老年衰弱综合征（Frailty）是老年人生理储备下降导致机体易损性增加、抗应激能力减退的非特异性状态，是个体介于身体机能正常到逐步丧失进而死亡的过渡状态。老年衰弱综合征的显著特征之一是机体多系统的失调。以往研究已表明，免疫系统的衰老以及功能失调在衰弱的发病机制中起着重要作用。然而，目前我们对于衰弱的免疫表型和潜在机制仍然知之甚少。前期衰弱相关研究主要具有两点局限性。一个是衰弱是衰老进程中的一个结果分支，两者在很大程度上具有重叠性，许多表型和生化指标在增龄衰老相关研究中亦被报道。另一个问题是，以往研究多以细胞群体为基础进行检测，这样往往会忽略免疫细胞异质性、细胞亚群及比例变化等影响因素。这些局限性在一定程度上阻碍了人们对老年衰弱综合征中免疫衰老机制的深入理解。
2022年4月18日，由暨南大学陈国兵教授、罗钧洪教授和广州市第一人民医院刘丰教授领衔、多单位科研团队合作于Nature Aging上在线发表了文章Multidimensional single-cell analysis of human peripheral blood reveals characteristic features of the immune system landscape in aging and frailty，绘制了从新生到衰弱阶段的人类免疫细胞单细胞转录组和TCR组图谱。该研究以人类外周免疫细胞为研究对象，从单细胞水平对从新生到衰弱阶段免疫细胞的改变进行了全转录组和TCR图谱绘制，同时揭示了非编码基因NEAT1的表达上调可能是免疫衰老的潜在重要驱动力。
在衰弱研究领域，这是目前年龄跨度较为广泛的人类外周免疫单细胞转录组和TCR组测序数据。基于转录组测序数据的免疫细胞注释结果显示，从新生到成年再到健康衰老和衰弱状态的过程中，T、B、NK、单核细胞等主要免疫细胞亚群的组成比例呈现一定规律性变化。进一步的转录组数据分析显示，随着个体增龄及步入衰弱，免疫细胞在基因层面的异质性逐步增加。
研究者归纳了16种不同免疫细胞亚群在增龄和衰弱过程中的特异性异常表达基因，并绘制了全景式基因表达调控网络。同时针对不同类型免疫细胞的增龄相关差异基因的拟时分析显示，随着衰老和衰弱的发展，我们体内的不同免疫细胞以不同的速度和模式发生老化。单细胞TCR组测序数据分析显示， TCR组库多样性随着增龄发生锐减。相较于健康老年组，衰弱组的TCR多样性状况多样性下降各位明显。另外，研究者还在多个T细胞亚群之间发现了相当数量的共享TCR克隆，此现象随着衰老和衰弱的发生而越发明显，表明了T细胞组库具有可塑性以及老年T细胞具有多能性的能力。
在本研究中，研究者在对单核细胞亚群深入分析中发现了一类衰弱特异性单核细胞亚群。该细胞亚群在衰弱老年样本中普遍存在。在基因表达谱上，衰弱特异的单核细胞表现出了同其他已知单核细胞亚群差异显著的基因表达模式：特异性高表达非编码基因MALAT1和NEAT1、转录因子ZEB2、NFKB2、REL等、以及特异性低表达CST3、FTL、CCL4和MHC II基因。
在对衰老和衰弱进展过程中不同免疫细胞的基因表达图谱进行分析时，研究者在多种处于老化状态的免疫细胞中鉴定出了相同的特征性基因分子标志物——长链非编码RNA NEAT1。NEAT1在包括耗竭T细胞、衰弱特异性单核细胞等多种老化状态免疫细胞中呈现高表达状态。在进一步研究中，研究者探究了NEAT1对细胞老化和单核细胞老化的影响和作用。通过CRISPRa技术，研究人员在多种人类细胞系中证实了NEAT1的过表达可诱发衰老标志基因和炎性细胞因子高表达的表型，这与scRNA-Seq数据分析结果一致。本研究中，研究者初步证实了NEAT1对细胞老化和单核细胞老化的影响。NEAT1可能是调控衰老免疫细胞差异基因的重要分子，是人类免疫衰老的重要特征，具体分子机制仍有待挖掘。
