二甲双胍等干预的细胞研究：增殖寿命与表观遗传年龄不同步

英国 / 美国研究解读2022-05-16

细胞增殖与甲基化年龄分开评价

这篇研究考察表观遗传年龄与多种衰老特征的关系。其中一组原代角质细胞实验，比较 NAD、NR 和二甲双胍的作用，直接检验延长细胞群体的增殖寿命，是否伴随甲基化年龄变化减慢。

研究者关注的是细胞群体的增殖寿命，以及 DNA 甲基化推算的表观遗传年龄（epigenetic age，EpiAge）。前者反映这一培养细胞群体能维持多久的增殖能力；后者依据特定基因组位点的甲基化特征计算，两者测量的对象不同。

这项比较使用新生儿来源的人原代角质细胞。研究者分别给予烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NAD）、烟酰胺核糖（nicotinamide riboside，NR）或二甲双胍（metformin），并设置同期培养、未经这些处理的对照细胞。

在细胞连续培养和传代的过程中，研究者记录细胞数量，计算累积群体倍增次数（cumulative population doublings，CPD），并在不同阶段采集 DNA。甲基化特征由 Illumina EPIC 芯片测定，再用表观遗传时钟计算年龄估计值。

这一设计把细胞增殖记录与甲基化测量对应起来。曲线横轴以 CPD 表示细胞群体累计倍增次数，甲基化时钟则给出以年为单位的年龄估计值。两者分别衡量增殖和甲基化特征，培养天数是另一项时间量。

作者报告，NAD、NR 和二甲双胍均延长了细胞群体的增殖寿命。但按研究采用的 Skin&blood 时钟判断，三种处理没有显著改变表观遗传衰老的速度。

原图中，S 标记未处理对照细胞进入衰老、停止增殖的阶段。处理组的曲线继续延伸到更高的 CPD，同时甲基化年龄估计值仍随培养进程变化。这是两个终点在同一类细胞中的具体比较。

作者据此区分了影响增殖寿命与影响表观遗传年龄的干预。在本研究测试的少数化合物中，增殖寿命延长并未始终伴随 Skin&blood 时钟变化减慢；这一判断有明确的细胞模型和算法范围。

研究主要使用适用于体内和体外细胞分析的 Skin&blood 时钟。作者同时计算了 Horvath、Hannum 和 PhenoAge 三种时钟，将结果放入扩展数据，供读者比较不同测量体系。

扩展数据图 10 展示了同一组干预对应的四种时钟曲线。它们的年龄尺度和变化轨迹并不相同；作者明确，以 Skin&blood 时钟作为这篇研究形成结论的依据，其余时钟结果仅用于比较。

因此，评价这类细胞干预时，需要同时说明使用哪一种时钟，以及它与增殖终点的关系。不同算法得到的年龄数值，不能脱离各自的测量特征，直接合并成一个抗衰老效应。

就群体甲基化而言，作者还提出了另一层解释：样本中不同细胞亚群的比例变化，也可能影响年龄估计值。这里讨论的是群体测量与细胞组成的关系。因此，时钟数据可用于比较处理条件；解释其背后的机制时，还需要结合细胞组成及其他直接测量。

原代细胞保留了供者间的生物学差异。作者在统计说明中指出，不同供者的增殖能力及干预反应幅度可有较大差别，因此重复实验使用不同供者来源的细胞，并在图中展示代表性结果。

与这项药物比较对应的图 4f，注明结果代表两次实验。实验未预先用统计方法确定样本量，未进行随机分组或盲法评估；各供者的效应幅度，也没有在这张代表性图中逐一列出。

这些条件使结果更适合回答模型内的终点关系：在给定的人原代细胞和检测体系中，改善增殖能力是否伴随甲基化年龄变化。药物作用在不同供者和不同模型中能否保持一致，需要相应的比较数据。

作者把上述结果与其他实验合在一起讨论，认为衰老可能涉及多种并行过程。本文这一组角质细胞数据提供的直接信息，是增殖寿命与 Skin&blood 时钟估计值可以出现不同的干预反应。

对药物研究而言，这类比较有助于判断一个体外指标究竟反映什么：增加细胞群体的增殖能力，可以作为独立结果记录；若研究问题是改变甲基化年龄，则还要直接测量对应时钟。两者各自提供信息，不能相互替代。