Nature Immunology：我国学者将单细胞 RNA 和 T 细胞/B 细胞受体测序与质谱流式细胞术相结合，揭示人类外周免疫细胞从出生到老年的动态轨迹

发育和衰老贯穿人类一生，伴随着免疫系统的逐渐成熟和不可避免的退化。出生后，免疫系统逐渐成熟，并提供更好的保护以抵御外来病原体。相反，免疫衰老会导致感染、心血管疾病和癌症的发生率更高。此外，最近有报道称，衰老的免疫细胞会驱动心脏和肝脏等实体器官的衰老，这可能是系统性衰老的一个可能原因。然而，目前尚不清楚免疫系统在人类衰老过程中何时以及如何变化，人类衰老通常跨越近 90 年，包括整个生命周期的发育、成熟和衰老。

人外周血单核细胞是高度专业化的免疫细胞的多种混合物，是免疫系统的关键组成部分。先前对人类 PBMC 的组学研究表明，它们参与免疫病理学（例如，免疫衰老、自身免疫性疾病和传染病）和实体器官疾病。流式细胞术和批量测序分析已证明健康个体 PBMC 组成和功能与年龄相关的显着变化。最近，单细胞 RNA 测序和单细胞T细胞受体和B 细胞受体测序以及单细胞质谱流式细胞术蛋白质分析提供了以单细胞分辨率全面识别以前未定义的细胞类型的机会。对特定年龄外周免疫细胞的几项 scRNA-seq 研究产生了有价值的发现。尽管它们以单细胞分辨率为免疫细胞中与年龄相关的变化提供了有价值的见解，但这些 scRNA-seq 研究涉及的年龄组有限，并且没有涵盖人类衰老的整个时间跨度。此外，没有一项 scRNA-seq 研究提供单细胞蛋白质验证，并且目前缺乏单细胞蛋白质水平的整个生命周期的人类免疫衰老数据集。

2月，上海交通大学卜军团队在Nature Immunology（IF=27.8）在线发表了题为“Integrating single-cell RNA and T cell/B cell receptor sequencing with mass cytometry reveals dynamic trajectories of human peripheral immune cells from birth to old age”的研究，通过结合 scRNA-seq、scTCR/BCR-seq 和 CyTOF 分析，研究了细胞类型组成、转录和蛋白质谱、细胞间相互作用和外周免疫细胞在人类整个生命周期中发育、成熟和衰老过程中的免疫库的时间动态，使用来自0至≥90岁健康参与者的 PBMC，跨越13个年龄组。使用这个独特的生命周期范围数据集，开发了一个单细胞免疫年龄预测模型来评估个体的免疫年龄并描述健康和疾病中的免疫状态。这一工作为了解人类整个生命周期中发育、成熟和衰老过程中外周免疫细胞的进化提供了丰富的资源。

这些数据代表了一种资源，可以同时包含人类外周免疫细胞在整个人类生命周期中的单细胞转录和蛋白质水平变化，具有迄今为止最大的年龄范围。T细胞亚群在所有 PBMC 中最易衰老，其特征是促炎途径增加、端粒组织减少和免疫检查点显着改变。scRNA-seq和免疫组库测序揭示了T细胞亚群独特的年龄特异性转录和克隆扩增特征。基于scRNA-seq和基于scTCR/BCR-seq的分析结果通过基于高通量CyTOF的蛋白质分析进一步概括。重要的是，描述了一种新发现且独特的“细胞毒性”B 细胞亚群（B^-BCR⁺GNLY⁺细胞），该细胞同时表达BCR基因和细胞毒性基因。使用这个单细胞生命周期范围的数据集，开发了一个免疫年龄预测模型，能够识别受干扰的免疫状态。总体而言，工作为人类在整个生命周期中的发育、成熟和衰老过程中的外周免疫细胞转录组和免疫库提供了精细的时间分辨率，并将有助于深入探索每个年龄阶段的免疫系统。

