在一項(xiàng)新的研究中，來自歐洲生物信息研究所（EMBL-EBI）、英國劍橋大學(xué)、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(rèn)識。他們的發(fā)現(xiàn)表明相比于年輕組織中的免疫細(xì)胞，衰老組織中的免疫細(xì)胞缺乏協(xié)作，并且表現(xiàn)出更多的基因表達(dá)變化。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年3月31日的Science期刊上，論文標(biāo)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(dǎo)致這種下降？它為何在體內(nèi)不同部分以不同的速率發(fā)生？為了尋找答案，科學(xué)家們需要在分子水平上揭示每個組織中的所有衰老機(jī)制。當(dāng)前的這項(xiàng)研究著重關(guān)注免疫組織，特別是CD4+T細(xì)胞。

　　免疫系統(tǒng)就好比是交響樂團(tuán)，具有不同的細(xì)胞類型和細(xì)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(yīng)減弱了?？茖W(xué)家之間的一個長期的爭論圍繞著兩個關(guān)鍵性的假設(shè)：這種功能性的減弱是細(xì)胞性能減少導(dǎo)致的；這種功能性的減弱歸因于細(xì)胞間缺乏協(xié)作。

　　為了解決這個爭論，科學(xué)家們研究了很多不同的細(xì)胞類型，分析了“平均的”基因表達(dá)譜。當(dāng)前的這項(xiàng)研究利用高分辨率的單細(xì)胞測序技術(shù)針對細(xì)胞間差異與衰老之間如何相關(guān)聯(lián)提供新的認(rèn)識。這些研究人員對年輕小鼠和年老小鼠體內(nèi)的初始CD4+T細(xì)胞和記憶CD4+T細(xì)胞在激活狀態(tài)和未激活狀態(tài)下的RNA進(jìn)行測序。

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

　　論文共同通信作者、EMBL-EBI小組負(fù)責(zé)人、CRUK-CI小組負(fù)責(zé)人JohnMarioni解釋道，“你能夠?qū)NA測序比作為水果冰沙。傳統(tǒng)的測序技術(shù)有點(diǎn)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(xì)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(rèn)識。經(jīng)推斷，這意味著單細(xì)胞測序允許研究人員在任何給定的時(shí)間一次研究上千個基因。”

　　免疫細(xì)胞軍隊(duì)

　　論文共同通信作者、CRUK-CI小組負(fù)責(zé)人、韋爾科姆基金會桑格研究所副教授DuncanOdom通過進(jìn)一步類比來解釋免疫細(xì)胞如何抵抗感染。

　　Odom說，“將免疫系統(tǒng)想象為‘細(xì)胞軍隊(duì)’，準(zhǔn)備保護(hù)身體免受感染。我們的研究揭示出這個軍隊(duì)在年輕的小鼠體內(nèi)齊心協(xié)力：所有的細(xì)胞像希臘方針（Greekphalanx）那樣行進(jìn)，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(qiáng)，允許它更有效地抵抗感染。這項(xiàng)研究證實(shí)隨著這些小鼠變老，細(xì)胞協(xié)作受到破壞。

　　Odom作出結(jié)論，“盡管單個細(xì)胞可能仍然頑強(qiáng)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(shí)在年輕的動物體內(nèi)，免疫激活導(dǎo)致嚴(yán)格調(diào)控的基因表達(dá)。這項(xiàng)研究進(jìn)一步揭示出這種激活導(dǎo)致細(xì)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(dá)異質(zhì)性和它們的不同免疫細(xì)胞類型之間的基因表達(dá)異質(zhì)性。這提示著增加的細(xì)胞間轉(zhuǎn)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(xiàng)研究解決了與衰老相關(guān)的問題，不過也探究了細(xì)胞對疾病作出反應(yīng)的新方面。”

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

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