在哺乳动物中CpG以两种形式存在：一种是分散于DNA序列中；另一种呈现高度聚集状态，人们称之为CpG岛（CpGisland）。在正常组织里，70%～90%散在的CpG是被甲基修饰的，而CpG岛则是非甲基化的。正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的CpG二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为100-1000bp左右，富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且CpG岛常位于转录调控区附近，与56%的人类基因组编码基因相关，因此基因转录区CpG岛的甲基化状态的研究就显得十分重要。人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组CpG岛约为28890个，大部分染色体每1Mb就有5-15个CpG岛，平均值为每Mb含10.5个CpG岛，CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系。

Steve教授在国际上研究甲基化和寿命关系十分有名气，该研究是一次研究结果意外失败后的重新复活的典型，因为本来是希望研究甲基化和同性恋是否有关系的，结果发现没有任何关系，但是通过分析甲基化和年龄的关系反而获得了意外相关性，沿这个研究思路，提出了甲基化作为年龄的生物学标记物，成为其小组的研究特色。这一研究方向不仅具有应用价值，而且可能潜力无穷。因为随着研究的深入，将给抗衰老研究提供重要思路和方法。或许能找到解决生命老化的方法，因为要解决一个问题，首先要准确描述和分析这个问题。他们的研究至少给人类的生物老化提供了一种重要客观指标。

在中学时代，德国学者Steve Horvath、同卵双胞胎兄弟Markus和他们的朋友Jörg Zimmermann就建立了吉尔伽美什计划'the Gilgamesh project'，这个计划是定期讨论数学、物理学和哲学问题。计划的灵感来自古代苏美尔史诗中乌鲁克国王寻找长寿草药的传说。会议上经常讨论的就是长寿问题。

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在1989年最后一次会议上，三人帮达成一个约定，他们将终生献身于通过科学促进人类健康的职业。Jörg从事计算机科学和人工智能，Markus从事生物化学和遗传学，Steve将致力于用数学模型和基因网络解决如何延长寿命。Jörg成为德国波恩大学计算机科学家，从事人工智能研究。但是Markus转行成为精神病医生。

Steve现在是加州大学洛杉矶分校的遗传学家和生物统计学家，他自认为仍在泰然自若地遵守儿时诺言，虽然在这一过程中承受了各种困难，先后经历多年的孤军奋战、反复被杂志和审稿专家的拒稿、失去一个孩子的痛苦，但都没有让他停止不前，他已经收集分析了13000个人类组织样本。他的研究结果是一种能精确标记细胞生物钟，这种结果不仅容易检测，而且具有多器官同步性特点。也就是说，他找到了如何准确简单分析寿命的生物学标记。

Horvath的标记来自表观遗传学，所谓表观遗传，是在DNA不发生改变的前提下，核酸碱基受到化学和结构修饰而导致基因表达变化，这种变化能在细胞分裂时遗传给后代细胞。当细胞衰老时，表观遗传模式发生转换，其中一些变化能标记时间或标记寿命。为了用这种方法确定年龄，Horvath对细胞中数百个不同DNA序列区域的甲基化进行分析，以确定甲基化群的现象。

根据这些基因组位置的甲基化状态，他发现了一种能精确估算细胞来源人年龄的算法。例如用白细胞，这种细胞只有几天或几周的寿命，但存在50岁年龄人的表观遗传学信息，其误差只有几年。来自面部皮肤、大脑、大肠和其他器官的细胞，都具有同样稳定的表观遗传学标记。这种检测方法完全不同于过去判断年龄的金标准，旧标准必须通过限定的1到2个组织如牙齿和骨骼，这些终生稳定的组织内蛋白中天冬氨酸外消旋化程度一直作为寿命的生物标志。

Horvath说他想开发出一种能用多种组织标记年龄的技术，这种项目风险巨大。但现在运气似乎不错，去年他发表了他的这一发现，这种新方法的中位误差为3.6年，意味着能用多种组织完成这一任务。如果只用唾液误差可下降到2.7年，某些类型的白细胞则可下降到1.9年，大脑皮层能降低到1.5年。这种方法能识别来自胚胎的干细胞和百岁老人的大脑皮层。

因为端粒研究获医学生理学诺贝尔奖的加州大学旧金山分校Elizabeth Blackburn认为，这种严格的相关性提示，细胞内有一些东西是不变的，这应该存在未被发现的生物学原理。她建议这种表观遗传学方法可作为判断一个人出生的方法。

Horvath的文章发表后几个月，其他学者重复出了他的研究，并扩展了研究结果。这一研究具有应用性价值，但仍存在一些需要解决的问题。

澳大利亚昆士兰大学定量遗传学家Peter Visscher认为这一研究非常新颖，如果结论正确的话，说明存在年龄相关表观遗传学生物钟，这不仅有趣，而且很重要。

其实Horvath在研究中也走过弯路，开始他主要是希望从基因表达角度来寻找年龄标记线索，但多年的研究结果一直不太理想。但是他经过谨慎考虑后发现，基因表达变化的年龄因素即使存在，但由于不同细胞类型和不同个体之间基因表达有很大的差异，这种差异噪音会掩盖这种年龄因素的影响。但开始他又找不到出路。2011年情况发生了转变。作为加州大学洛杉矶分校Eric Vilain小组的一个成员，Horvath对来自68名成年唾液提出的DNA甲基化模式进行分析，本来的研究目的是为了寻找表观遗传学和性趋向的关联性。结果没有发现任何相关性，最后Horvath和同事们决定用这些资料分析和年龄的相关性。结果让他们大为吃惊。

人类DNA甲基化群常出现在CpG位点上，CpG位点就是胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤位点，即DNA序列中胞嘧啶后紧连鸟嘌呤的位点。典型的人类DNA中包含2800万这种CpG位点。但是甲基化基因芯片技术本身十分关键，过去的机器只能检测2.7万个甲基化，而新机器可以检测到48.5万个(感谢印老师纠正此处要命错误)。

Horvath十分走运，他用一个简单的统计学模型成功地对唾液细胞DNA CpG位点甲基化和年龄进行匹配，结果发现相关系数达到0.85。这意味着用这个方法预测年龄的误差只有5年左右。

随后他对其他组织进行了类似的分析，并突然意识到这正是他过去几年一直没有实现的科研目标。当然设想虽然不错，真正去实现仍然要面对不少困难。不过经过一段时间努力，他取得了成功。

更具体细节，请看<<自然>>原文.

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