Анализы

Эпигенетический возраст (тест на метилирование ДНК)

Идентификация и биохимия

Полное название: Эпигенетический возраст по уровню метилирования ДНК (DNA methylation-based epigenetic age).

Синонимы: Биологический возраст, эпигенетические часы, метиломный возраст, DNAmAge, epigenetic clock, DNA methylation age.

Ген(ы): Анализ не фокусируется на одном конкретном гене. Оценивается уровень метилирования в сотнях конкретных цитозин-фосфат-гуанин (CpG) участков по всему геному. Наиболее значимые CpG-сайты включают локусы в или рядом с генами, такими как ASPA, PHOSPHO1, PDE4C, KLF14, EDARADD, ITGA2B, NT5C2, SLC12A5, ELOVL2, FHL2 — в зависимости от используемой модели (например, Horvath’s clock, Hannum’s clock, PhenoAge, GrimAge).

Молекулярная масса: Не применимо. Анализ основан на химической модификации (метилировании) цитозина в ДНК, а не на белке или метаболите с определённой молекулярной массой.

Форма: Метилированный цитозин (5-метилцитозин, 5mC) в CpG-динуклеотидах геномной ДНК, выделенной из биологических образцов (обычно цельная кровь, сыворотка, слюна, эпителий).

LOINC-код: LOINC-код может отличаться в зависимости от лаборатории и конкретной реализации теста. Некоторые лаборатории используют комбинированные коды или не имеют стандартизированного LOINC-кода. Возможные коды включают 96233-3 (DNA methylation age panel in Blood by Sequencing) или 96234-1 (DNA methylation age panel in Saliva by Sequencing), но они не универсальны.

SNOMED CT: SNOMED-коды для эпигенетического возраста не стандартизированы и варьируются. Может использоваться общий код 723134000 (Biological age measurement), но он не специфичен для метилирования ДНК.

Физиологическая роль

Метилирование ДНК — одна из ключевых эпигенетических модификаций, регулирующих экспрессию генов без изменения последовательности ДНК. Оно заключается в присоединении метильной группы (-CH₃) к цитозину в CpG-островках, преимущественно в промоторных регионах генов. Гиперметилирование промотора обычно подавляет транскрипцию, тогда как гипометилирование может активировать экспрессию.

Эпигенетические изменения, включая метилирование, играют центральную роль в:

  1. Клеточной дифференцировке: Во время эмбриогенеза и развития тканей метилирование помогает запирать ненужные гены.
  2. Поддержании геномной стабильности: Гипометилирование повторяющихся последовательностей может приводить к хромосомной нестабильности.
  3. Регуляции старения: С возрастом наблюдаются систематические изменения в метильном профиле: гиперметилирование некоторых генов и гипометилирование других, что ассоциируется с нарушением гомеостаза, клеточным старением (senescence) и снижением регенеративной способности.

Ключевые сигнальные пути, с которыми пересекаются эпигенетические изменения:

  • Путь Wnt/β-catenin — регуляция пролиферации и дифференцировки.
  • Путь PI3K/AKT/mTOR — метаболизм, рост, старение.
  • Путь p53/p21 — клеточный цикл, апоптоз, старение.
  • Путь NF-κB — воспаление, стресс-ответ.

Эпигенетический возраст отражает интегративное состояние этих процессов и считается биомаркером биологического старения, более точным, чем хронологический возраст.

Патофизиология

Повышенный эпигенетический возраст (т.е. старение быстрее нормы) ассоциирован с:

  • Хроническими заболеваниями: сердечно-сосудистые болезни, сахарный диабет 2 типа, хроническая обструктивная болезнь лёгких (ХОБЛ), нейродегенеративные заболевания (например, болезнь Альцгеймера), некоторые виды рака.
  • Факторами образа жизни: курение, ожирение, малоподвижность, хронический стресс, недостаток сна, нерациональное питание.
  • Воспалением: Хроническое системное воспаление (inflammaging) коррелирует с ускоренным метилированием в определённых CpG-сайтах.
  • Генетическими синдромами преждевременного старения: Прогерия (синдром Хатчинсона–Гилфорда), синдром Вернера — у этих пациентов эпигенетический возраст значительно превышает хронологический.

