随着身体年龄的增长，器官功能逐渐衰退，患心血管疾病、癌症和神经退行性疾病等多种疾病的风险增加。了解身体如何衰老是一个重要的研究领域，因为它可能会阐明促进健康衰老的方法。
贝勒医学院、ChanZuckerbergBiohubSanFrancisco、Genentech,Inc.和合作机构的研究人员正在朝这个方向开辟一条道路。他们在《科学》杂志上发表了第一份衰老果蝇细胞图谱(AFCA)的报告，详细描述了实验室果蝇中163种不同细胞类型的衰老过程。
他们的深入分析表明，体内不同细胞类型的年龄不同，每种细胞类型都遵循涉及细胞类型特定模式的过程。AFCA为果蝇和衰老社区的研究人员提供了宝贵的资源，作为研究衰老和与年龄相关的疾病以及评估抗衰老策略成功与否的参考。
“研究表明，例如，大脑中的一些细胞，如神经元，比肠道内壁细胞的寿命更长，这些细胞经常被新细胞取代，”共同通讯作者、分子与人类学助理教授李宏杰博士说。遗传学和贝勒的赫芬顿衰老中心。他还是贝勒大学DanLDuncan综合癌症中心的成员。“我们的团队有兴趣更好地了解不同细胞类型如何不同地老化，为此，我们详细分析了单个细胞类型的几种生物学特征，因为果蝇在实验室中自然老化。果蝇是一个众所周知的模型研究人类状况。大约75%的与人类疾病相关的基因在果蝇中具有功能相似的对应物。”
斯坦福大学生物工程和应用物理学LeeOtterson教授、《科学》论文的共同通讯作者StephenQuake博士说，新地图集为科学家提供了一个强大的开放获取资源，以更好地了解衰老生物学。“通过高效的合作，我们的团队绘制了一幅非常详细的图谱，显示了果蝇中多种细胞类型的基因表达如何随着衰老而变化，”同时也是ChanZuckerbergInitiative(CZI)科学负责人的Quake说。“由于这些基因中的大多数在人类中具有相似的作用，因此该数据集提供了一个独特的有利位置，可以开始破译为什么许多严重的人类疾病会在晚年出现。”
随着果蝇年龄的增长，研究人员分别在动物30天、50天和70天(后者相当于一个80岁的人)时取样。在每个时间点，该团队都进行了单核RNA测序，以分析不同器官中单个细胞的基因表达变化，并将结果与幼果蝇(5天大)的结果进行比较。该团队检查了四种不同的衰老特征：细胞组成变化、差异表达基因的数量、表达基因数量的变化和细胞身份的下降。他们发现，随着果蝇年龄的增长，这些特征会根据特定于细胞类型的模式作为一个整体发生变化。
“我们发现衰老会影响整个果蝇的细胞组成，”李说。脂肪体细胞是数量增加最多的细胞类型，而肌肉细胞减少最多。然而，神经元在果蝇的一生中并没有显示出细胞数量的重大变化。“此外，对不同细胞类型及时表达的基因的分析表明，脂肪细胞在年轻果蝇和年老果蝇中表达的基因数量之间存在最大差异，”李说。
研究人员还发现，在所分析的所有细胞类型中，大约80%的基因表达数量减少，而20%的细胞类型增加。“我们计划在未来研究这种观察的机制，”共同第一作者、赫芬顿衰老中心的博士后助理卢子乔博士说。
该团队还研究了定义细胞身份的细胞基因表达程序是否随着动物年龄的增长而变化。“例如，与年轻果蝇中的飞行肌肉身份标记Nig1相比，年长果蝇中的标记显着减少，而随着果蝇年龄的增长，其他标记开始出现，”李说。
“我们了解到，我们研究的四种老化特征中的每一种都测量细胞的不同方面，并且没有一种特征适用于所有细胞类型，”李说。“结合所有衰老特征，我们发现了独特的细胞类型特异性衰老模式，并将它们进行比较揭示了有用且有趣的发现。例如，大脑中的神经元衰老缓慢，而肌肉、脂肪和肝细胞衰老得更快。此外，细胞-特定类型的衰老模式可能因性别而异。”
“这项研究的一个重要观察是，细胞中特定于细胞类型的衰老模式可用于衡量生物年龄，即生物体的相对衰老状态，与其实足年龄无关，”共同通讯作者海因里希博士说。GenentechInc.首席研究员Jasper表示：“这将提供对饮食、药物和疾病等因素的进一步洞察，这些因素可能会改变衰老轨迹，从而使有机体比实际年龄‘更年轻’或‘更老’。”
“我们希望研究人员能够探索AFAC为各种科学领域提供的可能性，包括遗传学、细胞生物学和生理学，”李说。该团队开发了一个用户友好的数据门户，并通过CZI的CELLxGENE平台提供访问权限。所有资源均可在https://hongjielilab.org/afca访问。
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