Cell Metab | 韩敬东团队开发全球首个红外人脸衰老时钟

Cell Metab | 韩敬东团队开发全球首个红外人脸衰老时钟

近日，北京大学韩敬东教授团队在Cell Metabolism期刊发表重要研究成果，开发出全球首个基于红外人脸图像的衰老时钟"ThermoFace Aging Clock"。通过分析2811名健康人的面部热成像数据，研究团队不仅揭示了面部温度与衰老之间的关联，还发现运动可以延缓衰老进程。

体温是影响细胞功能和生物体生存的重要因素，与新陈代谢密切相关。在恒温动物中，低体温通常与较长的寿命相关，低温环境可以延缓无脊椎动物的衰老过程。人类的核心体温会随着年龄的增长而逐渐降低，高体温往往意味着较高的代谢率，并可能由心理和代谢压力引起。此前，人体红外温度图像已被用于心血管疾病筛查，面部血管和脂肪分布与体表温度密切相关。

然而，目前关于面部温度的分析主要局限于情绪与整体面部温度的粗略关联。北京大学韩敬东教授团队自2015年起，系统研究了三维人脸与衰老的关系，证实了人脸三维特征是有效的衰老标志物。基于此，研究团队进一步探索了面部温度特征是否蕴含生物状态信息，以及能否用于预测衰老速率和健康状况。

图1. ThermoFace Aging Clock研究框架（来源：Cell Metabolism）

研究团队针对20至90岁之间的2811名健康人（排除急性病患者）进行了大规模队列研究。通过收集志愿者的面部热成像图像，开发了专门用于提取人脸红外面部信息的软件ThermoFace。利用人工智能等机器学习模型，研究团队训练出了面部红外图像衰老时钟以及年龄相关代谢性疾病预测模型。结果显示，基于面部红外图像构建的衰老时钟对人群年龄的平均绝对误差在5岁左右。

在对比人脸三维信息时，研究团队发现面部温度信息与血液代谢生化指标、代谢性疾病之间存在更强的关联。深入分析发现，鼻子的温度随年龄增长下降得更快，而眼周温度则随年龄增长而升高。通过收集志愿者的生活方式问卷，研究团队总结出一些延缓衰老的生活习惯，如饮用酸奶和保证充足睡眠，这些习惯的面部温度分布与衰老速率较低的人群特征一致。此外，患有糖尿病和脂肪肝等代谢性疾病的人，其衰老速率更快，且眼周温度普遍高于同龄健康人群；血压偏高的人则表现出较高的脸颊温度。

图2. 人群红外人脸随年龄的变化趋势（来源：Cell Metabolism）

为了深入理解这些温度变化背后的生物学机制，研究团队进一步分析了队列参与者的血液样本转录组数据。结果表明，红外人脸图谱中眼周和脸颊温度的升高与机体炎症反应激活有关，这可能涉及DNA损伤修复和抵抗感染等关键生物过程。

此外，研究团队还探索了运动对衰老的影响。通过让志愿者进行为期两周的跳绳运动，发现参与者的生物学年龄平均减少了五岁，这一发现为延缓衰老提供了新的潜在途径。

这项研究不仅为衰老和代谢性疾病的预测提供了新的工具，也为相关领域的进一步研究提供了重要参考。面部红外图像的采集作为一种非侵入式的检测手段，具备快速推广的可行性，有望在未来成为监测个体衰老与健康状况的重要工具。

参考文献：

1. Chen W, Qian W, Wu G, et al. Three-dimensional human facial morphologies as robust aging markers. Cell research, 2015, 25(5): 574-587.
2. Xia X, Chen X, Wu G, et al. Three-dimensional facial-image analysis to predict heterogeneity of the human ageing rate and the impact of lifestyle. Nature metabolism, 2020, 2(9): 946-957.