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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

402期2025年12月號

出版日期:2025/12/15

正方形 Icon 觀念探索 Insights & Trends

「老化時鐘」從新的觀點揭開人體生理與壽命的奧祕

撰文/韓吉露(Jessica Hamzelou) 翻譯/連育德

本刊取得美國麻省理工學院Technology Review期刊圖文授權。
本刊取得美國麻省理工學院Technology Review期刊圖文授權。

老實說,你是否也曾在社群媒體搜尋童年友伴,只想偷看他們長大變老的模樣?

我有個同事──名字我就不說了──就這麼做過。他最近分享了一張老同學的照片,「你相信我們同年紀嗎?」他帶著幾分得意的語氣問。我有個親戚也以此為樂。看到從小就認識的朋友的照片,她會說:「哇,她看起來好老。」顯然,歲月對某些人比較留情。

但撇開皺紋與白頭髮不看,要真正判斷一個人的老化狀況是好是壞,並不容易。有些人年輕時就罹患年齡相關疾病,或是出現其他與老化相關的生理變化(例如膽固醇過高與發炎標記等),可能被認定「生理年齡」比同齡族群更大。再看看80歲的高齡長者,有的人虛弱無力,有的人照樣生龍活虎。

在梅約診所(Mayo Clinic)研究老化現象的錢卓(Tamir Chandra)指出,長久以來,醫師為了判斷病患有無體力承受某些治療,往往會借重功能性測試,例如測量病患的力道或步行距離,甚至乾脆憑肉眼猜測。

但過去10年,科學家陸續發現新的測量方法,得以觀察人體表面看不到的老化過程,研究成果正在改變我們對老化的理解。

所謂的「老化時鐘」(Aging Clock),是一種能夠測量人體器官磨損情形的全新科學工具,讓我們更深入瞭解自己的壽命與健康,一瞥自己的生理年齡。相較於實際年齡只是代表我們過了幾次生日,生理年齡有更深一層的意義,不僅能測量歲月對身體的影響,還可以看出還剩下多少壽命。我們雖然無法改變實際歲數,卻可能有辦法影響自己的生理年齡。

使用老化時鐘的人不只有科學家,推廣長壽技術的網紅如強森(Bryan Johnson),也常以此宣稱自己愈活愈年輕。他4月時曾在社群平台X上發文:「我的端粒顯示我只有10歲。」名媛網紅卡黛珊(Kardashian)家族也測試過,排名老三的克蘿伊(Khloé)在電視節目中得知,自己的生理年齡比實際年齡年輕12歲。甚至連我家附近的健康食品店都提供生物年齡檢測,也有業者更進一步利用老化時鐘,販售未經證實有效的「抗老化」補充品。

這門被一些專家暱稱為「時鐘世界」(Clock World)的科學還很新,多數專家都認為老化時鐘無法明確透露一個人的生理年齡。
然而,相關研究逐漸讓人看到,老化時鐘還可以有更多貢獻,不只是拿來社群媒體炫耀、當作騙人的銷售花招,也絕不只是吸睛的年齡數字。事實上,老化時鐘正在協助科學家解開生物學的一大奧秘:我們為什麼會老化?如何老化?老化從何時開始?老化究竟又代表什麼?

最終、也是最關鍵的一點是,老化時鐘不久後或許能告訴我們,老化過程能不能逆轉。

啟動時鐘

人體基因的運作並非一成不變。稱為甲基(Methyl Group)的分子會附著在 DNA 上,控制基因製造蛋白質的方式,這個過程稱為甲基化(Methylation),可能發生在基因組的數百萬個位點。這些所謂的表觀遺傳標記(Epigenetic Marker),能夠控制基因開關或增減蛋白質產量。它們並非DNA的一部分,卻牽動DNA的運作。

2011年,加州大學洛杉磯分校(UCLA)生物統計學家霍瓦(Steve Horvath)參與一項研究工作,企圖找出性傾向與這些表觀遺傳標記之間的關聯。他本身是直男,而同樣志願參與實驗的雙胞胎弟弟是同志。