Механизмы связи:

  • Накопление метильных изменений отражает клеточный стресс, окислительный дамаг ДНК, нарушение работы ДНК-метилтрансфераз (DNMTs) и деметилаз (TET-ферменты).
  • Изменения метилирования в генах, связанных с воспалением, апоптозом и репарацией ДНК, способствуют функциональному ухудшению тканей.
  • Модели, такие как GrimAge, напрямую включают CpG-сайты, предсказывающие уровни плазменных белков (например, GDF-15, TIMP-1), что усиливает связь с патофизиологией.

Сниженный эпигенетический возраст (молодящий эффект) наблюдается при:

  • Долголетии (у центенаров).
  • Интервенциях, замедляющих старение: калорийная рестрикция, физическая активность, приём метформина, NAD+-предшественников.

Референсные значения

Референсные значения зависят от:

  • Используемой модели (Horvath, Hannum, PhenoAge, GrimAge и др.).
  • Метода измерения (микрочипы, секвенирование).
  • Биологического образца (кровь, слюна, ткани).
  • Возраста и пола пациента.

Нормой считается соответствие эпигенетического возраста хронологическому или незначительное отклонение в пределах ±5 лет. Условно:

Модель Единицы измерения Норма (отклонение от хронологического возраста) Замечания
Horvath’s clock лет -5 до +5 лет Универсальная модель, работает для разных тканей
Hannum’s clock лет -5 до +5 лет Основана на крови, более чувствительна к возрастным изменениям в периферической крови
PhenoAge лет -5 до +5 лет Коррелирует с фенотипическим старением и смертностью
GrimAge лет -5 до +5 лет Наилучший прогноз смертности; значения >+5 лет — высокий риск

Примечание: Абсолютные значения и границы нормы варьируются между лабораториями. Некоторые лаборатории предоставляют перцентили (например, 50-й перцентиль — средний биологический возраст для возраста/пола).

Методы определения

Основной метод — анализ метилирования ДНК с использованием микрочипов или секвенирования нового поколения (NGS).

  • Infinium MethylationEPIC BeadChip (Illumina): наиболее распространённая платформа. Оценивает метилирование более чем в 850 000 CpG-сайтах. Высокая воспроизводимость, чувствительность — до 5% различий в метилировании.
  • RRBS (Reduced Representation Bisulfite Sequencing): глубокое секвенирование CpG-богатых регионов после обработки ДНК бисульфитом. Высокая чувствительность, но дороже и сложнее в анализе.
  • WGBS (Whole Genome Bisulfite Sequencing): полное картирование метилирования по всему геному. Наиболее точный, но очень дорогой и редко используется в рутинной практике.

Преаналитические требования:

  • Образец: цельная кровь (в EDTA), слюна (в специальных пробирках, например, Oragene), сухие капли крови, биопсия ткани.
  • Хранение: ДНК должна быть выделена в течение 24–72 часов после сбора крови; при хранении при -80 °C стабильна годами.
  • Обработка бисульфитом: Ключевой этап — превращает неметилированный цитозин в урацил, в то время как метилированный цитозин остаётся неизменным. Позволяет различать модифицированные и немодифицированные участки.

ИФА, ИХЛА, ПЦР не используются для комплексного анализа эпигенетического возраста, но метилспецифичная ПЦР (MSP) или ПЦР в реальном времени после бисульфитной конверсии могут применяться для анализа отдельных CpG-сайтов.

Клинические показания

Когда назначают:

  • Оценка биологического возраста у пациентов, интересующихся старением и профилактикой возраст-ассоциированных заболеваний.
  • Мониторинг эффективности интервенций, направленных на замедление старения (образ жизни, нутрицевтики, фармакотерапия).
  • Исследование в рамках клинических испытаний геропротекторов.
  • Дифференциальная диагностика ускоренного старения (например, при синдромах преждевременного старения).
  • Прогнозирование риска смертности и возраст-ассоциированных заболеваний (особенно по модели GrimAge).

