免疫细胞如何老化?单细胞定序拼组衰弱症的免疫细胞衰老轨迹

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老年人衰弱(fragile)是一种老年症候群,患者会表现出活动力下降、内分泌失调、营养失调、以及常见的肌少症等。衰弱症也会对免疫系统产生影响,然而过去研究对于衰弱症造成免疫细胞表型(phenotype)和功能影响所知有限。

近期中国暨南大学团队发布于《Nature Aging》研究,透过单细胞分析得知随着人的年纪增长,衰弱状态会造成免疫细胞转录组(transcriptome)异质性增加,尤其一类单核细胞亚群的特定长链非编码 RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)高度表达,与衰弱症的免疫衰退密切相关。

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T 细胞数量分布随年龄增长变化

为了细部探讨健康、衰弱症者;以及年轻、老年人的免疫细胞功能差异,研究团队分别从 30 岁年轻人、以及 80 岁以上健康与衰弱老年人脐带血中抽取分离出 114,467 个单核细胞 RNA 样本,并依据细胞表面蛋白、T 细胞受体(T cell receptor, TCR)表达程度差异,分为 T 细胞、B 细胞、自然杀手细胞(natural killer, NK cell)、以及骨髓树突细胞等。

他们发现随着人的年纪增长,脐带血中未经活化的初始 T 细胞(naïve T cell)比例会随之下降至约 25%。此外年纪的组别又有细部差异:衰弱症者脐带血中 CD4+ 记忆 T 细胞比例高,而健康老年则是 CD8+ 记忆 T 细胞、调节性 T 细胞比例高。

拼组免疫细胞的衰老轨迹

研究团队以此建立了 T 细胞随年纪衰老的分化途径,脐带血 CD4+ 记忆 T 细胞从早期约有 60% 继续维持是 CD4+ 记忆 T 细胞、25% 分化成为 CD8+ 细胞。若比较年老健康与衰弱者的 CD4+ T 细胞则表现分化差异,健康者 T 细胞与前者途径相似,不过衰弱者 T 细胞分化成为 CD8+ 记忆 T 细胞、调节性 T 细胞比例增加,此外 CD4+ T 细胞多具有可以辨识抗原提呈细胞的 MHC-II 复合体,团队指出这与衰弱病征相关。

另外,他们也从衰弱族群发现骨髓中特别的单核球亚群,该类细胞的特定长链非编码 RNA(如 NEAT1 MALAT1)及与发炎反应相关基因高度表达,并且缺乏正常的细胞胞吐作用(exocytosis)、细胞凋亡(apoptosis)功能。  

此项研究深入分析免疫细胞随年龄增长演变的分化途径,并且提出老年衰弱族群的免疫细胞特性,例如有较高比例的 CD8+ 记忆 T 细胞、调节性 T 细胞数量,另外单核球的 NEAT1 基因高度活化是造成衰弱症重要线索。

延伸阅读:单细胞定序也能分析表观遗传调控,揭开早期胚胎细胞如何分化

参考资料:

1. https://www.nature.com/articles/s43587-022-00198-9

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