这项研究的一个关键观察结果是，细胞中特定细胞类型的衰老模式可以用来衡量生物年龄，即生物体的相对衰老状态，与实际年龄无关。
图片来自于论文
随着身体年龄的增长，器官功能逐渐下降，包括心血管疾病、癌症和神经退行性疾病在内的各种疾病的风险也在增加。了解身体如何衰老是一个备受关注的研究领域，因为它有可能阐明促进健康衰老的方法。
贝勒医学院、旧金山生物中心、基因泰克公司(Genentech, Inc.)等处的研究人员正在朝着这个方向开辟道路。他们在《科学》杂志上发表了第一份果蝇衰老细胞图谱(AFCA)，详细描述了实验室果蝇中163种不同细胞类型的衰老过程。他们的深入分析表明，身体中不同类型的细胞年龄不同，每种细胞类型都遵循一个涉及细胞类型特异性模式的过程。AFCA为果蝇和衰老群体的研究人员提供了宝贵的资源，可作为研究衰老和衰老相关疾病以及评估抗衰老策略成功与否的参考。
贝勒大学分子与人类遗传学助理教授、共同通讯作者Hongjie Li博士说:“研究表明，例如，大脑中的神经元等细胞比肠道内壁细胞寿命更长，肠道内壁细胞经常被新细胞取代。我们的团队对更好地了解不同细胞类型的衰老方式感兴趣，为此，我们详细分析了果蝇在实验室中自然衰老时个体细胞类型的几种生物学特征。果蝇是一个众所周知的研究人类状况的模型。大约75%与人类疾病相关的基因在果蝇中有类似的功能对应物。”
斯坦福大学Stephen Quake博士说，新的图谱为科学家更好地了解衰老生物学提供了一个强大的、开放获取的资源。“通过高效的合作，我们的团队绘制了一张非常详细的图谱，揭示了果蝇多种细胞类型的基因表达如何随着年龄的增长而变化，由于这些基因中的大多数在人类中具有相似的作用，因此该数据集提供了一个独特的优势，可以开始破译为什么许多严重的人类疾病会在晚年出现。”
随着果蝇年龄的增长，研究人员在它们30、50和70天(后者相当于80岁的人)时采集样本。在每个时间点，研究小组进行了单核RNA测序，分析了不同器官中单个细胞的基因表达变化，并将结果与幼蝇(5天大)的结果进行了比较。研究小组检查了四种不同的衰老特征：细胞组成的变化、差异表达基因的数量、表达基因数量的变化和细胞身份的下降。他们发现，随着果蝇年龄的增长，这些特征会根据细胞类型的特定模式作为一个群体发生变化。
Li说，“我们发现衰老会影响整个果蝇的细胞组成，”脂肪体细胞是数量增加最多的细胞类型之一，而肌肉细胞则减少最多。然而，在果蝇的一生中，神经元的细胞数量并没有发生重大变化。“此外，对不同细胞类型表达的基因的分析显示，脂肪细胞在年轻果蝇和年老果蝇中表达的基因数量差异最大”。
研究人员还发现，在所有被分析的细胞类型中，约80%的基因表达数量减少，20%的基因表达数量增加。“我们计划在未来研究这一观察结果的机制，”文章一作Tzu-Chiao Lu博士说。
研究小组还研究了定义细胞身份的细胞基因表达程序是否会随着动物年龄的增长而改变。“例如，与年轻果蝇的飞行肌肉身份标记Nig1相比，老年果蝇的标记急剧减少，而随着果蝇年龄的增长，其他标记开始出现，”Li说。
“我们已经了解到，我们研究的四种衰老特征中的每一种都测量了细胞的不同方面，并且没有一种特征适用于所有细胞类型，结合所有衰老特征，我们发现了独特的细胞类型特异性衰老模式，并将它们进行比较，揭示了有用和有趣的发现。例如，大脑中的神经元衰老缓慢，而肌肉、脂肪和肝细胞衰老得更快。此外，细胞类型的特定衰老模式可能因性别而异。”
“这项研究的一个关键观察结果是，细胞中特定细胞类型的衰老模式可以用来衡量生物年龄，即生物体的相对衰老状态，与实际年龄无关。这将为我们进一步了解饮食、药物和疾病等因素，这些因素可能会改变衰老轨迹，从而使生物体比实际年龄‘年轻’或‘老’，”基因泰克的首席研究员Heinrich Jasper博士说。
Li说:“我们希望研究人员能够探索AFAC为各种科学领域提供的可能性，包括遗传学、细胞生物学和生理学。”该团队开发了一个用户友好的数据门户，并通过CZI的CELLxGENE平台提供访问。所有资源都可以访问https://hongjielilab.org/afca。
参考文献
Aging Fly Cell Atlas identifies exhaustive aging features at cellular resolution
