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

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)的研究小組使用機器學(xué)習(xí)算法開發(fā)了兩個時鐘，即 FRIGHT 時鐘和 AFRAID 時鐘，成功在老年小鼠中預(yù)測其生理年齡和實際壽命。

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，這項研究首次在小鼠中追蹤其虛弱指數(shù)（FI），從而實現(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。

研究人員補充道，由于FI評分也適用于人類，因此開發(fā)一個人類預(yù)期壽命時鐘并不難。只不過目前還沒有一個大型數(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)。該研究團隊目前也在朝著這個最終目標(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際年齡往往不相符。事實上，每個人衰老的速度并不一致。所以，與實際年齡相比，生理年齡更能準(zhǔn)確反映每個人的衰老。

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 甲基化時鐘。其中 DNA 甲基化時鐘已經(jīng)用于測試?yán)鲜笊砟挲g。然而，由于其昂貴，耗時且需要抽取血液或組織，因而無法達到重復(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大預(yù)測指標(biāo)。

FIs 可對多達 70 項與健康有關(guān)的情況進行量化，包括實驗室檢測結(jié)果、癥狀、疾病和日常生活活動等。最終得分為 0－1 分，得分越高，則越虛弱。

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

然后，他們訓(xùn)練了兩個機器模型從小鼠數(shù)據(jù)中進行學(xué)習(xí)。根據(jù) FIs 評分，研究人員使用機器學(xué)習(xí)算法開發(fā)了兩個時鐘，即 FRIGHT 時鐘和 AFRAID 時鐘。

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

預(yù)測預(yù)期壽命

隨后，研究人員進一步識別這兩個時鐘能否作為研究衰老的早期生物標(biāo)記物。他們對一項研究進行了分析，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月。而 AFRAID 時鐘壽命預(yù)測則沒有發(fā)現(xiàn)這種改變。既往研究證實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 時鐘發(fā)現(xiàn) 13 只老年小鼠進行限制甲硫氨酸飲食后其生理年齡較對照組小 0．7 個月，而使用 AFRAID 時鐘發(fā)現(xiàn)實驗組中小鼠壽命長 1．3 個月。

因此，這說明 FRIGHT 時鐘和 AFRAID 時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，作者建議在計算生理年齡時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，而這兩個時鐘還不能用來預(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。目前，該實驗室正把研究范圍擴大到其它動物包括人類身上。
責(zé)編AJX