国内首个肿瘤DNA甲基化标志物应用共识重磅发布
2024年度国家自然科学基金甲基化项目群雄争霸，CNS顶刊技术解析助力甲基化研究
（文末附国自然基金项目查询方式）
DNA甲基化研究一直以来都是顶级期刊、基金资助、临床研究、药物研发上市的多重热点。近期的甲基化相关部分面上项目如下：
2024年4月，《肿瘤DNA甲基化标志物检测及临床应用专家共识》于中国癌症防治杂志重磅发布。标志着DNA甲基化技术在癌症研究中的重要作用得到重视，具备极高的应用价值！
通过上述共识我们得知DNA甲基化在科研中的重要性不仅源于其在遗传调控中的作用，还因为其在疾病预防、诊断和治疗中潜在的应用价值。接下来，我们依据DNA甲基化的相关研究做一定的了解，文末会附上参考文献链接，感兴趣的老师可以点击阅读。
技术简介
简化基因组甲基化测序(Reduced Representation Bisulfite Sequencing，RRBS)，通过酶切富集基因组上的CpG岛、启动子、增强子等区域，并进行Bisulfite 测序。在经典RRBS基础上，我司强势推出强化版RRBS，覆盖全基因组范围内超过6-8M CpG位点，>90%数量的CpG岛及基因启动子; 作为最高性价比的全基因组甲基化研究方法, RRBS广泛用于表观机制及临床样本队列甲基化研究:
1) 队列研究、疾病分子分型、临床样本的甲基化Biomarker筛选;
2) 复杂疾病及肿瘤发病机制等甲基化研究;
3) 模式动物发育和疾病甲基化研究;
4) 动物及鱼类遗传育种及进化发育等甲基化研究。
高分案例解析
近期，哈佛大学医学院的Vadim N. Gladyshev 和杜克大学的James P. White研究团队合作在Nature aging 杂志发表文献“Multi-omic rejuvenation and life span extension on exposure to youthful circulation” ，该研究揭示了异体共生（HPB）对老年生物体的积极影响。
文章信息与研究技术
中文标题：通过年轻循环的多组学年龄逆转和寿命延长
英文标题：Multi-omic rejuvenation and life span extension on exposure to youthful circulation
发表期刊：nature aging（IF = 16.6/SCI一区）
技术方案：RRBS、RNA-seq、DNA甲基化阵列等
样本类型：小鼠的血液和肝脏组织
表观遗传时钟：人类基因组中约3万个CpG二核苷酸中数百万个的甲基化状态随着年龄的增长而变化；表观遗传学的“年龄估算器”称为“时钟CpG”，它们与统计学的惩罚多元回归模型相结合，估计DNA来源（如细胞、组织或器官）的年龄（以年为单位）。这种估计的年龄，也被称为DNAm年龄，反映了DNA来源的生物年龄。由于其准确性，DNAm年龄估计量通常被称为“表观遗传时钟”，它是精确的生物学年龄测量方法，衡量生物年龄的黄金标准。
异体共生：通过缝合皮肤把两个不同的动物连接在一起。自然的伤口愈合过程导致了新的血管生长，由此两个动物的循环系统连接在一起，它们的血液可以在彼此的身体内流动。
研究对象
六组不同小鼠（同时配对的年轻小鼠；同时配对的老年小鼠；异时HPB配对的老年小鼠以及这三组对应的解除连接的小鼠）
研究背景
衰老是慢性病的主要危险因素。长期以来，逆转生物学衰老的可能性在科学界引发了激烈讨论。近年来，通过异体共生（HPB）的研究实验，科学家们得出了一些有希望的发现。这种手术将两个不同年龄的生物体连接在一起，使他们形成一个共享的循环系统，以便研究年轻个体的血液如何影响老年个体的生理功能。尽管HPB对衰老细胞和组织有不同的影响，但目前对其分子机制的了解有限。同样，血液和血浆交换的即时效果是否在手术后持续仍是未知的。并且由于之前缺乏精确的量化方法，目前尚不清楚HPB是否可以减缓或逆转生物体的表观遗传衰老。值得注意的是，DNA 甲基化时钟通过多种干预措施成功预测了表观遗传年龄的逆转，包括重编程因子表达和药物或血液成分治疗。时钟最近还被用来揭示和描述早期胚胎发育过程中发生的自然再生事件。然而，就干预而言，预测的表观遗传年龄逆转是否持续、是否与更长的寿命相关以及是否表现为生理功能的改善仍然是一个谜团。
