《GeroScience》：NIA Caenorhabditis Intervention Testing Program: identification of robust and reproducible pharmacological interventions that promote longevity across experimentally accessible, genetically diverse populations
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本文聚焦美国国立衰老研究所的秀丽隐杆线虫干预测试项目（CITP）。该项目利用基因多样的秀丽隐杆线虫，筛选能延长寿命和健康 span 的药物干预措施。文中详述其工作流程、成果，如确定 12 种有效化合物，还探讨了成果转化及对衰老研究的意义，值得关注。
引言
老年科学（Geroscience）致力于探究衰老生物学，以及与年龄相关疾病背后的分子和细胞变化。其核心观点是，衰老作为老年人患慢性疾病的主要风险因素，若能针对衰老的驱动因素进行干预，有望延缓与老年相关疾病的发生或减轻其严重程度。除了运动和饮食干预外，寻找有效的药物干预措施，成为应对衰老挑战的另一重要途径。秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）因具备寿命短、成本效益高、基因多样且与人类基因有较高同源性等特点，成为理想的研究模型。
美国国立衰老研究所（NIA）的衰老生物学部门（DAB）于 2013 年发起了秀丽隐杆线虫干预测试项目（CITP），旨在通过标准化、可重复的实验，筛选能延长秀丽隐杆线虫寿命和健康 span（healthspan）的药物干预措施。该项目借鉴了小鼠干预测试项目（ITP）的成功经验，由三个学术研究实验室合作开展，共同推进项目进展。
CITP 工作流程概述
CITP 在启动干预测试时，对多种秀丽隐杆线虫、布里格丝秀丽隐杆线虫（C. briggsae）和热带秀丽隐杆线虫（C. tropicalis）菌株进行手动生存测定，评估化合物的作用。随着研究的深入，为提高测试效率，对工作流程进行了优化，形成了当前的 5.2 版本。
在这个版本中，进入测试流程的化合物需经过四个阶段的严格测试。第一阶段，化合物在秀丽隐杆线虫参考菌株 N2 上进行五个剂量的测试，部分化合物还需在第二个实验室进行重复测试。若化合物能使 N2 线虫的中位寿命延长≥20%，则进入第二阶段，在代表性的布里格丝秀丽隐杆线虫 AF16 菌株上进行类似剂量范围的测试，以确定最佳测试剂量。第三阶段，使用前两阶段确定的最佳剂量，在三个实验室对多种秀丽隐杆线虫和布里格丝秀丽隐杆线虫菌株进行手动生存测定。只有在多个菌株中均能使中位寿命延长≥20% 的化合物，才有资格进入第四阶段。第四阶段会对化合物进行更深入的表型、功能和分子分析，包括评估老年线虫的运动功能、进行转录组分析、代谢组学研究等。
化合物选择的考虑因素
为确保筛选出具有潜力的化合物，CITP 通过多种途径获取测试化合物。首先是同行评审提名，感兴趣的研究人员、组织或企业可通过 NIA 主办的 CITP 干预提名网站提交化合物申请，经专家评审和 CITP 指导委员会批准后进入测试流程。其次，通过挖掘科学文献和利用机器学习预测，筛选可能影响衰老途径的化合物。此外，CITP 还对特定化学库进行筛选，寻找具有延长寿命和健康 span 潜力的新型化合物。
CITP 操作和方法的基础
为更真实地模拟人类遗传多样性，CITP 选择了一组野生秀丽隐杆线虫菌株进行研究。这些菌株涵盖了秀丽隐杆线虫、布里格丝秀丽隐杆线虫和热带秀丽隐杆线虫三个物种，其遗传多样性高于人类群体，与小鼠群体相当。在实验过程中，CITP 严格遵循标准操作协议，包括定期更换测试菌株以防止遗传漂移，同步培养线虫，规范生存测定流程等。同时，CITP 还建立了数据协调中心（DCC），负责数据的收集、整理和存储，确保数据的质量和可重复性。
为评估实验结果的可重复性，CITP 对多个潜在变异来源进行分析，包括实验室、物种、菌株、实验人员、试验和培养板等因素。结果显示，实验室间的差异对实验结果的影响较小，大部分变异源于遗传差异和个体差异。这表明严格遵循 CITP 协议能够在不同地理地点获得可重复的实验结果，但实验过程中的一些随机因素仍会导致一定的变异。
新技术的整合：自动化寿命机器