這項研究最終未能找出DNA甲基化與性傾向有明確關聯,但霍瓦檢視資料時,卻注意到另一個趨勢:基因組約有88個位點顯示甲基化與年齡存在高度關聯。他說他當下差點從椅子摔下來。

這些受影響的基因當中,許多原本已經跟年齡相關的腦部與心血管疾病有關,但甲基化為何可能與這些疾病有關聯,當時仍不明朗。

2013年,霍瓦從8,000個組織與細胞樣本蒐集甲基化的資料,建立了他稱為「霍瓦時鐘」(Horvath Clock)的數學模型,能夠根據基因組中353個位點的DNA甲基化,估算出年齡。只要一個組織樣本,它就能檢測出一個人的年齡,誤差在2.9歲以內。

這個時鐘改變了一切。相關研究於2013年正式發表,象徵了「時鐘世界」的誕生。對有些人而言,後續發展潛力幾乎無窮無盡。如果模型能夠計算出老化的平均值,就有可能推算出某個人的老化程度是高於、還是低於一般。它可能翻轉醫學,加速抗老化藥物的研發,也可能讓我們瞭解老化的本質,又為何會老化。

英國伯明罕大學(University of Birmingham)的老化研究學者馬嘉里斯(João Pedro de Magalhães)說:「坦白說,這個研究領域很少有成功案例」,但這個表觀遺傳時鐘是例外。

一直過了幾年,才有愈來愈多老化研究學者聽說這個時鐘,把它納入研究,甚至研發出自己的版本。霍瓦因此成為小有名氣的人物。他說,後來參加學術會議時,開始會有科學家找他合照自拍。有些研究人員甚至還製作T恤,上頭印著他2013年那篇論文的首頁。

後來陸續問世的其他老化時鐘,也各有特色,例如PhenoAge時鐘不僅有甲基化數據,還納入血球計數與發炎指標等健康資訊,而Dunedin老化步調時鐘(Dunedin Pace of Aging clock)則判斷一個人的老化速度是快是慢,而不看具體年齡。許多時鐘都以測量甲基化為主,但也有一些檢視其他變數,例如血液中的蛋白質,或附著於這些蛋白質上的特定碳水化合物分子。

在倫敦國王學院(King,s College London)研究老化,亦是老化生物標記聯盟(Biomarkers of Aging Consortium)成員的賀佐格(Chiara Herzog)說,發展至今,老化時鐘已經有好幾百種、甚至幾千種。每個人都有自己偏好的版本。霍瓦愛用自己研發的死神時鐘(GrimAge Clock),能夠預測距離死亡的時間。

這個時鐘的訓練素材來自於數十年的受測者數據,許多人在受測期間已經離世。霍瓦強調,他不會拿這個告訴他人何時會老死,因為這樣不符合道德規範,但這項工具可以用來推估生理年齡,從中暗示一個人還剩多少預期壽命。以一個50歲的成年人為例,如果他的死亡時鐘是60歲,表示他可能比平均同齡者更接近生命終點。

死神時鐘並不完美。它雖然根據一個人的健康軌跡準確預測餘命時間,但沒有一種老化時鐘能預測這個人是否會開始抽菸或離婚(兩者通常會加速老化),又是否會突然養成跑步習慣(通常會減緩老化)。霍瓦接受本刊訪問時說:「人是複雜的動物,所以誤差範圍非常大。」

整體而言,這些時鐘預測健康與壽命的效果相當不錯,能夠預估得出,一個人如果活到105歲以上,生理年齡普遍低於實際年齡。這點不難理解,畢竟很少人能夠活到這個歲數。表觀遺傳年齡較高,可能跟認知功能退化與阿茲海默症徵兆有關,反觀表觀遺傳年齡較低,可能代表身心狀態較佳。

