Lão hóa biểu sinh và đồng hồ lão hóa

Lão hóa biểu sinh đề cập đến những thay đổi có hệ thống trong hệ gen biểu sinh — nổi bật nhất là trong các mô hình methyl hóa DNA — đi kèm với quá trình lão hóa theo thời gian. Đồng hồ lão hóa biểu sinh biến những thay đổi này thành một ước tính định lượng về tuổi sinh học, sử dụng mức độ methyl hóa tại các vị trí được chọn để dự đoán tuổi và, trong một số trường hợp, để đánh dấu sự lão hóa nhanh hơn so với tuổi theo lịch.

Definition

Đồng hồ lão hóa biểu sinh là một mô hình thống kê ước tính tuổi sinh học từ mức độ methyl hóa DNA tại một tập hợp các vị trí CpG được xác định; sự khác biệt giữa tuổi dự đoán (biểu sinh) và tuổi theo thời gian — sự tăng tốc tuổi biểu sinh — được nghiên cứu như một dấu ấn ứng cử viên của lão hóa sinh học và nguy cơ sức khỏe.

Scope

Mục này bao gồm cách methyl hóa thay đổi theo tuổi, cách xây dựng và diễn giải đồng hồ đa vị trí, sự khác biệt giữa các yếu tố dự đoán tuổi theo thời gian và các dấu ấn sinh học định hướng tử vong, và vị trí của sự thay đổi biểu sinh trong các đặc điểm chung của lão hóa. Đây là một tài liệu tham khảo khoa học và không phải là cơ sở để đánh giá sức khỏe cá nhân hoặc các tuyên bố chống lão hóa.

Core questions

• Methylome thay đổi có hệ thống như thế nào theo tuổi?
• Đồng hồ biểu sinh được xây dựng và xác nhận trên các mô như thế nào?
• Sự tăng tốc tuổi biểu sinh dự đoán điều gì và độ tin cậy như thế nào?
• Lão hóa biểu sinh là nguyên nhân, hậu quả hay mối tương quan của lão hóa?

Key concepts

• Tuổi methyl hóa DNA (tuổi DNAm)
• Tăng tốc tuổi biểu sinh
• Đồng hồ đa mô so với đồng hồ đơn mô
• Đồng hồ thế hệ thứ nhất so với đồng hồ dựa trên tỷ lệ tử vong
• Thay đổi biểu sinh như một đặc điểm của lão hóa
• Lựa chọn vị trí CpG bằng hồi quy có phạt

Mechanisms

Theo tuổi tác, methylome trải qua những thay đổi đặc trưng — giảm methyl hóa toàn cầu cùng với tăng methyl hóa cục bộ tại các vị trí CpG cụ thể — và những thay đổi biểu sinh này được công nhận là một trong những đặc điểm của lão hóa (López-Otín et al., 2013). Đồng hồ lão hóa khai thác sự đều đặn này bằng cách chọn các vị trí CpG có mức độ methyl hóa theo dõi tuổi theo thời gian và kết hợp chúng với hồi quy có phạt để tạo thành một yếu tố dự đoán tuổi. Đồng hồ đa mô của Horvath (2013) ước tính tuổi trên nhiều loại mô từ 353 CpG, trong khi đồng hồ của Hannum et al. (2013) được phát triển trong máu; các đồng hồ 'thế hệ thứ hai' sau này được huấn luyện dựa trên kết quả tử vong và sức khỏe chứ không chỉ riêng tuổi theo thời gian (Horvath & Raj, 2018). Các yếu tố sinh học liên kết những dấu hiệu này với quá trình lão hóa vẫn đang được nghiên cứu.

Clinical relevance

Đồng hồ biểu sinh là công cụ nghiên cứu để tìm hiểu về lão hóa sinh học và sức khỏe cộng đồng, và sự tăng tốc tuổi biểu sinh đã được liên kết với các kết quả sức khỏe trong các nghiên cứu quan sát. Mục này mô tả khoa học; nó không xác nhận việc xét nghiệm tuổi biểu sinh cho chẩn đoán, tiên lượng cá nhân hoặc can thiệp chống lão hóa.

Epidemiology

Đồng hồ biểu sinh đã được áp dụng trên các đoàn hệ lớn, nơi sự tăng tốc tuổi biểu sinh cho thấy mối liên hệ với tỷ lệ tử vong, bệnh liên quan đến tuổi và các yếu tố phơi nhiễm như hút thuốc và béo phì, mặc dù kích thước hiệu ứng và tiện ích lâm sàng khác nhau tùy theo đồng hồ và quần thể (Horvath & Raj, 2018). Các ước tính phụ thuộc vào mô, nền tảng mảng và kết quả mà đồng hồ được huấn luyện.

History

Những thay đổi methyl hóa liên quan đến tuổi đã được quan sát trước khi đồng hồ tồn tại, nhưng dự đoán định lượng đã xuất hiện vào năm 2013 với hai mô hình mang tính bước ngoặt: đồng hồ dựa trên máu của Hannum và các đồng nghiệp và đồng hồ đa mô của Horvath (Hannum et al., 2013; Horvath, 2013). Việc định hình sự thay đổi biểu sinh như một đặc điểm của lão hóa (López-Otín et al., 2013) đã tạo ra bối cảnh khái niệm, và bài đánh giá 'lý thuyết đồng hồ biểu sinh về lão hóa' sau đó đã củng cố lĩnh vực này (Horvath & Raj, 2018).

Debates

Tuổi biểu sinh đo lường chính quá trình lão hóa hay chỉ tương quan với nó?

Đồng hồ dự đoán tuổi theo thời gian một cách chính xác và sự tăng tốc tuổi liên quan đến các kết quả, nhưng liệu những thay đổi methyl hóa cơ bản có thúc đẩy quá trình lão hóa, ghi lại nó một cách thụ động hay phản ánh sự thay đổi thành phần tế bào vẫn chưa được giải quyết và hạn chế việc diễn giải nguyên nhân.

Key figures

• Steve Horvath
• Gregory Hannum
• Kang Zhang
• Kenneth Raj
• Carlos López-Otín

Seminal works

• hannum-2013
• horvath-2013
• horvath-raj-2018

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa tuổi biểu sinh và tuổi theo thời gian là gì?

Tuổi theo thời gian là thời gian kể từ khi sinh, trong khi tuổi biểu sinh là ước tính tuổi sinh học bắt nguồn từ các mô hình methyl hóa DNA; khi tuổi biểu sinh vượt quá tuổi theo thời gian, điều này được gọi là tăng tốc tuổi biểu sinh và được nghiên cứu như một dấu ấn có thể của quá trình lão hóa sinh học nhanh hơn.

Đồng hồ biểu sinh có thể cho biết một người sẽ sống được bao lâu không?

Không. Đồng hồ biểu sinh mô tả các mối liên hệ ở cấp độ quần thể giữa sự tăng tốc tuổi và các kết quả như nguy cơ tử vong; chúng là công cụ nghiên cứu và không dự đoán tuổi thọ của một cá nhân hoặc hướng dẫn các quyết định sức khỏe cá nhân.