生物学的老化における青年期の生活習慣の役割：前向き双生児研究

The role of adolescent lifestyle habits in biological aging: A prospective twin study.

抄録

背景:

思春期は急速に成長・発達する時期である。思春期に経験したことは、その後の人生の健康に長期的な影響を及ぼす可能性がある。本研究の目的は、生物学的加齢における思春期のライフスタイルの役割を調査することである。

BACKGROUND: Adolescence is a stage of fast growth and development. Exposures during puberty can have long-term effects on health in later life. This study aims to investigate the role of adolescent lifestyle in biological aging.

方法:

研究参加者は縦断的FinnTwin12研究（n = 5114）に由来する。体格指数（BMI）、余暇の身体活動、喫煙、飲酒を含む思春期の生活習慣関連因子は、自己申告に基づき、12歳、14歳、17歳の時点で測定した。サブサンプルについては、若年成人期（21～25歳、n=824）において、血液ベースのDNAメチル化（DNAm）を用いて、6つのエピジェネティック加齢指標を用いて生物学的加齢を評価した。青年期におけるライフスタイル行動のパターンを同定するために潜在クラス分析を行い、その後の生物学的老化におけるサブグループ間の差異を調べた。生活習慣行動パターンと共有される生物学的加齢に対する遺伝的および環境的影響が、定量的遺伝モデリングを用いて推定された。

METHODS: The study participants originated from the longitudinal FinnTwin12 study (n = 5114). Adolescent lifestyle-related factors, including body mass index (BMI), leisure-time physical activity, smoking, and alcohol use, were based on self-reports and measured at ages 12, 14, and 17 years. For a subsample, blood-based DNA methylation (DNAm) was used to assess biological aging with six epigenetic aging measures in young adulthood (21-25 years, n = 824). A latent class analysis was conducted to identify patterns of lifestyle behaviors in adolescence, and differences between the subgroups in later biological aging were studied. Genetic and environmental influences on biological aging shared with lifestyle behavior patterns were estimated using quantitative genetic modeling.

結果:

思春期の生活行動パターンが異なる5つのサブグループを同定した。DNAm GrimAge、DunedinPoAm、DunedinPACE推定式を用いた場合、最も不健康な生活習慣を持つクラスと高BMIの参加者のクラスは、より健康的な生活習慣を持つクラスよりも生物学的に高齢であった。生活習慣関連因子の差は若年期まで維持されていた。青年期の生活習慣に共通する生物学的加齢のばらつきの大部分は、共通の遺伝的因子によって説明された。

RESULTS: We identified five subgroups of participants with different adolescent lifestyle behavior patterns. When DNAm GrimAge, DunedinPoAm, and DunedinPACE estimators were used, the class with the unhealthiest lifestyle and the class of participants with high BMI were biologically older than the classes with healthier lifestyle habits. The differences in lifestyle-related factors were maintained into young adulthood. Most of the variation in biological aging shared with adolescent lifestyle was explained by common genetic factors.

結論:

これらの所見は、思春期の不健康な生活習慣が若年成人期の生物学的老化の加速と関連していることを示唆している。遺伝的プリオトロピーが観察された関連性の大部分を説明する可能性がある。

CONCLUSIONS: These findings suggest that an unhealthy lifestyle during pubertal years is associated with accelerated biological aging in young adulthood. Genetic pleiotropy may largely explain the observed associations.

資金提供:

本研究はフィンランドアカデミーの助成を受けた（J.K.には213506, 265240, 263278, 312073、297908 to M.O. and 341750, 346509 to E.S.）、EC FP5 GenomEUtwin（J.K.）、National Institutes of Health/National Heart, Lung, and Blood Institute（grant HL104125）、EC MC ITN Project EPITRAIN（J.K. and M.O.)、ヘルシンキ大学研究費(M.O.)、Sigrid Juselius財団(J.K.およびM.O.)、Yrjö Jahnsson財団(6868)、Juho Vainio財団(E.S.)、Päivikki and Sakari Sohlberg財団(E.S.)。

FUNDING: This work was supported by the Academy of Finland (213506, 265240, 263278, 312073 to J.K., 297908 to M.O. and 341750, 346509 to E.S.), EC FP5 GenomEUtwin (J.K.), National Institutes of Health/National Heart, Lung, and Blood Institute (grant HL104125), EC MC ITN Project EPITRAIN (J.K. and M.O.), the University of Helsinki Research Funds (M.O.), Sigrid Juselius Foundation (J.K. and M.O.), Yrjö Jahnsson Foundation (6868), Juho Vainio Foundation (E.S.) and Päivikki and Sakari Sohlberg foundation (E.S.).

