隨著身體年齡的增長，器官功能逐漸下降，包括心血管疾病、癌癥和神經(jīng)退行性疾病在內(nèi)的各種疾病的風險也在增加。了解身體如何衰老是一個備受關(guān)注的研究領(lǐng)域，因為它有可能闡明促進健康衰老的方法。

貝勒醫(yī)學院、舊金山生物中心、基因泰克公司(Genentech, Inc.)等處的研究人員正在朝著這個方向開辟道路。他們在《科學》雜志上發(fā)表了第一份果蠅衰老細胞圖譜(AFCA)，詳細描述了實驗室果蠅中163種不同細胞類型的衰老過程。他們的深入分析表明，身體中不同類型的細胞年齡不同，每種細胞類型都遵循一個涉及細胞類型特異性模式的過程。AFCA為果蠅和衰老群體的研究人員提供了寶貴的資源，可作為研究衰老和衰老相關(guān)疾病以及評估抗衰老策略成功與否的參考。

貝勒大學分子與人類遺傳學助理教授、共同通訊作者Hongjie Li博士說:“研究表明，例如，大腦中的神經(jīng)元等細胞比腸道內(nèi)壁細胞壽命更長，腸道內(nèi)壁細胞經(jīng)常被新細胞取代。我們的團隊對更好地了解不同細胞類型的衰老方式感興趣，為此，我們詳細分析了果蠅在實驗室中自然衰老時個體細胞類型的幾種生物學特征。果蠅是一個眾所周知的研究人類狀況的模型。大約75%與人類疾病相關(guān)的基因在果蠅中有類似的功能對應(yīng)物。”

斯坦福大學Stephen Quake博士說，新的圖譜為科學家更好地了解衰老生物學提供了一個強大的、開放獲取的資源。“通過高效的合作，我們的團隊繪制了一張非常詳細的圖譜，揭示了果蠅多種細胞類型的基因表達如何隨著年齡的增長而變化，由于這些基因中的大多數(shù)在人類中具有相似的作用，因此該數(shù)據(jù)集提供了一個獨特的優(yōu)勢，可以開始破譯為什么許多嚴重的人類疾病會在晚年出現(xiàn)。”

隨著果蠅年齡的增長，研究人員在它們30、50和70天(后者相當于80歲的人)時采集樣本。在每個時間點，研究小組進行了單核RNA測序，分析了不同器官中單個細胞的基因表達變化，并將結(jié)果與幼蠅(5天大)的結(jié)果進行了比較。研究小組檢查了四種不同的衰老特征：細胞組成的變化、差異表達基因的數(shù)量、表達基因數(shù)量的變化和細胞身份的下降。他們發(fā)現(xiàn)，隨著果蠅年齡的增長，這些特征會根據(jù)細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胞組成，”脂肪體細胞是數(shù)量增加最多的細胞類型之一，而肌肉細胞則減少最多。然而，在果蠅的一生中，神經(jīng)元的細胞數(shù)量并沒有發(fā)生重大變化。“此外，對不同細胞類型表達的基因的分析顯示，脂肪細胞在年輕果蠅和年老果蠅中表達的基因數(shù)量差異最大”。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，在所有被分析的細胞類型中，約80%的基因表達數(shù)量減少，20%的基因表達數(shù)量增加。“我們計劃在未來研究這一觀察結(jié)果的機制，”文章一作Tzu-Chiao Lu博士說。

研究小組還研究了定義細胞身份的細胞基因表達程序是否會隨著動物年齡的增長而改變。“例如，與年輕果蠅的飛行肌肉身份標記Nig1相比，老年果蠅的標記急劇減少，而隨著果蠅年齡的增長，其他標記開始出現(xiàn)，”Li說。

“我們已經(jīng)了解到，我們研究的四種衰老特征中的每一種都測量了細胞的不同方面，并且沒有一種特征適用于所有細胞類型，結(jié)合所有衰老特征，我們發(fā)現(xiàn)了獨特的細胞類型特異性衰老模式，并將它們進行比較，揭示了有用和有趣的發(fā)現(xiàn)。例如，大腦中的神經(jīng)元衰老緩慢，而肌肉、脂肪和肝細胞衰老得更快。此外，細胞類型的特定衰老模式可能因性別而異。”

“這項研究的一個關(guān)鍵觀察結(jié)果是，細胞中特定細胞類型的衰老模式可以用來衡量生物年齡，即生物體的相對衰老狀態(tài)，與實際年齡無關(guān)。這將為我們進一步了解飲食、藥物和疾病等因素，這些因素可能會改變衰老軌跡，從而使生物體比實際年齡‘年輕’或‘老’，”基因泰克的首席研究員Heinrich Jasper博士說。

Li說:“我們希望研究人員能夠探索AFAC為各種科學領(lǐng)域提供的可能性，包括遺傳學、細胞生物學和生理學。”該團隊開發(fā)了一個用戶友好的數(shù)據(jù)門戶，并通過CZI的CELLxGENE平臺提供訪問。所有資源都可以訪問 https://hongjielilab.org/afca。