跨越生命周期的免疫细胞DNA甲基化参考图谱UniLIFE构建及其在疾病预测中的应用

本研究针对血液DNA甲基化(DNAm)研究中因缺乏跨年龄段的免疫细胞分型参考面板导致的生物标志物解读困难问题，开发了首个适用于从新生儿到老年全生命周期的19种免疫细胞DNAm参考矩阵UniLIFE。通过整合脐带血和成人血液的甲基化数据，研究团队建立了高分辨率细胞分型方法，成功解析了T1D（1型糖尿病）等疾病发生前的表观遗传变化，并揭示了Down综合征（唐氏综合征）患者免疫细胞动态变化的分子特征。该成果发表于《Genome Medicine》，为跨年龄队列研究和纵向表观遗传研究提供了重要工具。

　　

在表观遗传学研究领域，血液DNA甲基化(DNAm)分析已成为探索疾病机制和衰老过程的重要工具。然而，长期以来存在一个关键瓶颈：不同生命阶段的血液样本需要使用不同的免疫细胞参考面板进行分析。例如，新生儿脐带血采用Gervin矩阵，成人血液使用Salas或EpiDISH矩阵，而对于婴幼儿和青少年等中间年龄段则缺乏可靠的分型工具。这种割裂的分析方式不仅导致跨年龄研究的数据可比性差，更可能掩盖真实的生物学信号——当研究人员试图追踪从出生到老年的表观遗传变化时，细胞组成差异带来的干扰往往比真实的表观遗传变异更为显著。

为破解这一难题，来自荷兰莱顿大学医学中心、上海营养与健康研究所等机构的研究团队在《Genome Medicine》发表了突破性成果。他们开发了名为UniLIFE（Unified Lifecourse Immune Fraction Estimator）的统一参考矩阵，首次实现了从新生儿脐带血到老年外周血的全生命周期免疫细胞分型。这项研究不仅填补了技术空白，更揭示了1型糖尿病发生前的表观遗传预警信号，以及唐氏综合征患者特有的免疫衰老轨迹。

研究团队采用多组学整合分析策略，关键技术包括：1）收集7种脐带血和12种成人免疫细胞的Illumina 450K/EPIC甲基化数据，通过SVD（奇异值分解）和层次聚类进行质控；2）开发"间隙特异性评分"算法筛选1906个细胞特异性甲基化标记；3）利用EpiDISH软件包中的RPC（参考组分校正）方法进行细胞比例估计；4）在DAISY（糖尿病自身免疫研究）等9个独立队列中进行验证。特别值得注意的是，团队纳入了来自IHEC（国际人类表观基因组联盟）的WGBS（全基因组亚硫酸氢盐测序）数据，证明该方法跨技术平台的适用性。

研究结果部分呈现了四大关键发现：

"DNAm变异轴反映细胞成熟度与年龄"部分揭示，通过PCA（主成分分析）发现PC1轴区分髓系/淋巴系细胞，PC2轴则同时反映细胞成熟度和年龄特征。这一发现为构建跨年龄参考矩阵提供了理论依据——成人初始T/B细胞在表观遗传特征上更接近脐带血细胞而非成人记忆细胞。

"构建19种免疫细胞DNAm参考矩阵"部分详细介绍了标记筛选策略。针对不同细胞类型的特点灵活组合低甲基化和高甲基化标记：对成人记忆细胞主要选择>100个低甲基化标记，而对脐带血细胞则平衡选择50个低/高甲基化标记。最终构建的矩阵包含7种脐带血细胞（如nRBCs^{注：有核红细胞}）和12种成人细胞（如aCD4⁺Tmem^{注：记忆性CD4+T细胞}）。

"在独立样本中的验证"部分展示了UniLIFE的卓越性能。在人工混合实验中，估计值与真实比例的Pearson相关系数达0.98（粒细胞）至0.78（单核细胞）；在临床样本中，脐带血nRBCs比例估计误差（RMSE）仅为0.03。特别重要的是，在模拟"婴儿血"这种脐带血与成人血混合场景时仍保持高精度，证实了其跨年龄适用性。

"生命全程免疫细胞比例动态图谱"部分首次描绘了从出生到94岁的免疫细胞变化规律。数据显示：脐带血特异性细胞（如nRBCs）在新生儿期后迅速消失；初始T细胞比例在6月龄达峰后缓慢下降，与Generation R队列的流式结果高度一致（r=0.91）。这种非单调变化模式为理解免疫系统发育提供了新视角。

在疾病应用方面，研究取得两项突破：一是发现Down综合征患者存在年龄特异性的免疫失调——新生儿期表现为粒细胞增多（P<0.001）和B细胞减少，到成人期则转为记忆T细胞累积；二是在T1D（1型糖尿病）研究中，校正细胞异质性后鉴定出3669个疾病相关DMCs（差异甲基化位点），其中HLA-DQB1等19个MHC（主要组织相容性复合体）基因的甲基化改变可早于临床症状出现。这些发现通过双胞胎队列得到验证，特别是在单核细胞中重现性最佳（OR=3.2，P=0.008），提示先天免疫可能在T1D发生中起关键作用。

讨论部分强调了该研究的三大创新：技术层面，UniLIFE首次实现"一次分析，全龄适用"，解决了跨年龄研究的数据可比性问题；生物学层面，揭示了免疫细胞比例的生命周期变化规律，特别是发现初始淋巴细胞比例在婴幼儿期达峰的重要现象；临床层面，为唐氏综合征免疫监测和T1D早期预警提供了新型表观遗传标志物。尽管存在nRBCs纯度受限等局限，但通过扰动实验证明，即使缺失17%的探针（如EPICv2平台），估计结果仍保持稳健（r>0.95）。

这项研究的意义不仅在于技术突破，更开创了"表观免疫组学"新范式。随着EpiDISH软件包的公开（https://bioconductor.org/packages/release/bioc/html/EpiDISH.html），该成果将助力全球科学家更准确地解析血液DNAm数据，特别是在包含婴幼儿的纵向研究中。未来，整合单细胞测序数据构建更高分辨率的参考面板，将成为该领域的重要发展方向。