ほとんどの動物にとって、人生の初期に起こる出来事は個体の健康に永続的な影響を与える可能性がある。人間の場合、思春期は特に傷つきやすい時期であり、急速な成長と発達が、独立心や実験心の芽生えと衝突する時期である。細胞が急速に成長するこの時期の不健康な生活習慣は、心臓病、肺疾患、早死といった後の健康問題を引き起こす可能性がある。これは、生物学的老化が加速することも一因であり、個人の年代的な年齢から予想されるよりも早く身体が衰えていくのである。生物学的老化に対するライフスタイルの影響を追跡する一つの方法は、エピジェネティックな変化を測定することである。エピジェネティックな変化とは、遺伝子に化学的な「タグ」をつけたり外したりすることである。これらのタグは、遺伝子の配列を変えることなく、遺伝子のオン・オフを切り替えることができる。科学者は、血液サンプル中のメチル化DNA（メチル基として知られる化学的「タグ」を持つDNA）のレベルを測定することによって、特定のエピジェネティックな変化を測定することができる。エピジェネティック・クロック』として知られるいくつかのアルゴリズムは、DNAのメチル化に基づき、生物学的に個人の老化速度を推定する。Kankaanpääらは、青年期の不健康なライフスタイルが、成人期早期の老化を加速させる可能性を示している。Kankaanpääらは、21歳から25歳までの双子824人の血液サンプルのDNAメチル化レベルのデータを分析に使用した。この双子はFinnTwin12研究の参加者で、12歳、14歳、17歳の時点でライフスタイルに関するアンケートに答えている。Kankaanpääらは、ライフスタイルによって5つのグループに分類した。最初の3つのグループには双子のほとんどが含まれ、比較的健康的な生活を送っていた。第4のグループには、身長と体重に基づく肥満度が高い人が含まれていた。最後のグループには、暴飲暴食、喫煙、運動をしない不健康な生活習慣の人が含まれていた。参加者全員の生物学的年齢を推定した結果、Kankaanpääらは、肥満度の高い人と不健康な生活習慣を持つグループの両方が、健康的な生活習慣を報告した人よりも老化が早いことを発見した。しかし、Kankaanpääらが生物学的老化の測定に使用したエピジェネティック時計によって、その結果は異なった。Kankaanpääらはまた、不健康なライフスタイルと生物学的老化の加速の両方を、共通の遺伝的要因で説明できることも示した。Kankaanpääらの実験は、不健康なライフスタイルと細胞の老化における個人の遺伝の重要な役割について、新たな洞察を提供するものである。これらの洞察は、科学者が人生の早い段階でリスクのある個人を特定し、老化の加速を防ぐのに役立つかもしれない。

For most animals, events that occur early in life can have a lasting impact on individuals’ health. In humans, adolescence is a particularly vulnerable time when rapid growth and development collide with growing independence and experimentation. An unhealthy lifestyle during this period of rapid cell growth can contribute to later health problems like heart disease, lung disease, and premature death. This is due partly to accelerated biological aging, where the body deteriorates faster than what would be expected for an individual’s chronological age. One way to track the effects of lifestyle on biological aging is by measuring epigenetic changes. Epigenetic changes consist on adding or removing chemical ‘tags’ on genes. These tags can switch the genes on or off without changing their sequences. Scientists can measure certain epigenetic changes by measuring the levels of methylated DNA – DNA with a chemical ‘tag’ known as a methyl group – in blood samples. Several algorithms – known as ‘epigenetic clocks’ – are available that estimate how fast an individual is aging biologically based on DNA methylation. Kankaanpää et al. show that unhealthy lifestyles during adolescence may lead to accelerated aging in early adulthood. For their analysis, Kankaanpää et al. used data on the levels of DNA methylation in blood samples from 824 twins between 21 and 25 years old. The twins were participants in the FinnTwin12 study and had completed a survey about their lifestyles at ages 12, 14, and 17. Kankaanpää et al. classified individuals into five groups depending on their lifestyles. The first three groups, which included most of the twins, contained individuals that led relatively healthy lives. The fourth group contained individuals with a higher body mass index based on their height and weight. Finally, the last group included individuals with unhealthy lifestyles who binge drank, smoked and did not exercise. After estimating the biological ages for all of the participants, Kankaanpää et al. found that both the individuals with higher body mass indices and those in the group with unhealthy lifestyles aged faster than those who reported healthier lifestyles. However, the results varied depending on which epigenetic clock Kankaanpää et al. used to measure biological aging: clocks that had been developed earlier showed fewer differences in aging between groups; while newer clocks consistently found that individuals in the higher body mass index and unhealthy groups were older. Kankaanpää et al. also showed that shared genetic factors explained both unhealthy lifestyles and accelerated biological aging. The experiments performed by Kankaanpää et al. provide new insights into the vital role of an individual’s genetics in unhealthy lifestyles and cellular aging. These insights might help scientists identify at risk individuals early in life and try to prevent accelerated aging.