Cell：中国科学院携手华大等构建全球首份多器官衰老时空图谱，助力延缓衰老

华大集团BGI · 公众号 · 生物 · 2024-11-05 00:19

正文

衰老，是每个人都无法避免的人生课题。有的人老得快，有的人老得慢，甚至同一个人的不同器官，衰老的速度还不一样。我们渴望青春永驻，却无奈岁月无情。如何活得更长、活得更好，成了每个人的必修课。

最近，一项重磅研究让我们看到了延缓衰老的曙光。

北京时间2024年11月5日，中国科学院动物研究所携手华大生命科学研究院、北京基因组研究所（国家生物信息中心），在全球顶尖学术期刊《细胞》（Cell）上发表了最新研究成果，利用华大自主研发的“超广角百亿像素生命照相机”——时空组学技术，构建了全球首份多器官衰老时空图谱，增强了对衰老生物学机制的理解，找到了可用于衰老预警和评估的新型生物学标志物，并为进一步探索衰老的干预策略奠定了理论基础。

Cell官网截图

像拍电影一样，记录器官衰老过程

想象一下，如果能像拍电影一样，清晰地看到身体各个器官衰老的微观过程，那该多神奇！这项研究就做到了这一点。

研究团队选取了2、4、13、19和25月龄的小鼠（相当于人类从青年到老年），利用时空组学技术Stereo-seq对它们的心脏、肝脏、脾脏、肺、小肠等9个器官进行了分析，最终形成了一张包含72个细胞类型的多器官衰老时空图谱。这些图谱不仅能“看到”不同细胞内基因的表达情况，还能精确定位每个细胞的位置，如同一部生命衰老的纪录片，展现了不同器官在不同年龄段的“模样”。

衰老时空图谱

器官衰老的“晴雨表”：熵增和细胞身份丧失

通过对这份多器官衰老时空图谱的深入研究，研究团队提出了一个关键指标——“组织结构熵”，我们可以把它理解成组织/器官内混乱程度的量化指标。熵越高，器官内部就越混乱，就像一个原本井井有条的房间，随着时间的推移，逐渐变得杂乱无章，如同经历了岁月的洗礼。研究发现，9个器官中，海马体、脾脏、淋巴结和肝脏熵增最为明显。这意味着这些器官更容易衰老。

组织结构熵

此外，研究还发现，熵的增加与细胞身份的丧失相关，尤其是在组织结构熵较高的区域。细胞身份丧失是衰老的常见特征。就像一个优秀的士兵，随着年龄增长，忘记了自己的职责和技能，无法再有效地完成任务。同样，细胞也会随着衰老而丧失其原有的功能，导致器官功能下降。

这是首次利用时空组学数据探讨组织熵增，结果表明，结构混乱会导致衰老组织的功能衰退。这对我们了解衰老如何影响组织微环境中的基因表达和细胞相互作用至关重要。

延缓衰老的曙光：精准干预IgG

更令人振奋的是，这项研究还找到了一个潜在的延缓衰老的靶点——免疫球蛋白G（IgG）。研究团队发现，IgG会在衰老的“核心区域”（衰老敏感位点）周围大量聚集，就像“煽风点火”一样，加速周围细胞的衰老，特别是诱导巨噬细胞和小胶质细胞进入促衰老状态，从而加剧组织衰老。且无论在小鼠还是人体的衰老组织中，都观察到了IgG的升高，这表明IgG可能是衰老的一个重要驱动因素。而更重要的是，研究发现，通过减少IgG，可以降低小鼠的衰老特征！这为延缓衰老提供了新的思路和靶点。

这项研究的意义在于，它不仅让我们更深入地了解了衰老的机制，还为我们提供了延缓衰老的潜在策略——通过精准干预IgG，降低其表达水平，或许就能减缓衰老的进程。

中国科学院动物研究所刘光慧研究员、华大生命科学研究院顾颖研究员、中国科学院北京基因组研究所张维绮研究员和中国科学院动物研究所曲静研究员为论文共同通讯作者。中国科学院动物研究所/北京干细胞与再生医学研究院马帅“致一”研究员，北京干细胞与再生医学研究院冀喆君，中国科学院动物研究所张彬、蔡雨生，首都医科大学宣武医院副研究员耿令令，深圳华大生命科学研究院研究员聂超，中国科学院北京基因组研究所李嘉明、左越晟，北京华大生命科学研究院副研究员孙宇哲，四川大学华西医院徐刚为论文共同第一作者。

所有动物实验均由中国科学院动物研究所实验动物福利伦理委员会以及华大科技伦理委员会批准。本研究涉及的时空组数据由华大自主研发的Stereo-seq技术以及DNBSEQ测序平台完成。

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