研究揭示表观遗传衰老对肝脏药物代谢基因的影响

研究揭示表观遗传衰老对肝脏药物代谢基因的影响

随着人口老龄化加剧，老年人药物不良反应的风险日益凸显。近日，易基因公司发表的一项研究揭示了表观遗传衰老对肝脏异生素代谢和转运基因的影响，为理解年龄相关的药物代谢差异提供了新的视角。

研究背景

65岁以上老年人发生药物不良反应（ADR）的可能性是年轻人的7倍。随着年龄增长，生理变化会损害身体安全处理药物的能力，从而影响ADR风险。这些变化包括肝血流量减少、止血储备下降和身体成分改变，这些都可能影响药物吸收、分布、代谢和排泄（ADME）过程。然而，这些生理变化发生的时间和程度存在很大的个体差异，药物反应与实际年龄没有很好的相关性。因此，有必要更深入地了解影响ADME过程的与年龄相关的生理变化。

研究方法

研究团队采用简化基因组亚硫酸盐测序（RRBS）技术，对4月龄和24月龄小鼠肝脏组织样本进行测序。每个样本平均产生32.9M序列read，比对率在68.6%76.9%之间，非CpG甲基化百分比在0.4%0.8%之间，表明亚硫酸盐转化效果良好。CpG背景下胞嘧啶的整体甲基化平均水平在4月龄小鼠中为34.3%，而在24月龄小鼠中为33.6%，表明随着年龄增长，基因组整体呈现一定的低甲基化趋势。

研究发现

年龄相关差异甲基化位点（a-DMS）分析

通过主成分分析（PCA）和聚类分析，研究团队发现PC1和PC2能够很好地区分年轻（4月龄）和老年（24月龄）小鼠的样本。聚类分析进一步证实了年龄相关的甲基化变化在小鼠群体中是一致的，并且可以用来区分不同年龄的样本。

图1：基于相关性和Ward聚类方法（来自MethyKit的分析），在RRBS DNA甲基化数据的前两个主成分上绘制了样本载荷图，并对样本进行了B聚类

表1：雄性小鼠肝脏中年龄相关差异甲基化位点（a-DMS）与雌性小鼠肝脏中已发表的a-DMS重叠

异生素代谢基因与显著的a-DMS相关

研究发现，Cyp1a2、Cyp2d9和Abcc2三个a-DMS显著基因，分别编码人类药物代谢酶Cyp1a2和CYP2D6以及多药耐药蛋白2（MRP2）转运蛋白的直系同源物。研究表明，随着年龄的增长，Cyp2d9高甲基化与基因表达降低显著相关，而Abcc2表达随着年龄增长没有变化。Cyp1a2随着年龄增长而丢失甲基化，其表达也随着年龄增长而降低。

表1：雄性小鼠肝脏中年龄相关差异甲基化位点（a-DMS）与雌性小鼠肝脏中已发表的a-DMS重叠

a-DMS与年龄相关的基因表达变化的整合

通过qPCR检测发现，Cyp2d9和Cyp1a2这两个基因在24月龄小鼠中表达水平降低，而Abcc2基因的表达水平在年龄增长过程中没有显著差异。Cyp2d9甲基化水平的增加与基因表达水平的降低之间存在显著的负相关关系。

表1：雄性小鼠肝脏中年龄相关差异甲基化位点（a-DMS）与雌性小鼠肝脏中已发表的a-DMS重叠

结果的验证和重复

通过使用高分辨率熔解（HRM）技术分析亚硫酸盐转化后的DNA，研究人员对Cyp2d9和Cyp1a2基因随年龄增长在DNA甲基化和表达变化的实验进行重复。这些结果在一个独立的雄性小鼠样本集中得到了验证，每个年龄组（4月龄和24月龄）都有6只小鼠。

表1：雄性小鼠肝脏中年龄相关差异甲基化位点（a-DMS）与雌性小鼠肝脏中已发表的a-DMS重叠

研究意义

这项研究揭示了表观遗传衰老对肝脏异生素代谢和转运基因的广泛影响，为理解年龄相关的药物代谢差异提供了新的视角。研究结果可能对长寿和健康衰老研究具有重要意义。

技术支持

易基因公司提供了全面的表观基因组学（DNA甲基化、DNA羟甲基化）和表观转录组学（m6A、m5C、m1A、m7G）、染色质结构与功能组学技术方案（ChIP-seq、ATAC-seq），为该研究提供了技术支持。

参考文献：
Abudahab S, Kronfol MM, Dozmorov MG, Campbell T, Jahr FM, Nguyen J, AlAzzeh O, Al Saeedy DY, Victor A, Lee S, Malay S, Lapato DM, Halquist MS, McRae M, Deshpande LS, Slattum PW, Price ET, McClay JL. Genome-wide analysis of hepatic DNA methylation reveals impact of epigenetic aging on xenobiotic metabolism and transport genes in an aged mouse model. Geroscience. 2024 Apr 1.