黑盒子時鐘

然而,準確性是每個老化時鐘都有的挑戰。設計是問題之一,多數時鐘在訓練時旨在找出年齡與甲基化的關聯,最厲害的版本能夠估計一個人生理狀態偏離均值的程度。Shift Bioscience公司的機器學習團隊主管卡米洛(Lucas Paulo de Lima Camillo),曾經開發出一款能將年齡預測誤差縮小至2.55歲的時鐘,榮獲老化生物標記聯盟的1萬美元獎金。他說,實際年齡的預測準確度高低,目前仍是評斷老化時鐘的標準,「但這樣有個矛盾之處。」卡米洛說。如果有個時鐘可以精準預測實際年齡,它能提供的資訊僅止於此,對於生理年齡可能沒有太多著墨。

沒有人需要老化時鐘來告訴自己過了幾次生日。卡米洛說他注意到一點,時鐘愈接近「完美」預測年齡,預測壽命的準確性反而降低。

這點也帶出另一個核心問題,研究與使用老化時鐘的科學家都必須問:這些時鐘究竟在測量什麼?這個問題很難回答,畢竟相關研究人員對基礎問題已經沒有共識,例如老化的定義是什麼、為何會發生、又如何發生,都有待許多專家們討論。

但是大家都能同意,老化是一門極為複雜的學問。錢卓說,老化時鐘建立在甲基化的基礎上,雖然可以反映這種化學標記在不同個體的差異,但充其量只是讓人大概知道「表觀遺傳年齡」。他指出,可能還有許多其他生物標記能夠透露老化的不同面向,「沒有一種時鐘可以測量全部環節。」
為何有些甲基會隨年齡增長而出現或消失,我們也不知道。這些變化會造成損害嗎?還是損害過程的副產物?以90歲的長者為例,他的表觀遺傳模式是退化跡象,還是他的長壽關鍵?

更棘手的是,明明是同一個基因組的不同區段,用兩個不同的老化時鐘來測量,可能得出相近的結果。沒有人知道原因,也不知道聚焦測量哪些區段最好。

「這些生物標記有一種黑盒子特質。」波士頓布萊根婦女醫院(Brigham and Women’s Hospital)的波加尼克(Jesse Poganik)說:「其中有些可能有因果關係,有些或許是適應反應……有些可能完全中性。」中性代表「沒有理由不發生」或是「隨機就發生了」。

就目前所知,沒有一種時鐘能精準預測一個人的生理年齡。同一個生物樣本拿給5種不同時鐘檢測,可能得出5個差距懸殊的結果。

即使是同一個時鐘,如果重複測試同一個樣本,結果也可能不一樣。「這些時鐘還無法做到個人化預測。」賀佐格說:「我們不知道檢測結果對個人有什麼意義,或是否這個人罹患疾病的機率高低。」

正因為如此,許多老化研究專家就算定期在研究中使用老化時鐘,也沒有測量過自己的表觀遺傳年齡。「假設我做了檢測,結果顯示我的生理年齡比實際年齡大5歲,那又怎樣?」馬嘉里斯聳聳肩說:「我看不出這有什麼意義。」

既然結果並不明確,有人可能會覺得老化時鐘的臨床用途不大,但還是有不少診所提供相關服務。有些長壽醫學診所比較謹慎,會定期以不同的老化時鐘進行病患檢測,記下數據結果並長期追蹤。也有業者直接把生理年齡預估當作長壽療程的一部分。

另外有一群人利用老化時鐘來推銷保健補充品。儘管目前沒有任何藥物或補充品證實能夠延年益壽,但健康產業的監管相對寬鬆,因此紛紛推出五花八門的「療法」,包括乳液、草藥膠囊、幹細胞注射等。

有些產業人士甚至出席老化研究會議。我曾在一場活動看到有家公司的執行長上台宣稱,他靠著自家的營養補充品,把生理年齡逆轉了18年。龐塞德里昂健康公司(Ponce de Leon Health)執行長威登(Tom Weldon)說,他的白頭髮漸漸變成棕色。根據他的說法,他的生理年齡逆轉之快,已經達到「長壽逃逸速度」(Longevity Escape Velocity)。

