最新研究发现DNA甲基化水平与年龄增长间的关系

从秦始皇寻找长生不老药到如今使用科学方法从机体、细胞、分子各个层面探寻衰老之谜,死亡衰老是人类经久不衰的话题,健康长寿是人类亘古不变的追求。从粉雕玉琢的孩童到鹤发鸡皮的老人,我们的细胞到底发生了怎样的变化?婴儿与老人之间存在着怎样的分子差异?这种变化是渐变还是突变?衰老的过程可否减缓甚或是逆转?这些生物学、生理学以及医学上的问题,成为多年来科学家研究的焦点。

近日,来自西班牙Bellvitge生物医学研究所(IDIBELL)、华大基因研究院等单位的研究人员为衰老研究提供了一条重要线索——新生儿和百岁老人表观遗传上存在差异,DNA甲基化水平随着年龄的增长而降低。这一研究成果于611日在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表。

在这项研究中,科研人员采用全基因组甲基化测序(WGBS),比较了一位103岁老年男性和一名新生男婴的DNA样本,从中分析了表观遗传修饰模式的差异。结果发现有1,600多万个位点发生了甲基化修饰。其中,在新生儿中大约有80%的位点发生甲基化,而百岁老人中仅有73%的位点发生甲基化,也就是说,百岁老人的DNA甲基化区域比新生儿少50多万个位点,DNA甲基化水平降低了7%。这种甲基化水平的差异出现在基因组所有区域,包括启动子,外显子区域,内含子区域以及基因间区。这表明新生儿与百岁老人之间存在着基因表达模式的差异。

在此基础上,研究人员将分析进一步扩大,延伸至更大的一群新生儿和90岁以上的老人,结果发现90岁到99岁老人的DNA甲基化水平出现了同样的减少。此外,对26岁的青年人基因组分析表明,青年人DNA甲基化水平则介于两个极端年龄之间。此项研究的所有结果给出了一个衰老模型,即表观基因组的微小变化,比如DNA甲基化状态,会随着时间推移而积累,并且导致基因表达和细胞功能更广泛的变化。文章通讯作者Manel Esteller教授及其同事期待这能成为机体衰老的一个可靠指标。

一些人能够健康长寿,而一些人很早便开始衰老,经过数十载的研究,科研人员发现遗传因素对长寿仅起了10%的作用,而环境因素则起了90%的作用。表观遗传修饰,比如胞嘧啶甲基化,正是对环境刺激做出的一种的反应。Manel Esteller教授指出:“本研究是首次从单核苷酸水平对新生儿和百岁老人的全部甲基化情况进行研究,为深入了解人类衰老、长寿及其他相关的疾病(如癌症)提供了重要的思路。”

欧洲华大基因负责人李宁博士指出:“作为一种程序化衰老机制,DNA甲基化的积累效应或许可以成为衡量生命衰老进程的关键标记。本研究进一步表明了表观遗传修饰在衰老中的关键性作用,期待日后我们能够在这种表观变化的作用机制上取得更大的研究突破。”