Science：如何理解衰老，我们把全身细胞拆成一个一个来看

以下文章来源于学术经纬 ，作者学术经纬

「老」是一个难以避免的自然过程，器官功能逐渐下降，心血管疾病、癌症和神经退行性疾病等各种疾病逐渐高发。通过了解机体如何老化，科学家们希望从中可以找出抗衰老、延长健康寿命的方法。为此，科学家们常会选择一些自然寿命较短、但基本生物学过程和疾病相关基因与人类十分相似的动物作为模型，拆解机体的衰老进程。

日前，贝勒医学院的李红杰研究组，联合陈·扎克伯格生物中心 Stephen R. Quake 研究组、基因泰克（Genentech）等机构的研究人员，基于经典模式生物——黑腹果蝇（Drosophila melanogaster），以单细胞核分辨率，创建了首份「衰老果蝇细胞图谱」（AFCA），为研究衰老和抗衰老方法提供了重要的参考资源。这一突破性成果近日在顶尖学术期刊《科学》上线。

在此之前，由李红杰博士主导的研究团队已经建立起了果蝇细胞图谱（www.flycellatlas.org），以单细胞核分辨率对果蝇成虫的细胞类型及其基因功能进行了详细描述。这一成果 2022 年发表在《科学》期刊。

「研究衰老时，果蝇也是非常有用的模式生物，因为它们会表现出人类衰老过程中出现的一些功能变化，例如活动能力、学习记忆、心脏功能和生育能力的衰退。」李红杰博士在此次发表的论文中指出，「因此，全面了解果蝇老化衰退的分子和遗传机制，不仅是理解果蝇如何衰老，也是为理解人类等其他生物如何衰老提供富有价值的洞见。」

在果蝇成虫自然变老的过程中，研究人员分别在其生命的第 30 天、50 天和 70 天时（果蝇的 70 天相当于一个人 80 岁）取样，通过单核 RNA 测序来分析不同器官中每一个细胞的基因表达变化，并将结果与 5 天大的年轻果蝇进行比较。

基于先前工作中构建的果蝇细胞图谱，研究人员将果蝇的头部和身体分拆为 163 种不同细胞类型，分别描述每个类型的细胞在老化过程中的详细特性，结合四个方面的特征展开了分析：细胞组成的变化，差异表达基因的数量，表达基因数量的变化和细胞特性的下降。

总体而言，衰老对组成果蝇全身的细胞都产生了影响，但每种类型的细胞都其独特的老化模式，此外不同细胞类型的老化模式还有性别差异。

例如，脂肪细胞是数量增加最多的细胞类型之一，相反肌肉细胞是数量减少最多的一类细胞，这些和人的衰老特征基本一致。

从细胞的衰老速度来看，控制代谢功能的主要器官，包括脂肪、肌肉、肝脏细胞衰老最快，相比而言，大脑中的神经元细胞整体衰老比较慢。

根据细胞表达的基因，研究人员还观察到，约有 80% 的细胞类型，随着衰老减少了表达的基因数量，20% 增加了表达的基因数量（比如头部的血液细胞）。这一现象非常有意思，因为之前大部分的研究显示随着衰老，细胞表达的基因数目减少。研究人员表示，他们计划继续挖掘这些现象背后的机制。

另一个有趣的现象是，随着动物衰老，细胞中那些定义其类型的标志性基因也会发生表达变化。例如，果蝇高超的飞行能力离不开其飞行肌的控制，而飞行肌表达的标志性基因，如 Nlg1，在老年果蝇身上的表达明显低于其年轻时。

有了 AFAC 图谱提供的基因表达信息作为参考，通过单细胞 RNA 测序就可以判断一个细胞的年龄。对此，李红杰博士指出了广泛的应用前景：例如调查特定的饮食方式、药物或其他干预措施是否有助于不同类型的细胞保持年轻，这种方法就可以提供有价值的工具。

Tzu-Chiao Lu 博士是文章的共同第一作者，主导了本研究的数据分析工作。目前，研究团队已经通过网站（https://hongjielilab.org/afca）分享了衰老果蝇细胞图谱的数据，便于整个科研社区利用相关资源进行分析，最终了解衰老，找到提供人类健康寿命的方法。

转自：“丁香学术”微信公众号

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