Cell速递：信息论视角下的衰老：表观遗传信息丢失是哺乳动物衰老的原因之一

关键词：衰老，表观遗传，信息论，熵增

论文题目：Loss of epigenetic information as a cause of mammalian aging

论文来源：Cell

论文地址：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)01570-7

所有有生命之物都会经历熵增，具体表现为基因及表观信息的丢失。在酵母中，表观信息随时间的丢失，是由于染色质修改蛋白由于 DNA 断裂导致的重定位使其失去自身特征，这是酵母衰老的标志之一。使用ICE（人工诱导的表观基因组改变），该研究 DNA 修复发现在生理、认知及分子层面加速了衰老，包括侵蚀表观基因景观、细胞分化、衰老及DNA甲基化进程的加速。而DNA甲基化时钟可以通过OSK介导的机制逆转，这也符合信息论视角下对衰老的理解，即由于信息丢失是一个可逆的衰老原因。

衰老的标志，是细胞功能和状态随时间的改变，然而这只是从硬件层面来看；从软件来看，生命是信息与环境的交互下涌现的模式，当关键信息丢失，生命对应的系统就会出故障，这是基于信息论对衰老的解释。存储生命所需的信息不止是DNA序列（基因组），还包括对DNA的修饰（甲基化）。后者被称为表观基因组，可决定DNA序列是否被表达。如将DNA看成是图纸，表观基因组存储的则是脚注，标出是否要组装这一零件。

当细胞复制时，不仅会积累新发突变，改变基因组，还会忽略原细胞上的表观信息，即改变表观基因组。在人工诱导改变小鼠的表观基因组后，发现小鼠的表观年龄增加（图1），且ICE小鼠由于实验处理，导致表观信息丢失后，衰老过程加速（图2）。

该研究还指出，上述表观遗传失调引起的衰老并非不可逆，通过基因疗法，修改3种干细胞活跃的基因 Oct4、Sox2 和 Klf4，可以帮助实验小鼠的细胞恢复到年轻状态，让表观遗传失调的细胞重新启动。这为恢复细胞活力，控制衰老提供了新的思路。