衰老也可早診斷、早干預？斯坦福學者開發基于AI的炎癥衰老時鐘-iAge
2021-07-22衰老是一種自然過程，隨著年齡的增長所有的人都會慢慢的衰老，這是自然規律無法改變。不僅如此，衰老還往往伴隨著一系列的疾病，例如動脈粥樣硬化、代謝綜合征、神經變性以及認知衰退等等。
近年來的研究發現，許多衰老相關的疾病的發生與免疫系統炎癥密切相關。在衰老過程中，免疫系統失去對病原體和癌細胞作出有效反應的能力，這種免疫功能的下降被稱為免疫衰老。然而，一直以來，科學家們卻缺乏能夠識別高危個體的免疫指標。
2021年7月12日，美國斯坦福大學醫學院的研究人員在 Nature 子刊 Nature Aging 期刊發表了題為：An inflammatory aging clock (iAge) based on deep learning tracks human multimorbidity, immunosenescence, frailty and cardiovascular aging 的研究論文。
這項研究開發了一種基于人工智能的新的衰老時鐘——iAge，它可以監測人體內的慢性炎癥信號，從而及時發現虛弱、免疫衰老和心血管疾病等患病風險會上升的個體，或對衰老相關疾病的早診斷、早干預具有重要意義。
一百多年來，人們已經認識到免疫系統在維持人體健康和預防感染方面的重要作用。然而，直到最近幾十年，人們才發現，老年人的免疫系統炎癥成分經常慢性升高，并與癌癥、心血管疾病、神經退行性疾病和其他疾病的發病率增加有關。
慢性炎癥在調節生理衰老中起著關鍵作用，衰老的9個特征：基因組不穩定、端粒長度縮短、表觀遺傳修飾改變、蛋白質聚集沉淀、營養感知失調、線粒體功能障礙、細胞衰老、干細胞衰竭和胞內通訊改變，這些都被證明與持續的系統性炎癥有關。
慢性炎癥與許多疾病密切相關
與通常由感染引發的急性炎癥相反，慢性炎癥被認為是由物理、化學或代謝刺激等“無菌”因子引發的。這種類型的炎癥與衰老密切相關，其特征是反應微弱但持久，最終導致組織和器官的附帶損害。
令人遺憾的是，雖然免疫系統與許多年齡相關性疾病之間的相互作用已經得到充分表征，但目前能夠描述慢性炎癥狀態的免疫指標卻少之又少，這也常常導致一些研究產生了相互矛盾的結果。
斯坦福大學醫學院 David Furman 教授領導研究團隊在先前的研究中確定了免疫老化（IMM-AGE）的細胞復合度量，它與全因死亡率密切相關。
在這項研究中，研究團隊進一步重點研究了可溶性免疫生物標記物，并定義了系統性慢性炎癥和疾病之間的關系。
為了研究全身慢性炎癥的特征如何隨我們衰老而變化的，David Furman 和同事在2007年至2016年期間研究了1001人（年齡8-96歲；66%為女性）的血液樣本，并在斯坦福人體免疫監測中心進行了全面測量。
研究人員使用種技術平臺處理和分析外周血標本的基因表達、血清細胞因子水平、細胞亞群組成、細胞對多種刺激的反應和對巨細胞病毒（CMV）感染的血清陽性。其中，對902名患者，還使用53個特征的臨床問卷進行了全面的健康評估。
考慮到慢性炎癥對許多人類疾病的重要性和缺乏標準的衡量標準，研究團隊利用深度學習的人工智能算法開發了一種新的免疫指標，并將這種炎癥性衰老“時鐘”稱為——iAge。這種衰老“時鐘”基于一種概念，即血液中 特定免疫細胞和蛋白的水平會隨衰老而波動。
研究人員發現，iAge越大的人，出現這種年齡相關性全身炎癥模式的時間也越早，并且還更容易經歷各種長期健康問題，包括免疫功能下降、心血管疾病，或是身體提早開始虛弱。
此外，研究團隊還通過iAge發現，干擾素（IFN）相關趨化因子CXCL9與多種炎癥通路基因的上調、增殖 通路的下調和內皮細胞衰老有關。在一項健康老年人的驗證研究中，CXCL9抑制小鼠主動脈組織的血管功能，并與亞臨床心 臟重塑和動脈僵硬相關。
事實上，趨化因子CXCL9是一種通常會幫助免疫系統激活T細胞的蛋白，其年齡相關性釋放也被認為是一種內皮細胞產生的關鍵因子，能加速iAge。CXCL9通過促進細胞衰老來產生上述作用，在此過程中，細胞被誘導進入一種功能失調的狀態，影響血管的正常功能。
對此，研究人員發現，在沉默CXCL9之后，可以逆轉誘導性多能干細胞(iPSC)衍生的衰老內皮細胞的早期細胞衰老和血管生成能力的喪失。由此揭示了CXCL9等iAge蛋白可能是治療衰老相關疾病的重要靶標。David Furman 教授表示：“這項研究確定了年齡相關的慢性炎癥的新指標，該指標在多個隊列中成功預測、跟蹤了多種疾病表型，因此可以作為健康與不健康老化的指標。研究結果也證明了免疫系統的炎癥分子和血管生物學之間的聯系。”
總而言之，這項研究開發了iAge這一新的“衰老時鐘”，它可以預測重要的衰老表型，由此提供了一種發現個體出現年齡相關性疾病和免疫功能下降風險的新方式，并提出了CXCL9和其他iAge蛋白是治療這些癥狀的潛在新靶標。
文章來源： 生物世界 來源：賢集網
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