《GeroScience》：The aging epigenome: integrative analyses reveal intersection with Alzheimer’s disease
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本文旨在探究老年期血液DNA甲基化（DNAm）的变化如何与阿尔茨海默病（AD）的病理进程产生交集。研究人员通过对FHS和ADNI两个独立队列中475名65岁以上无痴呆受试者的血液DNAm数据进行荟萃分析，识别出数千个与年龄显著相关的CpG位点和差异甲基化区域（DMRs）。整合分析发现，这些衰老相关的表观遗传变化集中在代谢调节、突触信号传导等AD相关通路上，并识别出9个兼具血液-大脑甲基化一致性和外部AD关联的启动子CpG位点，为AD血液生物标志物开发提供了候选靶点。本研究揭示了外周血晚期衰老表观特征与AD病理的分子交汇，为理解年龄作为AD最大风险因子提供了新见解。
阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是全球范围内最主要的痴呆症病因，随着人口老龄化，其患病率预计将持续攀升。年龄是AD已知的最强风险因素，绝大多数病例发生在65岁之后。然而，与“正常”衰老相伴的分子变化，特别是表观遗传层面的改变，如何与最终导致AD的病理过程相交织，这一问题至今仍未得到充分解答。DNA甲基化（DNA methylation, DNAm）作为关键的表观遗传修饰之一，在生命过程中持续积累，并影响着免疫、代谢和神经退行性通路背后的转录程序。虽然已有研究利用血液DNAm数据构建了能够准确预测年龄的“表观遗传时钟”，并评估其与认知障碍和痴呆的关联，但那些在老年期血液中可重复出现的、与年龄相关的特定CpG位点和基因组区域，以及这些位点在多大程度上与AD相关的表观遗传发现相重叠，仍缺乏清晰的描绘。大多数AD表观基因组关联研究（Epigenome-wide association study, EWAS）仅将年龄作为混杂因素处理，而非主要的研究变量。此外，许多早期的血液DNAm衰老研究涵盖了从青年到老年的广泛年龄范围，其中识别的关联信号可能反映了发育或中年期的衰老模式，而非与痴呆最相关的晚年生物学变化。为了填补这些知识空白，一项发表在《GeroScience》上的研究开展了一项综合分析，旨在描绘晚年衰老相关的血液DNAm图谱，并阐释其对痴呆的意义。
为开展研究，作者主要运用了以下几项关键技术方法：研究对来自两个独立队列——弗雷明汉心脏研究（Framingham Heart Study, FHS）第九次检查和阿尔茨海默病神经影像学倡议（Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, ADNI）——共475名65岁以上、随访期间未患痴呆的受试者的血液样本进行了分析，所有样本均使用Illumina HumanMethylation EPIC BeadChip芯片检测DNA甲基化。通过针对性别和免疫细胞比例进行调整，并校正批次效应和基因组膨胀后，采用逆方差加权固定效应模型进行荟萃分析，识别与年龄显著相关的CpG位点和差异甲基化区域（Differentially methylated regions, DMRs）。进一步的整合分析包括通路富集、甲基化数量性状位点（methylation quantitative trait loci, mQTL）分析、与AD及相关痴呆（Alzheimer’s disease and related dementia, ADRD）全基因组关联研究（Genome-wide association study, GWAS）汇总统计数据的共定位分析、血液-大脑DNAm相关性分析，以及与独立的AD甲基化研究进行比较。
研究结果
参与者的特征
FHS9队列参与者的平均年龄为74.3岁，ADNI队列为77.0岁。所有参与者年龄均超过65岁，且在随访期间保持无痴呆状态。