不過,如果以為買他的產品就能返老還童,恐怕要失望了。這家公司尚未針對這款稱為「Rejuvant」的補充品進行隨機對照試驗,它的抗老化功效還有待驗證。威登說,相關試驗可能需要數年時間,成本高達數百萬美元,「產品售價必須提高4倍以上」。該公司目前在老鼠身上測試過活性成分,並在人體進行過一項臨時試驗。

在一般情況下,霍瓦說,他每次看到有人利用老化時鐘來販售產品「大撈一筆」,「心裡都不是很舒服」。不過他覺得,這些人絕大部分都真心相信老化時鐘和自家產品。「人真的會相信自己的胡說八道。」他說:「他們很熱衷自己的發現,最後掉進相信自己偏見的陷阱。」

老化時鐘的準確度足以應用在學術研究,但不適合個人化預測。馬嘉里斯說,即使有個時鐘顯示一個人的生理年齡比實際年齡年輕5歲,也不代表他就能多活5年。「長期以來,老化研究領域成了民俗療法與炒作的溫床,在所難免。」他說 。威登則表示,Rejuvant是唯一具「臨床實質意義」的補充品。

無論如何,馬嘉里斯補充說,有話題總比沒人討論好。

問題也就出在這裡。看到老化時鐘流行起來、又被業界如何應用,多數長壽研究領域的專家五味雜陳。大家都能認同,這些工具尚未成熟,不適合推廣到消費端,但也樂見它們受到關注,畢竟長壽研究的花費高昂。隨著資金積極湧入、生技公司大量成立,老化研究學者期待會帶動相關創新與進展。

他們不希望老化時鐘被商業炒作污名化了,因為網紅與補充品業者利用「生理年齡」博取聲量時,科學家正透過老化時鐘取得重大發現,進而改變我們對老化的想法。

回春術

兩隻小老鼠並排躺著,因為麻醉而沒有意識,懷特(Jim White)在一旁準備手術刀。兩隻老鼠屬於同一種類,但外型截然不同,一隻只有3個月大,毛色烏黑、濃密有光澤,反觀另一隻20個月大,看起來有些疲態,毛色灰白斑駁,鬍鬚短短的,看上去有點虛弱。

但這兩隻老鼠即將難分難捨。在同事的協助下,懷特先沿著老鼠身體側面切開,延伸到同一側的前肢與後肢上方,再小心把牠們的黏膜、筋膜與皮膚縫合在一起。

經過約莫一小時的手術後,老鼠從麻醉中醒來,起初還昏昏沉沉的,想擺脫彼此,但幾天後似乎接受身體連在一起的事實。不久之後,牠們的循環系統會互相融合,也會開始共享血液。

在杜克大學研究老化現象的懷特,已有多年的老鼠縫合經驗,這項奇怪的手術稱為「異齡連體伴生」(Heterochronic Parabiosis),他已經操作超過上百次。他觀察到一個耐人尋味的現象:年齡較大的老鼠似乎從中受惠,變得更年輕了。

異齡連體伴生的實驗已經有數十年的歷史,但懷特指出,科學家通常只讓老鼠維持連體狀態幾週時間。他這次與同事將老鼠縫合在一起長達3個月,相當於人類的10年。研究團隊接著小心將兩隻老鼠分開,評估各自狀況。「你會以為牠們會想馬上分開。」懷特說:「但把牠們拆開後……牠們反而跟著彼此跑來跑去。」

這項實驗最引人注目的結果是,跟年輕老鼠共生過的年長老鼠,最後比同齡老鼠活得更久。「牠們的壽命大約多了一成,但很多身體機能都還在。」懷特說,這些老鼠更活躍,體力也維持更久。

包括波加尼克在內,懷特的同事拿老化時鐘檢測這些老鼠後,發現牠們的表觀遺傳年齡比預期更低。「年輕的血液循環減緩了老鼠的老化過程。」懷特說。這個效應似乎也能持續,至少維持了一陣子。「年輕狀態維持的時間比我們預期的更久。」他說。

