在一項新的研究中，來自歐洲生物信息研究所（EMBL-EBI）、英國劍橋大學、韋爾科姆基金會桑格研究所和英國癌癥研究所（CRUK-CI）的研究人員針對免疫系統(tǒng)為何隨著年齡的增加而減弱存在的長期爭論提出新的認識。他們的發(fā)現(xiàn)表明相比于年輕組織中的免疫細胞，衰老組織中的免疫細胞缺乏協(xié)作，并且表現(xiàn)出更多的基因表達變化。相關研究結果發(fā)表在2017年3月31日的Science期刊上，論文標題為“Agingincreasescell-to-celltranscriptionalvariabilityuponimmunestimulation”。

　　解決爭論

　　我們所有人經(jīng)歷與衰老相伴隨的功能逐漸下降，但是是什么精確地導致這種下降？它為何在體內不同部分以不同的速率發(fā)生？為了尋找答案，科學家們需要在分子水平上揭示每個組織中的所有衰老機制。當前的這項研究著重關注免疫組織，特別是CD4+T細胞。

　　免疫系統(tǒng)就好比是交響樂團，具有不同的細胞類型和細胞亞型，它們一起協(xié)作抵抗感染。但是隨著免疫系統(tǒng)衰老，因迄今為止還不清楚的原因，它對感染作出的免疫反應減弱了?？茖W家之間的一個長期的爭論圍繞著兩個關鍵性的假設：這種功能性的減弱是細胞性能減少導致的；這種功能性的減弱歸因于細胞間缺乏協(xié)作。

　　為了解決這個爭論，科學家們研究了很多不同的細胞類型，分析了“平均的”基因表達譜。當前的這項研究利用高分辨率的單細胞測序技術針對細胞間差異與衰老之間如何相關聯(lián)提供新的認識。這些研究人員對年輕小鼠和年老小鼠體內的初始CD4+T細胞和記憶CD4+T細胞在激活狀態(tài)和未激活狀態(tài)下的RNA進行測序。

　　他們的發(fā)現(xiàn)明顯地表明協(xié)作缺乏是T細胞衰老導致的免疫性能受損的關鍵因素。

　　論文共同通信作者、EMBL-EBI小組負責人、CRUK-CI小組負責人JohnMarioni解釋道，“你能夠將DNA測序比作為水果冰沙。傳統(tǒng)的測序技術有點像是吃一口水果冰沙，然后試著猜測它有哪些水果組分。如今，單細胞測序讓我們單個地研究這些水果組分，因此我們對這些組分獲得直接的認識。經(jīng)推斷，這意味著單細胞測序允許研究人員在任何給定的時間一次研究上千個基因。”

　　免疫細胞軍隊

　　論文共同通信作者、CRUK-CI小組負責人、韋爾科姆基金會桑格研究所副教授DuncanOdom通過進一步類比來解釋免疫細胞如何抵抗感染。

　　Odom說，“將免疫系統(tǒng)想象為‘細胞軍隊’，準備保護身體免受感染。我們的研究揭示出這個軍隊在年輕的小鼠體內齊心協(xié)力：所有的細胞像希臘方針（Greekphalanx）那樣行進，去阻止感染。”

　　Odom繼續(xù)解釋這種緊密的協(xié)作讓免疫系統(tǒng)變得更強，允許它更有效地抵抗感染。這項研究證實隨著這些小鼠變老，細胞協(xié)作受到破壞。

　　Odom作出結論，“盡管單個細胞可能仍然頑強地抵抗感染，但是它們之間協(xié)作的缺乏使得它們的總體效果變得更低。”

　　更老，更多變化

　　之前的研究已證實在年輕的動物體內，免疫激活導致嚴格調控的基因表達。這項研究進一步揭示出這種激活導致細胞間差異減少。衰老增加兩個小鼠品種群體之間的基因表達異質性和它們的不同免疫細胞類型之間的基因表達異質性。這提示著增加的細胞間轉錄差異可能是大多數(shù)哺乳動物組織的一種衰老特征。

　　論文共同第一作者、韋爾科姆基金會桑格研究所博士后研究員、CRUK-CI博士后研究員CeliaPilarMartinez-Jimenez說，“人們對生物衰老如何發(fā)生有巨大的興趣，但是對分子衰老知之甚少。這項研究解決了與衰老相關的問題，不過也探究了細胞對疾病作出反應的新方面。”

　　論文共同第一作者、EMBL-EBI博士生、CRUK-CI博士生強調道，“分析單細胞基因表達的優(yōu)勢在于檢測細胞群體如何同步作出它們的反應。有趣的是，衰老強烈地擾亂這個反應---這個現(xiàn)象在之前是不可能觀察到的。”

　　這項跨學科研究為更加深入地探究不同細胞類型的衰老機制鋪平道路。它也揭示了單細胞測序有潛力能夠更加深入地理解細胞發(fā)育和活力。