关键发现：
在90年代，科学家伦纳德·瓜伦特和他的团队在麻省理工学院研究了面包酵母，发现rDNA的不稳定性是导致酵母变老的原因。他们1997年的研究发现，酵母细胞里会积累一种叫ERC的DNA环，这些环是从rDNA上切下来的，会自我复制，导致酵母寿命变短。
机制：
这些ERC会不断复制，消耗细胞资源，破坏细胞核里的一个叫核仁的结构。这种不稳定性让酵母细胞变老，限制了它们分裂的次数，大约20到30次。
Sirtuins的出现：
科学家发现一个叫Sir2的蛋白质可以帮助稳定rDNA，延长酵母的寿命。这个发现开启了对Sirtuins这类蛋白质的研究，它们和衰老有关。
从酵母到哺乳动物：进化上的相似性
哺乳动物也有rDNA：哺乳动物，包括人类，也有rDNA，虽然不像酵母那样形成ERC，但rDNA的不稳定性也会影响寿命。
- 拷贝数变化：研究发现，随着年龄增长，人类细胞里的rDNA拷贝数会减少，这和核仁的功能下降有关。
- 表观遗传变化：rDNA的化学修饰（比如甲基化）也会随着年龄变化，影响细胞的正常功能。
- 哺乳动物中的Sirtuins：哺乳动物中有一个叫SIRT1的蛋白质，功能和酵母的Sir2类似，它帮助维持DNA的稳定性和代谢健康。随着年龄增长，SIRT1的水平下降，这和长寿有关，比如限制卡路里摄入可以增加SIRT1，延长小鼠的寿命。
哺乳动物长寿的联系
- 核仁应激和衰老：在哺乳动物中，rDNA的不稳定性会破坏核仁，核仁是细胞里制造核糖体的地方。研究发现，随着年龄增长，核仁会变小，这和rDNA的功能障碍有关。在人类中，核仁功能失调和一些早衰症有关。
- 衰老和炎症：rDNA的损伤会触发细胞衰老，这是一种细胞老化的标志。在小鼠中，rDNA不稳定的衰老细胞会引发炎症，缩短寿命。
- 代谢联系：rDNA控制的核糖体生产和一个叫mTOR的信号通路有关，这个通路和长寿有关。在酵母中，rDNA过载会模拟mTOR过度活跃的状态；在哺乳动物中，抑制mTOR（比如用雷帕霉素）可以稳定rDNA，延长寿命。
现代证据与人工智能的结合
- 小鼠模型：2023年的一项研究发现，在小鼠中增加SIRT7（另一种Sirtuin）的表达可以稳定rDNA，延长寿命10-15%。这和酵母中Sir2的发现类似，显示了进化上的保守性。
- 人类数据：2024年的一项研究分析了英国生物库的数据，发现血液中的代谢物和rDNA相关的通路（比如蛋白质合成）有关，这表明rDNA老化在人类中也有代谢特征。
- 人工智能建模：2024年的人工智能平台，比如MixeXtend和MethylGPT，把rDNA的表观遗传学数据整合到衰老模型中。这些模型基于酵母的研究，预测了rDNA的变化如何影响哺乳动物的寿命。
虚拟临床试验的潜力
模拟潜力：酵母的rDNA老化机制为虚拟临床试验提供了一个简单的模型。
在虚拟人中模拟rDNA不稳定性可以帮助：
- 机械论观点：模拟rDNA拷贝丢失或表观遗传变化如何影响核糖体生产、衰老和代谢，把酵母的研究扩展到哺乳动物。
- 药物测试：筛选化合物（比如Sirtuin激活剂，如白藜芦醇，或者NAD+增强剂）来稳定rDNA，用人工智能预测它们对寿命的影响。
- 个性化设置：数字双胞胎可以整合个人的rDNA数据，模拟衰老过程和治疗反应，基于酵母的表观遗传时钟。
由于rDNA的作用在进化上是保守的，酵母的研究加速了哺乳动物的建模。
到2030-2035年，虚拟临床试验可能会模拟rDNA驱动的衰老通路，减少对人类试验的依赖。
总结：
- 20世纪90年代的酵母研究发现，rDNA的不稳定性（通过ERC和表观遗传变化）是衰老的原因，这个发现在哺乳动物中也适用。
- 在小鼠和人类中，rDNA与衰老、炎症和代谢下降有关，这和酵母的研究结果一致。
- 人工智能现在利用这些发现来绘制衰老时钟和筛选干预措施，为虚拟临床试验打下基础。
通过模拟rDNA的动态变化，我们可能在10-15年内测试抗衰老疗法，把酵母的研究和人类追求长寿联系起来。