与年龄相关的血液DNAm差异在单个CpG和差异甲基化区域（DMRs）中的基因组分布和富集情况
荟萃分析在5%错误发现率（False discovery rate, FDR）下，鉴定出3758个与年龄显著相关的CpG位点，其中55.7%呈高甲基化。区域分析识别出556个显著的DMRs，其中88.3%呈高甲基化。富集分析显示，高甲基化的CpG和DMR显著富集在CpG岛和启动子近端区域（如TSS200、5‘UTR），而低甲基化位点则更多分布在远端区域。这表明晚年衰老相关的DNA高甲基化优先发生在基因注释区域。
与年龄相关的DNA甲基化差异的通路富集分析凸显了衰老和阿尔茨海默病的生物学特征
通路富集分析在5% FDR水平上鉴定出26条KEGG通路和27条Reactome通路显著富集。这些通路涵盖了衰老的多个关键生物学特征，包括营养感知失调（如II型糖尿病、能量代谢整合）、细胞间通讯改变（如间隙连接、细胞粘附分子）、干细胞耗竭（如Wnt、Hedgehog信号通路）和线粒体功能障碍（如钙信号通路）。重要的是，数条富集通路与AD密切相关，例如“钙信号通路”、“Wnt信号通路”、“细胞外基质-受体相互作用”以及“阿尔茨海默病”通路本身。这提示血液中的衰老表观遗传特征与AD涉及的生物学过程存在分子层面的交汇。
与附近基因表达的相关性
将年龄相关的CpG和DMR与已发表的DNA甲基化-基因表达关联（eQTm）数据重叠，发现了73个CpG与附近基因表达存在显著顺式关联，其中超过一半为负相关。
共定位分析揭示了与痴呆和衰老相关DNA甲基化均相关的遗传变异
通过查询GoDMC数据库，发现45.1%的年龄相关CpG具有mQTL。进一步与ADRD GWAS数据整合并进行共定位分析，在32个基因组区域发现了强有力的证据，支持存在同一个因果变异同时影响DNAm水平和ADRD风险。这些区域涉及ABI3、RELN、DLG4等与AD相关的基因。
与年龄相关的DNA甲基化差异在独立研究中与阿尔茨海默病显著相关
通过查询MIAMI-AD数据库并与独立AD研究比较，发现约三分之一的年龄相关CpG在调整年龄和其他协变量后，仍与AD或AD神经病理学显著相关。其中约40%表现出甲基化变化方向一致。通路分析显示，变化一致的CpG富集在血管功能障碍等通路，而变化不一致的CpG则富集在神经活性配体-受体相互作用等神经元通路。
血液-大脑DNAm相关性分析识别出具有跨组织一致变化的衰老相关血液DNAm
在年龄相关的CpG中，有23个位点的甲基化水平在血液和大脑前额叶皮层之间呈现显著正相关。其中9个CpG位点（位于PDE1B、ELOVL2和PODXL2等基因启动子区）同时还在独立研究中与AD相关。这些位点因其跨组织一致性和AD关联，被列为有前景的血液生物标志物候选。
研究结论与讨论
本研究通过荟萃分析，在晚年无痴呆人群中系统描绘了血液DNA甲基化的衰老图谱，识别出大量可重复的年龄相关CpG和DMR。研究发现，年龄相关的高甲基化倾向发生在基因启动子区域，这与衰老的表观遗传特征一致。更重要的是，整合分析从多个层面揭示了这些外周血衰老特征与AD的深刻联系：通路富集分析显示它们汇聚于AD相关的代谢和突触通路；遗传共定位分析发现了共享的遗传基础；与独立AD研究的比较表明有相当一部分位点重叠；血液-大脑一致性分析则筛选出能潜在反映中枢变化的位点。
这些发现共同支持了一个观点：晚年血液中发生的许多年龄相关表观遗传变化，不仅是衰老的生物标志物，也反映了与AD病理相关的改变，并可能受到AD遗传风险变异的影响。特别是那些兼具血液-大脑甲基化一致性和外部AD研究支持的CpG位点（如ELOVL2、PODXL2相关位点），为开发基于血液的AD早期风险分层和诊断生物标志物提供了强有力的候选靶点。该研究将年龄从单纯的混杂因素提升为研究的核心变量，深刻阐释了“衰老是AD最大风险因素”这一现象背后的潜在分子机制，为理解AD的发病机理和开发新的干预策略提供了新的视角和工具。
