Nat Commun：探索长寿奥秘：百岁老人罕见LOF突变负荷显著降低，揭示健康长寿的潜在遗传机制

衰老是一个复杂的过程，会导致生物体发生退行性的物理和生物学变化。虽然实足年龄是衰老的一个主要风险因素，但不同个体的衰老方式存在显着差异，有些人会经历严重的残疾和过早死亡，而另一些人则保持身体健康直到老年，这表明衰老是一个由遗传和环境因素共同塑造的多因素过程。百岁老人则代表了一种罕见且有价值的成功衰老模式，其通常表现出延迟发作或逃避主要与年龄相关的疾病；许多人在老年时仍能保持身体和认知功能以及独立性。因此，解析导致异常长寿的因素可为健康老龄化提供有价值的见解。

目前，全基因组关联研究（GWAS）已确定了许多与长寿相关的常见遗传变异，但这些变异仅能解释一小部分遗传力。近年来，科研人员发现罕见的变异，特别是导致基因功能丧失（LOF）的变异，在人类衰老过程中发挥着重要作用。在健康寿命较短的个体中能够观察到LOF突变负荷的增加，但与对照组相比，异常长寿的个体的LOF突变的总体负担尚未得到系统分析。

美国哈佛医学院的科研团队在Nature Communications上发表了题为“Depletion of loss-of-function germline mutations in centenarians reveals longevity genes”的文章。研究团队通过分析大群体德系犹太人的全外显子测序数据，全面比较了罕见LOF突变负荷。与对照组相比，百岁老人的LOF突变负荷明显较低，其后代中也观察到了类似效应；基因水平的负荷分析确定了百岁老人中35个LOF突变减少的基因，其中RGP1、PCNX2和ANO9是长寿基因，对多种衰老相关性状具有一致的因果效应并在衰老过程中表达改变。此外，通路分析显示，百岁老人中与透明质酸代谢、G蛋白受体、翻译后蛋白质修饰和线粒体翻译相关通路中的变异显著减少。综上，该研究表明以损伤性变异负荷减少为特征的保护性遗传背景有助于延长寿命，并可能与特定的保护性变异协同作用以促进健康老龄化。

文章发表在Nature Communications

一、研究队列

该研究中的全外显子组数据来自长寿基因项目（LGP）和LonGenity长寿基因研究队列中的德系犹太人（阿什肯纳兹犹太人），共包含637名百岁老人、917名百岁老人后代和595名对照个体。被招募的百岁老人大多出生于1900-1920年；而大多数后代和对照组出生于1920-1960年。

图1.研究队列的人口统计学特征和突变负荷

研究团队对LOF突变进行了定义，使用5种不同的计算方法评估了其有害性，并依据预测的有害程度将其分为4种不同的类别。进一步，对百岁老人、其后代和对照组中不同类别的预测有害LOF突变的累积突变负荷进行计算，并排除了潜在混杂因素（如招募日期和出生日期）。

结果显示，相较于对照组，百岁老人及其后代的LOF突变负荷呈一致且显著的降低趋势。其中，百岁老人的效应量范围从-5.5到-39.6不等，表明与对照组相比其突变负荷减少了11%-22%。在LGP和LonGenity队列中，百岁老人的后代也表现出明显低于对照组的突变负担，但其效应量小于百岁老人。上述结果表明，较低LOF突变负荷的保护作用可能会遗传给百岁老人的后代，从而增加其超常长寿的可能性。

图2.不同类别预测有害变异的负荷检测结果

二、基因水平和通路水平负荷检测

为确定百岁老人中突变负荷较低的特定基因和通路，研究团队进行了基因水平和通路水平的负荷检测。结果显示，基因水平分析确定了35个达到显著性水平（FDR < 0.05）的低突变负荷基因，其中14个基因在UKB一项独立研究中通过亲代寿命相关性状得到验证。

通路水平分析显示，百岁老人中透明质酸代谢、A/1类（类视紫红质样受体）、翻译后蛋白修饰和线粒体翻译相关等通路的突变显著减少，并达到显著水平（FDR < 0.05）；调整基因组膨胀因子后，前三个通路仍达到显著水平。上述结果表明，这些通路中突变的耗竭可能有助于超常长寿。

图3.在基因水平和通路水平负荷检测结果。

三、鉴定多个和长寿相关的基因和通路

为了进一步研究已鉴定的长寿相关基因对寿命相关性状的潜在因果效应，研究团队使用来自eQTLgen的公共血液基因表达QTL数据和多个衰老相关性状的GWAS汇总统计数据进行了孟德尔随机化（MR）分析。MR分析显示，7个基因对多个与衰老相关性状具有显著因果效应，包括脆弱指数、健康寿命、寿命和极端寿命等。其中，RGP1、PCNX2和ANO9等3个基因在多个性状中表现出一致的促长寿效应，而其他四个基因则表现出抗长寿效应。这些结果表明，这些基因可能直接影响衰老过程，并有助于延长健康寿命和寿命。

有趣的是，该研究还揭示了对长寿影响更微妙的基因，如DYNC1H1和GALNT12仅对一个性状显示出显著的有害影响，而PKP4仅对健康寿命表现出显著的积极影响。这表明这些基因可能会影响衰老过程的特定方面，而不是对所有与长寿相关的特征产生广泛影响。

随后，研究团队分析了已确定的长寿相关基因的多组学关联，以系统评估其在衰老过程中的表达和调节。多组学分析显示，多数长寿相关基因的表达和调控在衰老过程中发生了改变，如启动子DNA甲基化、血液基因表达和血浆蛋白水平等方面。

图4. 长寿相关基因的孟德尔随机化和多组学分析

四、推测的长寿基因对寿命的潜在影响

为进一步了解已确定的长寿相关基因在衰老和干预措施中的潜在相关性，研究团队深入比较了其在衰老和长寿干预措施的不同特征中的显著性得分。经多重检验调整，特征分析显示出69个显著关联。此外，这些基因中许多也与人类和啮齿类动物的衰老以及已知可延长寿命的干预措施显著相关，如热量限制（ABCF3、CKAP2L和CEP68）、雷帕霉素治疗（PKP4、CTNND1和RTRAF）、生长激素缺乏（HOGA1、ANKRD33和MLXIP）以及干预后的总体寿命（HOGA1）。总之，多层次的证据共同支持了这些基因在调节健康衰老和长寿方面的潜在作用。

小 结

综上所述，研究团队使用全外显子组测序数据分析了LGP和 LonGenity 队列德系犹太人个体，发现百岁老人身体中有害LOF突变负荷显着降低，并确定了具有显著水平的基因和通路。研究表明，以损伤性编码突变耗竭为特征的保护性遗传背景是百岁老人超长寿的原因之一，并能够在几代人之间传递。该研究为人类超常长寿的遗传结构提供了新的见解，强调了罕见LOF突变的重要性，并确定了可能促进健康老龄化的新基因和通路。总之，该研究结果代表了人们在人类长寿遗传方面迈出的重要一步，并为该领域的未来研究奠定了基础。

参考文献：

Ying, K., Castro, J.P., Shindyapina, A.V.et al. Depletion of loss-of-function germline mutations in centenarians reveals longevity genes. Nat Commun 15, 9030 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52967-2