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769近日,哈佛醫(yī)學(xué)院 Blavatnik 學(xué)院遺傳學(xué)教授 David Sinclair 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組使用機器學(xué)習(xí)算法開發(fā)了兩個時鐘,即 FRIGHT 時鐘和 AFRAID 時鐘,成功在老年小鼠中預(yù)測其生理年齡和實際壽命。
該研究于 9 月 15 日發(fā)表在 Nature Communications《自然通訊》雜志中。
David Sinclair 表示,這項研究首次在小鼠中追蹤其虛弱指數(shù)(FI),從而實現(xiàn)預(yù)測小鼠的剩余壽命,這樣就可以快速評估延長壽命的干預(yù)措施的有效性,并期望有朝一日能用于人類。
研究人員補充道,由于FI評分也適用于人類,因此開發(fā)一個人類預(yù)期壽命時鐘并不難。只不過目前還沒有一個大型數(shù)據(jù)集,可以追蹤 60 多歲到 90 多歲的人,以及死亡率隨訪數(shù)據(jù)。該研究團隊目前也在朝著這個最終目標繼續(xù)努力。
準確評估衰老程度
要知道,人們的生理年齡和實際年齡往往不相符。事實上,每個人衰老的速度并不一致。所以,與實際年齡相比,生理年齡更能準確反映每個人的衰老。
那么,如何準確測量人們的生理年齡以評估衰老程度呢?
先前已有許多方法測量生理年齡,如握力或步態(tài),評估免疫系統(tǒng),端粒長度,糖基化終產(chǎn)物,細胞衰老的程度和 DNA 甲基化時鐘。其中 DNA 甲基化時鐘已經(jīng)用于測試老鼠生理年齡。然而,由于其昂貴,耗時且需要抽取血液或組織,因而無法達到重復(fù)測量的目的。
因此,找到一種更便宜或更不具侵入性的方法來測試步態(tài)等生理信號的分子基礎(chǔ),將有助于人類更早、更準確地預(yù)測和干預(yù)健康和壽命。
研究人員發(fā)現(xiàn),虛弱指數(shù)(FI)評分優(yōu)于以上測量方法,因而可作為研究人類死亡率的強大預(yù)測指標。
FIs 可對多達 70 項與健康有關(guān)的情況進行量化,包括實驗室檢測結(jié)果、癥狀、疾病和日常生活活動等。最終得分為 0-1 分,得分越高,則越虛弱。
為了識別小鼠壽命,David Sinclair 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組對 60 只老年小鼠進行了一年多追蹤調(diào)查,直到小鼠自然死亡。
然后,他們訓(xùn)練了兩個機器模型從小鼠數(shù)據(jù)中進行學(xué)習(xí)。根據(jù) FIs 評分,研究人員使用機器學(xué)習(xí)算法開發(fā)了兩個時鐘,即 FRIGHT 時鐘和 AFRAID 時鐘。
其中 FRIGHT 時鐘是根據(jù)老鼠的虛弱狀態(tài)來判斷其生理年齡,而 AFRAID 時鐘可提前一年預(yù)測小鼠壽命,這兩個時鐘預(yù)測可準確到 2 個月內(nèi)。
預(yù)測預(yù)期壽命
隨后,研究人員進一步識別這兩個時鐘能否作為研究衰老的早期生物標記物。他們對一項研究進行了分析,該研究使用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)抑制劑依那普利用于21只雄性小鼠。
結(jié)果顯示 FRIGHT 時鐘顯示使用依那普利處理的小鼠,其生理年齡較未使用依那普利處理小鼠少一個月。而 AFRAID 時鐘壽命預(yù)測則沒有發(fā)現(xiàn)這種改變。既往研究證實依那普利可改善小鼠健康,對其壽命則無影響。
此外,限制甲硫氨酸飲食被認為是延長小鼠壽命的干預(yù)措施。研究人員使用 FRIGHT 時鐘發(fā)現(xiàn) 13 只老年小鼠進行限制甲硫氨酸飲食后其生理年齡較對照組小 0．7 個月,而使用 AFRAID 時鐘發(fā)現(xiàn)實驗組中小鼠壽命長 1．3 個月。
因此,這說明 FRIGHT 時鐘和 AFRAID 時鐘對延長壽命和健康的干預(yù)措施有反應(yīng)。
研究人員還發(fā)現(xiàn),衰弱的一些指標比其他指標更能預(yù)測生理年齡和壽命。例如,聽力損失和顫抖,因此,作者建議在計算生理年齡時給予某些因素更多的權(quán)重。
“衰老帶來的許多方面都很可怕,我們想要找到方法來預(yù)防或逆轉(zhuǎn)衰老,讓年輕停留更長時間。”本研究論文的第一作者,哈佛醫(yī)學(xué)院衰老生物學(xué)研究中心 Michael B． Schultz 表示。
研究人員表示,小鼠和人有著很大的不同,而這兩個時鐘還不能用來預(yù)測人類健康、生理年齡或壽命。人類的健康和疾病有更復(fù)雜的生物、生理、行為、環(huán)境和社會影響。但是,通過結(jié)合分子標記和現(xiàn)有的生理標記,該模型也將得到加強。目前,該實驗室正把研究范圍擴大到其它動物包括人類身上。