研究结果
长期异体共生后分离可延长小鼠寿命和改善健康
为了进行表观遗传学分析，作者团队对小鼠进行了相同的长期联体共生，并在3个月共生手术后立即收集组织，或解离2个月后再收集组织，通过RRBS检测小鼠的血液以及肝脏的表观遗传年龄，通过将表观遗传衰老时钟应用于血液的RRBS数据，研究人员发现实验组的表观遗传年龄明显降低。这些结果表明，长期HPB可以使血液和肝脏的表观基因组恢复活力。年长的动物表现出更好的生理功能活性，并且比未接受手术的动物寿命延长了10%，动物共享循环的时间越长，抗衰老效果的持续时间也就越长。
图1 长时间的异体共生后的分离可延长小鼠寿命并改善健康
通过异体共生逆转老年小鼠的表观遗传年龄，并在解除连接后持续有效
研究人员对六组不同的小鼠进行RRBS测序并应用四种基于RRBS的表观遗传时钟（Meer 多组织时钟、Petkovich 血液时钟、Thompson 多组织时钟和scAge血液时钟）: 同时配对的年轻小鼠；同时配对的老年小鼠；异时HPB配对的老年小鼠。以及这三组对应的解除连接的小鼠。数据显示，当比较同时配对和异时HPB配对的老年小鼠时，表观遗传年龄明显降低(24±3.8%)。即使在解除连接2个月后，这种效果仍持续存在(年龄降低22.4±6.4%)。结果表明，长期HPB使生物整体上表观基因组的甲基化状态进行了重塑以及生物年龄发生了逆转。
图2 基于RRBS的衰老时钟评估HPB患者血液和肝脏持续表观遗传年龄逆转
随后，作者测试了常用的5周短期方案与上述长期(3个月)HPB方案之间的差异。在5周的连接后立即对三组动物(同时配对的年轻小鼠，同时配对的老年小鼠和异时HPB配对的老年小鼠)的肝脏组织进行DNA甲基化阵列分析。应用的四种时钟中有三种检测到异时HPB配对的老年小鼠表观遗传年龄的显著降低，并且效应大小显著小于长期(3个月)异体共生实验(短期HPB使年龄降低6.2±4.1%)。结果表明长期HPB治疗显然优于短期HPB。
图3 基于微阵
列的衰老时钟评估HPB对肝脏的持续表观遗传年龄逆转
鉴于显著的表观遗传年龄逆转，作者希望同时阐明联体共生对RNA层面的影响。对共生连接小鼠的肝脏组织进行了RNA-seq分析，然后进行差异基因表达和基因集富集分析（GSEA）后发现，在联体连接期后立即采集的样本中，观察到三羧酸循环、氧化磷酸化、线粒体生物合成和脂肪酸代谢通路呈现显著富集，同时干扰素γ和炎症反应通路则呈现显著下调，这表明HPB可能逆转了能量代谢以及炎症等衰老特征，这些结果进一步支持HPB对小鼠活力恢复的重要作用。
图4 HPB 的转录组分析揭示了独特的途径富集和差异表达模式
为了揭示在长期联体共生中观察到的年轻化效应可能的机制，研究人员还调查了对HPB作出反应的个体基因及其与寿命延长的关联，几个与寿命调节有关的基因被发现，包括Gstt2、Sirt3、C1qb和Tert，这些基因在长期共生后显示出持续的表达变化。值得重视的是，与短期（5周）联体共生相比，长期（3个月）联体共生对小鼠的转录组和表观基因组的年轻化效果更加显著。
图五 基因表达分析暗示了长期HPB可能的抗衰老机制
研究团队表示，异体共生的小鼠的表观基因组和转录组结果显示出一种介于衰老和年轻之间的中间表型，表明存在全身性的返老还童效应。此外，异体共生的老年小鼠表现出与衰老相反的基因表达变化。
研究结论
综上所述，研究人员在小鼠上进行了3个月的HPB实验，然后在解除连接后继续观察了2个月。结果显示解除连接的小鼠的生理功能得到了显著改善，并且它们的寿命比未接受HPB处理的对照组小鼠更长。通过综合RRBS和RNA-seq分析，观察到HPB 3个月后老年小鼠的表观遗传年龄明显降低，即使在解除连接2个月后也能持续。
总之，该篇研究表明：长期暴露于年轻循环中后，表观遗传年龄可以持续系统性地减慢。随着科学技术的不断进步，未来有望开发出更有效的抗衰老干预措施，为延长人类健康寿命提供可能。
文献原文链接：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC11095548/#R32
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