年輕老鼠的情況完全相反,不管是與年老老鼠共生期間,還是分開後不久,生理狀態都比較老。但懷特說,這個影響似乎為期不久,「年輕老鼠後來又恢復年輕狀態。」

對懷特而言,這個現象顯示「年輕狀態」可能在某種程度是基因編碼,或許早已寫入我們的DNA。果真如此,我們或許有辦法不必經歷生理老化的過程。

這個觀點直指老化研究的熱議焦點:究竟什麼是老化?為什麼會老化?有人認為老化單純是長年累積損傷的結果;也有人認為老化過程是人體的一種基因編碼,我們註定會衰退,就跟會長出四肢、形成大腦、經歷青春期與更年期一樣。有人則認為,有些編碼雖然在人類早期發育扮演重要角色,但到生命後期反而變得有害。有些科學家對上述觀點都表示認同。

懷特的理論是:所謂變老,只是「失去了年輕」。如果真是如此,那就有一線希望:只要能找出年輕是如何流失的,或許就能找回來,方法可能是透過重啟年輕的編碼。」

狗與海豚

霍瓦所開發的同名時鐘,是從全身各處組織採取DNA樣本後,測量甲基化建立而成。這個時鐘似乎能反映各組織的老化歷程,因此霍瓦稱它是「全組織時鐘」。考量一般認為人體器官的衰老速度各異,用一個時鐘就能測量多個器官的老化程度,實在難能可貴。

但霍瓦的野心更大,他希望打造一個更通用的全物種時鐘,測量所有哺乳類動物的老化程度。2017年,他展開一場電子郵件行動,邀請全球數百位科學家分享手邊各種動物的組織樣本,連動物園也在聯絡名單內。

「我這才發現,大家一直都有蒐集動物組織的習慣。」他說:「冷凍庫裡全是樣本。」科學家如果願意合作,會將冷凍組織或DNA樣本寄到霍瓦位於加州的實驗室,讓他用於訓練新模型。

霍瓦說他原本只計畫分析30種動物,最後卻收到來自200位科學家的約1萬5,000份樣本,涵蓋348個物種,從狗到海豚都有。問題是,單一個時鐘真的能預測所有物種的年齡嗎?

「我真心覺得計畫會失敗。」霍瓦說:「但是我錯得離譜。」他與研究同事打造出一個時鐘,能夠分析基因組上共3萬6,000個位點的甲基化,研究成果於2023年發表,顯示全哺乳類時鐘可以估算任何一種哺乳動物的實際年齡,甚至是最長壽命。霍瓦補充指出,這項資料集全面開放下載:「我希望大家能分析這些數據,找到延長健康壽命的祕訣。」

這個全哺乳類時鐘顯示,老化具有共通性,所有哺乳類不只都以類似的方式老化,背後還可能存在一組類似的基因或表觀遺傳因素。

在英國愛丁堡大學(University of Edinburgh)專攻老化研究的表觀遺傳學家歐洛娃(Nelly Olova)指出,哺乳類之間的比較結果,也支持另一個關鍵發現:甲基化變化愈緩慢,壽命就愈長。「DNA甲基化會隨著年齡逐漸流失。」她說:「基因指令還在,只是變得有點凌亂。」以不同哺乳動物為對象的研究顯示,細胞能承受的變化有限,過多就會停止運作。

「細胞只能忍受有限度的變化量。」她說:「一旦基因指令太混亂、雜訊太多……就無法維持生命。」

歐洛娃近來研究老化時鐘從哪一刻開始啟動,也就是老化真正開始的時間點。研究人員以志願者的數據訓練時鐘,將DNA甲基化的模式與實際年齡比對。訓練完成的時鐘通常用於估算成年人的生物年齡,但也能應用於兒童、甚至是嬰兒的樣本。這些時鐘也能用來推算胚胎細胞的生理年齡。

