年龄鉴定最靠谱的方法原来是DNA甲基化?

近年来,越来越多地研究证实DNA甲基化的状态与生物个体的年龄之间存在着高度的相关性。通过研究CpG位点的甲基化程度并建立与年龄之间的关系,从而可以推断出生物个体的年龄。这一研究方法由于本身的可靠性和准确性,而备受法医学中年龄鉴定研究的青睐,成为目前法医学的一大研究热点并有望得到推广应用。我们就来给大家解析一下在法医鉴定中如何应用DNA甲基化状态推测年龄。

什么选择研究DNA甲基化来推断年龄?

在法医学实际应用中,传统的年龄预测方式主要是通过对骨骼的组织形态学进行判断。但这只适用于能够获得骨骼检材且相对完整,而且需要有经验的专家进行判断。但对于在犯罪现场无法获得检材或获得的检材已经腐败、肢解等,传统的年龄推断方法就表现出一定的局限性。对于这种状况,科学家们尝试利用一些分子标记物去解决这些问题,比如端粒长度、氨基酸的外消旋性、线粒体DNA突变、RNA标志物及基因重排等与年龄相关的标志物,但这些方法受限于生物个体间的差异,最后的结果预测误差很大,不能够应用到实际的年龄鉴定中[1]。

 

而多篇文献报道[1-4],CpG岛的DNA甲基化状态被证明与年龄有着高度的相关性。有些CpG位点的甲基化水平随着年龄的增加而下降。也有些报道称,有些特定位点的甲基化水平会随着年龄的增加而增加。国内外很多研究均对此展开了深入的研究,建立了以DNA甲基化为标志物的预测模型,平均预测误差在2.9-5.2岁。并证实,DNA甲基化可以作为年龄预测的生物标记物,降低预测误差,是法医学中一种便捷的,且更加准确的年龄预测方法。研究CpG岛的DNA甲基化状态可以准确、可靠地预测生物个体的生物学年龄,并可以推广到实际案件应用中。

内外研究状况及成果

由于这一检测方法可靠且准确,可以推广到法医实际应用中,因此国内外的科学家们纷纷开展研究,寻求理想的CpG位点,建立CpG位点与年龄之间的预测模型,减少由于内部或外部影响因素而导致的差异性,并在此基础上不断拓展检材类型及不同群体之间的应用,比如血液、血斑、男女群体或不同种族群体等的适用性。

 

波兰华沙市公安局法医中心实验室:在420个年龄在2-75岁之间的男女人群中,采用亚硫酸氢盐转化和焦磷酸测序的方法学研究了41个CpG位点的甲基化程度。最终选取了5个位于ELOVL2基因片段上的甲基化位点用于构建年龄预测模型,年龄预测标准偏差为4.5岁。然后在120个不相关的人群中对以上的预测模型进行验证,平均绝对偏差在3.9岁。2-19岁的人群中,86.7%的人预测误差为正负5岁。在60-75岁的人群中,低于50%的人可以被准确预测。

 

Development of a forensically useful age prediction methodbased on DNA methylation analysis. R. Zbie_c-Piekarska et al. / ForensicScience International: Genetics 17 (2015) 173–179.[2]

 

中国公安部物证鉴定中心&北京基因组所:本篇研究首先从8对中国汉族女性双胞胎姐妹中进行全基因组范围的甲基化图谱筛查,然后在50个年龄在20-80岁之间不相关的中国汉族女性志愿者中对筛选出的CpG位点进行验证。最终11个甲基化位点被选择用于构建不同的年龄预测模型,根据比较结果,最终确定了选择其使用6个甲基化位点构建的SVR计算模型非常适合年龄预测,平均预测误差在4.7岁。 

 

A novel strategy for forensic age predictionby DNA methylation and support vector  regression model.Scientific Reports | 5:17788 | DOI: 10.1038/srep17788.[1]

 

四川大学法医研究院:建立了一套基于焦磷酸测序方法的甲基化年龄预测流程,预测模型为线性回归模型可以可靠、准确地应用与血液和血斑样本的年龄预测。在38个候选位点中筛选出5个相关度最高的甲基化位点,其中3个位点在之前的研究中没有报道过。基于年龄在9-75岁之间的89个志愿者群体,建立了线性回归模型,使用3个基因片段上的4个与年龄相关的甲基化位点,预测相关性为0.819,平均绝对偏差为7.87;并在40个血液样本中验证了这个线性回归模型,平均绝对偏差为7.986。对于血液样本和血斑样本,预测准确性并没有明显差异。本项研究还对新鲜的血斑和存放4个月的血斑进行了结果比较,研究表明,焦磷酸测序可以可靠且准确地应用于血液、血斑的甲基化年龄预测。

 

Developing a DNA methylation assay for human age prediction inbloodand bloodstain. 1872-4973/ã 2015Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.[3]

 

德国亚琛工业大学医学院:本篇文章的研究思路大概是,前期先全方位的检测甲基化位点,然后通过设定条件筛选出理论上与年龄相关的位点。但这些位点在诱发多能干细胞中大多数被推翻。最后选出3个位点,采用焦磷酸测序的方法,在151个血液样本群体中建立了预测模型。MAD(平均绝对偏差)值小于5岁。

 

Agingof blood can be tracked by DNA methylation changes at just three CpG sites.Weidner et al. Genome Biology 2014, 15:R24.[4]

 

基化研究在年龄鉴定应用上的局限性

尽管DNA甲基化位点可以作为年龄预测的生物标记物,降低预测误差,是法医学中一种便捷,且更加准确的年龄预测方法。但是DNA甲基化在不同群体中呈现出高度的差异性,主要是由于等位基因频率的不同,复杂的上位性及环境影响因素。

 

除此之外,还有外部影响因素,比如身体机能(健康、疾病、年龄等),饮食习惯(吸烟、酗酒等)和太阳暴晒都会对甲基化的变化产生长期的影响。DNA甲基化程度还会受到性别的影响,因此在选择特异性甲基化位点时,需要考虑性别差异。

 

基化研究思路及方法

从上述的甲基化国内外研究现状及成果中,我们可以看出,大部分的研究思路遵循以下几点:

在选定群体中全基因组范围内检测甲基化图谱

1.设定条件筛选与年龄相关的CpG位点

2.进一步在选定群体中筛选出用于建立预测模型的CpG位点

3.建立年龄预测模型

4.在群体中验证模型的准确性及适用性 

研究方法中,最初的样本类型一般为血液样本,然后再拓展到比如血斑等其他类型的检材中。涉及到的实验技术主要包括有样本的核酸提取、DNA模板的亚硫酸氢盐转化、PCR片段扩增、焦磷酸测序等甲基化检测技术以及预测模型的构建。甲基化检测技术是整个研究中的关键技术之一,而焦磷酸测序技术是DNA甲基化检测的金标准,因此被广泛应用其中。

 


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