图 1.人类生命周期每个阶段外周免疫细胞的单细胞转录组概述

图 2.本研究的新见解的图形摘要

免疫系统在出生时不成熟，在出生后环境刺激下逐渐发育。母源性抗体在婴儿的循环中逐渐减少，到出生后1年几乎完全丢失，而自源性免疫介质会随着时间的推移而增强，并伴有外部刺激，包括常规免疫以及环境微生物和食物抗原暴露。该研究发现某些细胞亚群在发育过程中表现出某些年龄段的富集，包括新生儿的 CD14⁺单核细胞和儿童的浆细胞。重要的是，确定了一种独特的“细胞毒性”B 细胞类型（B^_BCR⁺GNLY⁺细胞）。B^-BCR⁺GNLY⁺细胞的特征是 BCR 基因和细胞毒性基因同时表达。传统上，B细胞被认为是不具备细胞毒功能的免疫细胞群。然而，最近的研究报道了在患病群体中表达细胞毒性基因的 B 细胞亚群的“细胞毒性”表型。青春期前具有细胞毒性特征的 B^_BCR⁺GNLY⁺细胞的富集可能代表了免疫成熟前防止感染的潜在机制。

免疫系统在青春期和性成熟期间和之后发生巨大变化。MAIT 细胞是一种独特的 T 细胞类型，可桥接先天免疫和适应性免疫。MAIT 细胞参与多种病理状况使其成为有吸引力的治疗靶标。研究结果描绘了 MAIT 细胞在青春期的潜在功能意义。在青春期观察到的 MAIT 细胞的转录组学和扩增特征以及抗菌活性可能代表了免疫成熟和抵御感染能力的关键组成部分。

免疫功能会随着年龄的增长而下降，称为“免疫衰老”。然而，不同类型的免疫细胞对衰老的易感性不同。根据 scRNA-seq 和 CyTOF 分析，我们发现 CD4⁺和 CD8⁺T 细胞的衰老轨迹从出生开始就分化。在生命发育的早期阶段，幼稚的 CD4⁺细胞比幼稚的 CD8⁺细胞下降得更快，而在生命的后期，幼稚的 CD8⁺ 细胞在频率和 TCR 多样性方面比幼稚的 CD4⁺ 细胞表现出更剧烈的损耗。幼稚 T 细胞中 TCR 多样性的崩溃被认为是老年人健康状况不佳的有力预测指标。

免疫反应的年龄依赖性变化在极端年龄最为明显，免疫功能障碍或失调发生在生命发育早期和晚期老年人阶段。利用该研究从出生到老年的生命周期队列，揭示了高 T 细胞克隆扩增实际上在寿命的极端情况下表现出两个峰值，一个早期峰值在 2-12 岁组，一个晚期峰值在 70-90 岁组。

本研究使用涵盖人类生命周期内 13 个年龄组的生命周期范围单细胞数据集，建立了一个全面的跨年龄指数（siAge 评分）作为一种基于机器学习的免疫衰老时钟，以评估个体在不同生命阶段的免疫状态。结果证明 siAge 评分与健康个体的日历年龄高度相关，但与多个患病验证队列中免疫功能紊乱的个体不相关。因此，siAge 模型有可能有效地量化一个人的免疫状态，并区分健康的个体和免疫状态不健康的个体。

原始出处：

Wang Y, Li R, Tong R, Chen T, Sun M, Luo L, Li Z, Chen Y, Zhao Y, Zhang C, Wei L, Lin W, Chen H, Qian K, Chen AF, Liu J, Chen L, Li B, Wang F, Wang L, Su B, Pu J. Integrating single-cell RNA and T cell/B cell receptor sequencing with mass cytometry reveals dynamic trajectories of human peripheral immune cells from birth to old age. Nat Immunol. 2025 Feb;26(2):308-322. doi: 10.1038/s41590-024-02059-6. Epub 2025 Jan 29. PMID: 39881000; PMCID: PMC11785523.