Когда не назначают:

  • Для рутинного скрининга в общей популяции без клинических показаний.
  • Как единственный критерий для постановки диагноза или назначения терапии.
  • Пациентам с острыми инфекциями или после недавнего хирургического вмешательства (возможны временные искажения).
  • В педиатрической практике — модели валидированы в основном для взрослых.

Интерференции и ограничения

  • Лекарства: Метформин, аспирин, статины, иммунодепрессанты могут модифицировать метильный профиль. Например, метформин ассоциирован с замедлением эпигенетического возраста.
  • Онкологические заболевания: Рак может вызывать как ускорение, так и замедление эпигенетического возраста в зависимости от типа опухоли и ткани.
  • Гематологические нарушения: Лейкоцитоз, лейкопения, анемии, трансплантация костного мозга — влияют на состав клеток крови, что искажает результаты (особенно для Hannum и PhenoAge).
  • Временные факторы: Острая инфекция, травма, операция — могут временно ускорять эпигенетический возраст.
  • Полиморфизмы ДНК: Генетические варианты в CpG-сайтах могут мешать гибридизации на микрочипах.
  • Ограничения моделей: Не все модели одинаково точны для всех этнических групп. Большинство разработаны на когортах европейского происхождения.

Интерпретация и тактика

При отклонении в сторону ускоренного старения (эпигенетический возраст > хронологического на 5+ лет):

  • Провести оценку факторов риска: образ жизни, метаболический статус, воспаление, сон, стресс.
  • Назначить или оптимизировать терапию: контроль АД, гликемии, липидов, ИМТ.
  • Рекомендовать изменения образа жизни: физическая активность (150 мин/нед умеренной интенсивности), сбалансированное питание (Mediterranean diet), отказ от курения, нормализация сна.
  • Рассмотреть применение геропротекторов (в рамках клинических исследований или при наличии показаний): метформин, NAD+-предшественники (никотинамид рибозид), ресвератрол.
  • Планировать повторный тест через 12–24 месяца для оценки динамики.

Целевые значения при терапии: Цель — снизить разницу между эпигенетическим и хронологическим возрастом до пределов нормы (±5 лет) или достичь стабилизации/замедления темпов старения.

Советы пациенту: Эпигенетический возраст — это отражение воздействия образа жизни и окружающей среды. Он обратим. Изменения в питании, движении и сне могут положительно повлиять на метильный профиль. Однако тест не является диагнозом и должен интерпретироваться в контексте общего клинического статуса.

Связь с другими маркерами

Эпигенетический возраст интерпретируют в комплексе с другими биомаркерами старения и риска:

  • Теломерная длина: Альтернативный маркер клеточного старения. Слабая корреляция с метилированием ДНК — отражают разные аспекты старения.
  • Инflammatory markers: IL-6, TNF-α, hs-CRP — повышены при ускоренном эпигенетическом возрасте.
  • Метаболические маркеры: инсулин, HOMA-IR, лептин, адипонектин — связаны с метилированием в генах, регулирующих метаболизм.
  • Функциональные тесты: VO2max, когнитивные тесты, сила хвата — коррелируют с PhenoAge и GrimAge.
  • Клинические шкалы: Физическая и когнитивная фрилитетность, индекс коморбидности.

Модель GrimAge уже включает предсказанные уровни белков (например, TIMP-1, GDF-15), что делает её частично интегрированной с протеомными данными.

Вывод

Эпигенетический возраст по метилированию ДНК — это объективный биомаркер биологического старения, основанный на систематических изменениях метильного профиля генома. Он отражает влияние генетики, образа жизни и болезней, превосходя хронологический возраст в прогнозировании риска смертности и возраст-ассоциированных патологий. Анализ проводится с помощью микрочипов или NGS после бисульфитной конверсии ДНК из крови, слюны или тканей. Интерпретация требует учёта модели (Horvath, GrimAge и др.), метода и клинического контекста. Ускорение эпигенетического возраста обратимо и может корректироваться через изменения образа жизни и, потенциально, фармакологические интервенции. Тест остаётся в основном исследовательским инструментом, но постепенно входит в клиническую практику превентивной и антивозрастной медицины.