《Nature Immunology》2025年2月刊发表了一项由上海浦东队列（NCT05206643）主导的大型单细胞免疫组学研究，题为《整合单细胞RNA与T/B细胞受体测序及质谱流式技术揭示人类外周免疫细胞从出生到老年的动态轨迹》。该研究由通讯作者Pu Jun（邮箱pujun310@hotmail.com）及其合作团队完成，通过跨13个年龄组（0岁至≥90岁）的220名健康志愿者样本，构建了迄今最全面的人类生命周期免疫细胞图谱。
学术背景
免疫系统的发育、成熟和衰老伴随终身，但此前缺乏单细胞转录组与蛋白质组水平的全生命周期动态研究。已知免疫衰老会导致感染、心血管疾病和癌症风险上升，甚至驱动实体器官衰老，但其具体机制尚不明确。本研究旨在填补这一空白，通过多组学整合分析揭示免疫细胞组成、功能及互作网络的年龄依赖性变化规律。
研究流程与方法
样本与队列设计
- 核心队列：220名健康志愿者（121男/99女），覆盖新生儿（0岁）至非agenarians（≥90岁）的13个年龄组，采集外周血单个核细胞（PBMCs）。
- 验证队列：89名外部样本（33名健康个体+56名免疫功能紊乱患者）。
多组学技术整合
- 单细胞RNA测序（scRNA-seq）：获得538,266个高质量细胞，通过无监督聚类鉴定25个PBMC亚群，包括新发现的”细胞毒性”B细胞亚群（B_BCR+GNLY+）。
- 单细胞T/B细胞受体测序（scTCR/BCR-seq）：解析αβ T细胞克隆扩增动态及V(D)J基因使用特征。
- 高通量质谱流式（CyTOF）：采用金属同位素标记抗体 panel（Supplementary Table 4）验证单细胞蛋白表达，与转录组数据一致性高（Extended Data Fig. 2a-f）。
- 批量RNA测序与流式验证：独立队列验证关键标志物。
创新分析方法
- 单细胞免疫年龄模型（sIAGE）：基于生命周期数据构建随机森林模型，整合21个关键基因特征（如SELENOK、PLP2等）预测免疫状态。
- 细胞互作网络分析：揭示免疫检查点（如CD27、ICOS、PD-1）在衰老过程中的核心调控作用（Fig. 3g-j）。
主要发现
T细胞亚群的衰老特异性重编程
- 双峰克隆扩增：效应记忆T细胞（如CD8_TEM_GNLY+）在2-12岁（早期发育期）和70-90岁（老年期）呈现两次克隆扩增高峰（Fig. 4a）。早期扩增伴随细胞毒性基因（GZMB、PRF1）上调，而老年期扩增与慢性炎症相关（IFITM3、TSC22D3）（Fig. 4f-h）。
- 初始T细胞分化轨迹：CD4+初始T细胞（CD4_naive_CCR7）在发育期急剧减少，而CD8+初始T细胞（CD8_naive_LEF1）在成年后加速衰退（Fig. 5a-b），二者转录组和TCR多样性变化模式显著不同（Fig. 5c-g）。
黏膜相关恒定T细胞（MAIT）的青春期功能峰值
- CD8_MAIT_SLC4A10细胞在18岁组达到丰度、克隆多样性（Fig. 5h-j）及抗菌能力（Fig. 5n）的峰值，其转录组特征显示增强的有氧呼吸和炎症调控能力（Fig. 5l）。
儿童期特异性”细胞毒性”B细胞
- 新发现的B_BCR+GNLY+细胞在6岁儿童中富集（Fig. 1d），同时表达BCR基因（如IGHM）和颗粒溶素（GNLY）（Fig. 6b）。体外刺激实验证实其可分泌颗粒溶素（Fig. 6f），提示其在儿童感染防御中的潜在作用。
免疫年龄预测模型
- sIAGE模型在健康验证队列中与实际年龄高度相关（Pearson r=0.889，Fig. 7d），但在疾病队列中相关性显著降低（如系统性红斑狼疮患者r=0.653），表明其可评估免疫功能障碍（Fig. 7f）。
结论与价值
科学价值
- 首次在单细胞分辨率绘制人类全生命周期免疫图谱，揭示T细胞亚群衰老的阶段性特征及MAIT细胞的发育关键期。
- 发现儿童期特异性细胞毒性B细胞，拓展了对B细胞功能多样性的认知。
应用前景
研究亮点
- 技术创新：首次整合scRNA-seq、scTCR/BCR-seq和CyTOF技术，实现转录组-蛋白组-免疫组库三维解析。
- 发现突破：鉴定B_BCR+GNLY+细胞，挑战传统B细胞非细胞毒性的认知；揭示MAIT细胞在青春期的功能优势。
- 资源贡献：提供覆盖90年跨度的单细胞参考数据集，填补衰老研究空白（Extended Data Fig. 10）。
该研究为理解免疫系统发育和衰老机制奠定了里程碑式的基础，相关发现对疫苗策略设计、老年免疫干预及儿童感染防治具有重要指导意义。