构建基于 DNN 的生物年龄模型:揭示衰老影响因素,助力健康老龄化

时间:2025年3月8日
来源:GeroScience

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为提升生物年龄预测精度、探究衰老影响因素,研究人员构建 DNN 模型,发现多因素与加速衰老相关,意义重大。

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探索生物年龄的奥秘:深度解析衰老影响因素的创新研究

在岁月的长河中,衰老一直是生命科学和健康医学领域的重要课题。人们常说,年龄只是一个数字,但对于健康而言,生物年龄(biological age)或许才是衡量身体真实衰老程度的关键指标。生物年龄能反映个体的身体健康状况,并且与多种疾病紧密相连。同样是 60 岁的人,有的活力满满,身体各项机能良好;而有的却疾病缠身,身体状况堪忧,这背后就是生物年龄在 “作祟”。
当前,测量生物年龄的方法众多,像基于组学数据、生理标志物和功能测量的指标,但这些方法在临床应用中存在不少问题。要么数据获取困难,要么成本高昂,技术操作也复杂。而且现有的预测模型在精度上还有很大提升空间,对于加速衰老的风险因素也未完全探究清楚。在人口老龄化日益严重的今天,这些问题显得尤为突出,探索更精准的生物年龄测量方法以及明确衰老的影响因素迫在眉睫。
为了解开这些谜团,浙江大学医学院等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。该研究成果发表在《GeroScience》杂志上,为我们深入了解衰老机制、促进健康老龄化提供了宝贵的见解。
研究人员运用了多种关键技术方法来开展这项研究。他们依托中国慢性病前瞻性研究(China Kadoorie Biobank,CKB)队列,该队列在 2004 - 2008 年从中国五个城市和五个农村地区招募了 50 多万 30 - 79 岁的参与者,收集了丰富的信息。研究人员选取了 18 项生化指标、7 项身体指标和 26 项问卷指标,利用深度神经网络(Deep Neural Networks,DNN)构建生物年龄模型。在分析数据时,使用了随机森林多重插补法处理缺失值,运用多变量 Cox 回归、多因素逻辑回归和相互调整的多元线性回归等统计方法进行分析。
下面来看看具体的研究结果:
  1. DNN 模型性能:构建的生物年龄与实际年龄高度相关,相关系数达到 0.932,平均绝对误差(MAE)仅为 3.655 年,这表明模型预测精度较高。在预测全因死亡率方面,生物年龄的曲线下面积(AUC)为 0.694,高于实际年龄的 0.690,调整多种因素后,AUC 值略有增加,进一步证明生物年龄是死亡风险的有效预测指标,且比实际年龄预测能力更强。
  2. 衰老加速与发病率的关系:通过分析发现,Δage(生物年龄与实际年龄的残差,用于量化衰老加速程度)与糖尿病和高血压显著相关。调整多种因素后,Δage 每增加 1 年,糖尿病风险增加 2.6%,高血压风险增加 1.9%,但与风湿性心脏病的关联不显著。
  3. 衰老加速与死亡率的关系:在总体人群中,衰老加速与全因死亡率增加相关,Δage 每增加 1 年,全因死亡率的风险比(HR)为 1.029。其中,与循环系统疾病和呼吸系统疾病的关联最为显著,Δage 每增加 1 年,循环系统疾病死亡率风险增加 3.3%,呼吸系统疾病死亡率风险增加 7.8%,在高血压、脑血管疾病和慢性下呼吸道疾病中死亡率风险更高,但与恶性肿瘤、内分泌疾病、精神和行为障碍以及泌尿生殖系统疾病的关联无统计学意义。
  4. 影响因素与衰老加速的关系:研究发现,多种社会人口学因素和行为模式与加速衰老有关。例如,与正常体重指数(BMI)的人相比,体重过轻的人衰老加速更为明显,而超重和肥胖者的 Δage 则有所降低;适度饮酒与衰老减速有关,而低身体活动水平会加速衰老,高身体活动水平则减缓衰老;睡眠质量评分每增加 1 分,Δage 增加 0.068 年;此外,女性、低教育水平、丧偶或离婚、低收入等因素也与加速衰老相关,且这些不利社会人口学因素与衰老加速的关联在男性、低教育程度、丧偶或离婚以及低收入参与者中更为明显。
研究结论和讨论部分表明,该研究成功构建了高精度的生物年龄模型,揭示了生物年龄与多种疾病发病率和死亡率的紧密联系,同时明确了一系列与加速衰老相关的社会人口学和生活方式因素。这不仅为生物年龄的估计提供了新工具,也为干预衰老相关健康风险指明了潜在方向。例如,通过改善生活方式,如保持适当体重、增加身体活动、保证良好睡眠等,可能有助于减缓衰老进程,降低疾病风险。不过,研究也存在一些局限性,如未收集慢性病发病日期,无法确定衰老加速与行为因素的因果关系;受数据限制,用于估计生物年龄的预测指标有限;研究对象为中国人群,模型参数可能不适用于其他人群。但总体而言,这项研究为后续研究奠定了坚实基础,对推动健康老龄化的发展具有重要意义,有望为未来的健康干预和疾病预防提供新的思路和方法。

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