歐洛娃在研究中使用成人皮膚細胞,搭配曾在2000年代獲得諾貝爾獎肯定的研究技術,進行「重新編碼」,回到類似胚胎中多能幹細胞(Pluripotent Stem Cell)的狀態。歐洛娃與研究團隊採用「部分重新編碼」的方式,將細胞推回接近那個狀態,發現愈接近完全重新編碼,細胞就愈「年輕」。

她說,細胞重新編碼為幹細胞後大約第20天,時鐘測定細胞的生理年齡回到了零。「感覺有點不真實。」她說:「多能幹細胞的讀數是負0.5,比零還低一點。」

哈佛大學的知名老化研究學者葛拉迪雪(Vadim Gladyshev)隨後提出,相同的負老化現象可能也存在於胚胎。畢竟,胚胎在早期形成階段會發生某種形式的重生,也就是老化的卵子與老化的精子結合,形成一個全新細胞,一切重新開始。

葛拉迪雪將這個時刻稱為「零點」(Ground zero),他推測這一階段出現在「胚胎中期狀態」,也就是老化正式啟動的時間點,同時亦是「有機體生命」的開始。「這與生命何時開始的哲學討論不謀而合,很有意思。」歐洛娃說。

有些人主張,生命從精卵結合時就已經展開;也有人認為,胚胎細胞開始形成某種形式的整合結構才算。歐洛娃說,零點即是體型呈現(Body Plan)確立、細胞開始照這個結構分化的關鍵時刻。「在這之前,只是一團細胞而已。」


波加尼克說,這不表示生命在胚胎階段開始,而是代表老化可能從這時候展開,或許是「跨世代清除損傷」後的結果。

這項研究仍處於初期階段,科學界離定論還有一段長路,但如果能知道開始老化的時刻,或許有助於倒轉時鐘。如果科學家能找出細胞的理想生理年齡,就可能找到方法讓老化細胞恢復到那個狀態。一旦細胞達到特定生理年齡,也可能有辦法延緩老化速度。

「我們或許有機會能夠預先鎖定老化現象,不必等到滿頭白頭髮。」波加尼克說:「這表示介入有介入的最佳時機,遠早於現行老年醫學的做法。」

當年輕遇上年老

懷特剛開始縫合老鼠時,常會坐在旁邊觀察好幾個小時。「我心想牠們真是自在!身體連在一起卻毫不在乎!」他說。他後來摸索出幾個技巧,例如他習慣選用母鼠,因為公鼠常常吵架互咬,反觀母鼠相處融洽多了。

共生關係似乎影響了老鼠的生理年齡,時間雖然短暫,但讓我們透過老化時鐘瞭解到一點:生理年齡具有一定的可塑性。比方說,懷特與研究同仁還發現,壓力會導致生理年齡增加,但一旦壓力解除,老化效應又會逆轉。懷孕與感染新冠病毒也有相似的可逆效應。

波加尼克想知道,這項發現能否應用於人體器官移植。或許有辦法在移植前測量器官的生理年齡,或是先讓器官年輕化再進行手術。

然而,根據老化時鐘的最新數據,現實恐怕沒這麼簡單。波加尼克與研究同事利用甲基化時鐘,測量受贈者新移植心臟的生理年齡。

結果顯示,年輕心臟雖然在年長人體能正常運作,但心臟的生理年齡最終會趕上受贈者本身。波加尼克說,年長心臟植入年輕人體內,也有同樣效果,「經過幾個月後,移植組織的生理年齡可能會與生物體趨於一致。」他尚未發表這些研究結果。

倘若如此,年輕器官的效益可能只是短暫現象。這也表示,如果科學家想找到讓器官回春的方法,恐怕要把焦點轉向全身性再生,例如鎖定能夠重新補充血液的幹細胞,將這些細胞重新編碼到年輕狀態,更接近「零點」,或許才是可行之道。

全身回春的目標雖然還很遙遠,但科學家依然抱持希望,認為在老化時鐘的協助下,他們可能可以找到逆轉人類老化的方法。

「我們有機制能讓表觀遺傳時鐘回到年輕狀態。」懷特說:「這表示我們握有讓時鐘倒轉的能力。」

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