哈佛醫(yī)學(xué)院通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法開發(fā)時(shí)鐘，可預(yù)測實(shí)際壽命和生理年齡

近日，哈佛醫(yī)學(xué)院 Blavatnik 學(xué)院遺傳學(xué)教授 David Sinclair 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法開發(fā)了兩個(gè)時(shí)鐘，即 FRIGHT 時(shí)鐘和 AFRAID 時(shí)鐘，成功在老年小鼠中預(yù)測其生理年齡和實(shí)際壽命。

該研究于 9 月 15 日發(fā)表在 Nature Communications《自然通訊》雜志中。

David Sinclair 表示，這項(xiàng)研究首次在小鼠中追蹤其虛弱指數(shù)（FI），從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測小鼠的剩余壽命，這樣就可以快速評估延長壽命的干預(yù)措施的有效性，并期望有朝一日能用于人類。

研究人員補(bǔ)充道，由于FI評分也適用于人類，因此開發(fā)一個(gè)人類預(yù)期壽命時(shí)鐘并不難。只不過目前還沒有一個(gè)大型數(shù)據(jù)集，可以追蹤 60 多歲到 90 多歲的人，以及死亡率隨訪數(shù)據(jù)。該研究團(tuán)隊(duì)目前也在朝著這個(gè)最終目標(biāo)繼續(xù)努力。

準(zhǔn)確評估衰老程度

要知道，人們的生理年齡和實(shí)際年齡往往不相符。事實(shí)上，每個(gè)人衰老的速度并不一致。所以，與實(shí)際年齡相比，生理年齡更能準(zhǔn)確反映每個(gè)人的衰老。

那么，如何準(zhǔn)確測量人們的生理年齡以評估衰老程度呢？

先前已有許多方法測量生理年齡，如握力或步態(tài)，評估免疫系統(tǒng)，端粒長度，糖基化終產(chǎn)物，細(xì)胞衰老的程度和 DNA 甲基化時(shí)鐘。其中 DNA 甲基化時(shí)鐘已經(jīng)用于測試?yán)鲜笊砟挲g。然而，由于其昂貴，耗時(shí)且需要抽取血液或組織，因而無法達(dá)到重復(fù)測量的目的。

因此，找到一種更便宜或更不具侵入性的方法來測試步態(tài)等生理信號(hào)的分子基礎(chǔ)，將有助于人類更早、更準(zhǔn)確地預(yù)測和干預(yù)健康和壽命。

研究人員發(fā)現(xiàn)，虛弱指數(shù)（FI）評分優(yōu)于以上測量方法，因而可作為研究人類死亡率的強(qiáng)大預(yù)測指標(biāo)。

FIs 可對多達(dá) 70 項(xiàng)與健康有關(guān)的情況進(jìn)行量化，包括實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果、癥狀、疾病和日常生活活動(dòng)等。最終得分為 0－1 分，得分越高，則越虛弱。

為了識(shí)別小鼠壽命，David Sinclair 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組對 60 只老年小鼠進(jìn)行了一年多追蹤調(diào)查，直到小鼠自然死亡。

然后，他們訓(xùn)練了兩個(gè)機(jī)器模型從小鼠數(shù)據(jù)中進(jìn)行學(xué)習(xí)。根據(jù) FIs 評分，研究人員使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法開發(fā)了兩個(gè)時(shí)鐘，即 FRIGHT 時(shí)鐘和 AFRAID 時(shí)鐘。

其中 FRIGHT 時(shí)鐘是根據(jù)老鼠的虛弱狀態(tài)來判斷其生理年齡，而 AFRAID 時(shí)鐘可提前一年預(yù)測小鼠壽命，這兩個(gè)時(shí)鐘預(yù)測可準(zhǔn)確到 2 個(gè)月內(nèi)。

預(yù)測預(yù)期壽命

隨后，研究人員進(jìn)一步識(shí)別這兩個(gè)時(shí)鐘能否作為研究衰老的早期生物標(biāo)記物。他們對一項(xiàng)研究進(jìn)行了分析，該研究使用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）抑制劑依那普利用于21只雄性小鼠。

結(jié)果顯示 FRIGHT 時(shí)鐘顯示使用依那普利處理的小鼠，其生理年齡較未使用依那普利處理小鼠少一個(gè)月。而 AFRAID 時(shí)鐘壽命預(yù)測則沒有發(fā)現(xiàn)這種改變。既往研究證實(shí)依那普利可改善小鼠健康，對其壽命則無影響。

此外，限制甲硫氨酸飲食被認(rèn)為是延長小鼠壽命的干預(yù)措施。研究人員使用 FRIGHT 時(shí)鐘發(fā)現(xiàn) 13 只老年小鼠進(jìn)行限制甲硫氨酸飲食后其生理年齡較對照組小 0．7 個(gè)月，而使用 AFRAID 時(shí)鐘發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組中小鼠壽命長 1．3 個(gè)月。

因此，這說明 FRIGHT 時(shí)鐘和 AFRAID 時(shí)鐘對延長壽命和健康的干預(yù)措施有反應(yīng)。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，衰弱的一些指標(biāo)比其他指標(biāo)更能預(yù)測生理年齡和壽命。例如，聽力損失和顫抖，因此，作者建議在計(jì)算生理年齡時(shí)給予某些因素更多的權(quán)重。

“衰老帶來的許多方面都很可怕，我們想要找到方法來預(yù)防或逆轉(zhuǎn)衰老，讓年輕停留更長時(shí)間?！北狙芯空撐牡牡谝蛔髡?，哈佛醫(yī)學(xué)院衰老生物學(xué)研究中心 Michael B． Schultz 表示。

研究人員表示，小鼠和人有著很大的不同，而這兩個(gè)時(shí)鐘還不能用來預(yù)測人類健康、生理年齡或壽命。人類的健康和疾病有更復(fù)雜的生物、生理、行為、環(huán)境和社會(huì)影響。但是，通過結(jié)合分子標(biāo)記和現(xiàn)有的生理標(biāo)記，該模型也將得到加強(qiáng)。目前，該實(shí)驗(yàn)室正把研究范圍擴(kuò)大到其它動(dòng)物包括人類身上。
責(zé)編AJX