随着 CITP 项目的发展，为提高干预测试的通量，引入了自动化寿命机器（ALM）进行生存分析。ALM 具有诸多优势，如减少研究人员的劳动投入、可同时进行大规模实验、能生成高分辨率的生存曲线等。然而，ALM 也存在一些局限性，例如实验过程中无法更换化合物，光照可能影响化合物的化学完整性等。因此，在修订后的 CITP 工作流程中，手动生存测定仍是主要的干预评估方式，而 ALM 则用于对在多个菌株中能使中位寿命延长≥20% 的化合物进行进一步分析。
转录组学、衰老时钟和寿命延长机制
近年来，CITP 开始对选定化合物进行转录组学分析，研究干预前后线虫的基因表达变化。通过这种方式，能够深入了解化合物的作用机制，为筛选具有转化潜力的干预措施提供依据。例如，全反式维甲酸（all-trans-retinoic acid，atRA）可延长秀丽隐杆线虫的中位寿命，转录组学数据揭示了其延长寿命所依赖的多个激酶和转录因子，表明 atRA 可能通过调节多个长寿途径来发挥作用。随着转录组学数据的积累，CITP 有望构建更准确的转录组学衰老时钟，为衰老研究提供重要资源。
CITP 对健康 span 指标的考虑
在衰老领域，维持个体在一生中的最大功能，即延长健康 span，被视为治疗干预的关键目标。CITP 对化学干预如何影响多种健康指标进行了研究，主要关注运动能力下降、氧化应激和热应激等方面。
通过量化秀丽隐杆线虫的游泳运动来评估其运动活力，发现干预治疗后，线虫的游泳活力与寿命延长之间的相关性并不强。一些化合物如二甲双胍（metformin），虽不能延长某些菌株的寿命，但可延长其运动活力保持的时间。在评估化合物对氧化应激和热应激的影响时，发现游泳能力和氧化应激抗性与寿命的相关性较差，热耐受性与寿命的相关性相对较好，但存在较大差异。因此，CITP 将健康评估（主要是运动能力评估）调整到第四阶段，针对那些能使中位寿命延长≥20% 的干预措施进行评估。
2013 - 2024 年 CITP 对衰老领域的贡献总结
自 2013 年启动以来，CITP 在多个方面为衰老领域做出了重要贡献。首先，建立了一套可重复的实验方案，用于评估成年线虫的生存情况，为研究衰老干预措施提供了可靠的方法。其次，设立了公众提名机制，拓宽了化合物的来源渠道，并建立了相应的网络界面支持申请和进展发布。再者，开发了数据协调中心，为数据管理和分析提供了有力支持，同时还推动了相关技术的发展和应用。
在化合物筛选方面，截至 2024 年 12 月，CITP 共测试了 77 种化合物，确定了 12 种能在多个菌株和实验室中显著延长线虫中位寿命≥20% 的化合物。此外，还对一些备受关注的化合物进行了研究，如白藜芦醇（resveratrol）、α - 酮戊二酸（alpha-ketoglutarate）、二甲双胍等，发现它们在不同菌株中的效果存在差异。同时，CITP 还采用了先进的数据挖掘方法，提高了发现新型有效干预化合物的能力。
展望：慢性疾病和预防医学
秀丽隐杆线虫作为一种简单而有效的动物模型，在衰老研究中具有重要价值。CITP 筛选出的能延缓秀丽隐杆线虫衰老的化合物，有望成为预防人类慢性疾病的药物研发起点。目前，CITP 会监测在秀丽隐杆线虫中表现出积极效果的干预措施在小鼠实验中的表现。部分在秀丽隐杆线虫中有效的化合物，在小鼠实验中也显示出一定的延长寿命或改善健康的作用，但由于物种差异，仍有许多因素可能影响化合物的转化效果。
尽管如此，从进化保守的角度来看，在秀丽隐杆线虫中发现的长寿调节因子有可能在哺乳动物中发挥类似的作用。例如，基于硫黄素 T（Thioflavin T）设计的化合物 2 - 羟基苯基 - 苯并恶唑（HBX），在小鼠实验中不仅能增加雄性小鼠的中位寿命，还能预防股骨骨质流失和对抗肌萎缩侧索硬化症（ALS）病理。这表明，秀丽隐杆线虫的研究成果为寻找治疗和预防慢性疾病的新途径提供了重要线索。
总结和未来展望
在过去的 13 年里，CITP 建立了强大的实验和统计方法，用于在基因多样的秀丽隐杆线虫群体中测试药物干预措施，为衰老研究提供了丰富的数据和有价值的见解。随着衰老领域研究技术的不断发展，越来越多的候选老年保护剂（geroprotectants）被提出，CITP 有望在筛选和评估这些化合物方面发挥重要作用，为临床前和临床研究提供更多有潜力的候选药物。
未来，CITP 将继续优化工作流程，提高测试通量，深入研究化合物的作用机制，同时加强与其他研究项目的合作，共同推动衰老研究的发展，为改善老年人的健康状况做出更大的贡献。
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