该研究首次绘制了从新生到衰弱阶段的人类免疫细胞单细胞转录组和TCR组图谱，提供了丰富的免疫细胞类型和基因分子特异性的衰老及衰弱“肖像”；初步揭示了非编码基因NEAT1表达水平的提高与免疫细胞老化密切相关，为研究衰老及衰弱的分子机制提供新的角度。
暨南大学罗钧洪教授、雷雯博士、广州市老人院朱国栋副教授和暨南大学任之尧博士为共同第一作者。暨南大学陈国兵教授、广州市第一人民医院老年病科刘丰主任和暨南大学罗钧洪教授为共同通讯作者。
免疫衰老是多种老年疾病的共性特征，也是驱动老年衰弱症的潜在因素之一。因此，描绘人体增龄过程和衰弱症中免疫细胞基因表达谱的变化特征、寻找相关的细胞和分子标记物具有重要意义。暨南大学陈国兵教授领衔的多团队合作绘制了从0岁（脐血）到100岁年龄跨度的增龄相关和老年衰弱症患者的外周血PBMC单细胞转录组及TCR组图谱，分析了衰弱症特异的免疫细胞基因表达特征和基因调控网络，鉴定了衰弱症特异性的单核细胞亚群，并初步建立了长链非编码RNA NEAT1和老年衰弱症之间的科学联系。这些研究揭示了免疫功能从初始到成熟再到衰老的变化及分子机制，为老年衰弱症的诊疗和未来老年健康相关的免疫干预提供了有益的理论和数据支撑。
老年人免疫力下降是是一个公认的生理现象，随着老龄化社会的来临日益受到大家的重视。但迄今为止，我们对免疫衰老缺乏系统全面的认识。由陈国兵教授团队领导的这项研究，利用单细胞技术，对新生儿、青壮年、老年及老年衰弱症病人的外周血细胞进行了全面的对比分析，绘制了衰老和老年衰弱症相关的免疫细胞图谱，系统归纳了各类不同的免疫细胞在不同年龄组的基因转录谱、转录调节激活倾向和T细胞的TCR组库特征，促进了我们对免疫衰老更全面系统的了解。
衰老是一个长期渐进的过程，这也是衰老相关研究中一个很大的难点，因为衰老带来的各项指征的变化比较微弱，且与健康状态之间不一定具有足够的相关性。此项研究在入组对象选择中针对性地增加了老年衰弱症一组，不仅区别于既往的研究，增加了数据分析变量，更重要的是能更好地回答免疫衰老和健康状况的相关性。而本文最主要的发现之一，即“老年衰弱症病人体内表达NEAT1的特异性单核细胞增多”，也是基于这一实验设计而得到。在此基础上，论文还对NEAT1在细胞衰老中的功能进行了验证，提示NEAT1可能能作为人类衰老的标志及干预的靶标。
本论文的研究还佐证了前期发现的一些免疫衰老的表型、如TCR组库多样性的显著减少，炎症相关表征的增强等，这些指标的变化具有明显的细胞特异性。笔者对T细胞的表征变化尤为感兴趣。比如，本文的研究发现，具有同样TCR的T细胞可以存在在不同的细胞亚型或者处于不同的细胞状态之中，这可能是成年人体内有限的TCR组库能实现足够的免疫保护能力的原因。这些细胞亚型和细胞状态异质性如何形成或演化将是一个有趣的科学问题。本文也对这些克隆扩增的T细胞抗原特异性进行了一些预测和验证，提示其中一部分克隆扩增可能与既往的病毒感染相关。在T细胞亚群分析中，本文还发现了健康老年组体内有更多的CD8+中枢记忆细胞与CD4+调节性T细胞，而在老年衰弱症体内则是具有更多的CD4+中枢记忆细胞。这一发现值得通过扩增样本量来进行进一步的验证。这不仅因为CD4/CD8 T细胞比率被用来昨为很多疾病的病理学和治疗的相关标志，而且既往的研究也发现人外周血中CD4/CD8比例及Treg的比例均随年龄增长而增长，但是其具体的功能和机制并不清楚。
总之，本论文研究为我们研究免疫衰老提供了一个范例，并为我们更全面了解免疫衰老提供了丰富的信息。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s43587-022-00198-9
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