇減少，而其他標(biāo)志物則隨著果蠅年齡的增長開始出現(xiàn)?！?/p>

Li說，“我們已了解到，我們研究的四種衰老特征中的每一種都測量了細(xì)胞的不同方面，而且并且沒有一種特征適用于所有細(xì)胞類型。結(jié)合所有的衰老特征，我們發(fā)現(xiàn)了獨(dú)特的細(xì)胞類型特有的衰老模式，并通過比較發(fā)現(xiàn)了有用和有趣的發(fā)現(xiàn)。例如，大腦中的神經(jīng)元衰老緩慢，而肌肉細(xì)胞、脂肪細(xì)胞和肝細(xì)胞則衰老得更快。另外，細(xì)胞類型的特定衰老模式可能因性別而異。”

論文共同通訊作者、基因泰克公司首席研究員Heinrich Jasper博士說，“這項(xiàng)研究的一個關(guān)鍵觀察點(diǎn)是，細(xì)胞中的細(xì)胞類型特定衰老模式可以用來衡量生物年齡，也就是一種生物的相對衰老狀態(tài)，與它的實(shí)足年齡無關(guān)。這將提供對諸如飲食、藥物和疾病之類的多種因素的進(jìn)一步了解，這些因素可能會改變衰老軌跡，從而使一種生物比它的實(shí)足年齡更‘年輕’或更‘年長’。”

Li說，“我們希望科學(xué)家們將探索AFAC為多種科學(xué)領(lǐng)域提供的可能性，包括遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和生理學(xué)?！痹搱F(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個用戶友好的數(shù)據(jù)門戶，并通過陳-扎克伯格生物中心的CELLxGENE平臺提供訪問。所有的資源都可以網(wǎng)址https://hongjielilab.org/afca訪問。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

1. Tzu-Chiao Lu et al. Aging Fly Cell Atlas identifies exhaustive aging features at cellular resolution. Science, 2023, doi:10.1126/science.adg0934.

2. Aging Fly Cell Atlas reveals how different cell types in the body age at different paceshttps://medicalxpress.com/news/2023-06-aging-fly-cell-atlas-reveals.html

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