《Aging Cell》：Nonlinear Aging of the Human TCR Repertoire Is Influenced by Sex, CMV, and Cancer
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衰老伴随着免疫功能的渐进性下降，增加对感染、癌症的易感性并导致较差治疗结局。T细胞受体（T cell receptor, TCR）库的多样性反映了识别多种抗原的能力，已知其随年龄增长而下降。然而，内在因素与外在因素如何共同塑造TCR多样性及其下降速率，以及这种
衰老伴随着免疫功能的渐进性下降，增加对感染、癌症的易感性并导致较差治疗结局。T细胞受体（T cell receptor, TCR）库的多样性反映了识别多种抗原的能力，已知其随年龄增长而下降。然而，内在因素与外在因素如何共同塑造TCR多样性及其下降速率，以及这种多样性在多大程度上影响癌症临床结局，仍缺乏系统性描述。本研究整合了来自14个独立队列的13.2亿个独特T细胞克隆的TCR测序数据，这些数据来源于798例癌症患者和5052例非癌症个体，以系统刻画年龄、性别和慢性巨细胞病毒（cytomegalovirus, CMV）感染对外周血库多样性的影响。研究人员发现了一条非线性的多样性丧失轨迹，该轨迹在中老年后加速，约50岁后下降速率显著增加，并且这一趋势进一步受到性别和CMV感染的修饰。在癌症患者中，较高的外周TCR多样性与多种癌症类型的总生存期改善相关，即使在考虑了年龄、性别和CMV对多样性的影响后依然成立。综上，这些发现强调了外周TCR库多样性作为由人口学因素和慢性病毒感染因素共同塑造的免疫衰老动态标志物的重要性。
研究背景与科学问题
免疫衰老是伴随年龄增长而发生的免疫功能渐进性衰退，表现为对感染和肿瘤的易感性增加，以及治疗效果下降。胸腺退化导致的初始T细胞生成减少是驱动免疫衰老的核心机制之一。T细胞受体（T cell receptor, TCR）库的多样性是衡量免疫系统能否识别广泛抗原的关键指标，已知其随年龄增长而下降。然而，内在因素（如年龄、性别）与外在因素（如慢性巨细胞病毒（cytomegalovirus, CMV）感染）如何共同塑造TCR多样性的动态变化及其下降速率，以及这种多样性在多大程度上影响癌症临床结局，仍缺乏系统性的大规模整合研究。为此，研究人员开展了此项跨队列整合分析。
研究方法概述
研究人员从14个独立研究队列中整合了TCR测序数据，涵盖798例癌症患者和5052例非癌症个体（包括健康个体、COVID-19患者及1型糖尿病前期/发病期个体），共涉及13.2亿个独特T细胞克隆。其中，10个队列采用同一平台（Adaptive Biotechnologies的ImmunoSEQ检测）进行测序，以减少技术变异。所有样本统一降采样至每样本5000条TCR-β序列以保证可比性。CMV状态通过基于CMV相关TCR-β序列丰度的逻辑回归模型预测。单细胞分析采用OneK1K队列（981例健康个体）的数据，并使用CMVerify推断CMV状态。统计学方法包括广义加性模型（generalized additive model, GAM）、分段线性回归、Cox比例风险回归等。
研究结果
2.2 TCR库多样性的高样本间变异
通过计算归一化香农多样性指数（normalized Shannon diversity index）评估TCR库多样性，发现各队列间中位值范围在0.85至0.99之间，总体一致，但个体间变异较大。对117例间隔7个月采集配对样本的患者分析显示，个体间变异显著大于个体内变异（p < 0.001），表明TCR多样性在短期内相对稳定，观察到的个体间差异并非源于时间波动，而是反映了由终生病原体暴露、健康状况和免疫历史等因素塑造的异质性TCR景观。
2.3 年龄和性别的非线性效应塑造TCR库多样性
将非癌症个体按10年年龄分组后，观察到TCR多样性随年龄显著下降。分段线性回归模型在50岁处确定断点，证实50岁后多样性下降速率加快，约为50岁前的2.3倍（p < 0.0001）。性别分析显示，男性在各年龄段均表现出低于女性的TCR多样性，且在50岁后差异扩大。总体而言，男性的TCR多样性相当于比其年长约10岁的女性水平。
2.4 CMV状态对TCR库多样性的影响
CMV阳性个体的比例随年龄增长而上升，从儿童期的不足30%增至老年期的超过65%。在所有年龄段和性别中，CMV阳性个体的TCR多样性均显著低于CMV阴性个体。CMV阳性个体在51-60岁年龄组的TCR多样性水平，与CMV阴性个体在71-80岁年龄组的水平相当，提示CMV感染可能使TCR库老化约20年。CMV对多样性的影响也呈现非线性模式，在中老年后更为显著。
2.5 年龄限制TCR克隆组成
将TCR克隆分为四类：未扩增、低扩增、中等扩增和超扩增克隆。非癌症个体中，未扩增克隆的比例从94.7%降至65.0%，而超扩增克隆比例随年龄增加，且此转变在50岁左右加速。CMV阳性个体在各年龄段均表现出更高比例的超扩增克隆和更低比例的未扩增克隆，且CMV驱动的克隆扩增在老年人中更为明显。
2.6 单细胞测序揭示年龄和CMV相关的T细胞亚型重塑
OneK1K队列的单细胞分析显示，无论CMV状态如何，初始CD8+ T细胞均随年龄稳健减少。CMV阳性个体中，重新表达CD45RA的效应记忆T细胞（TEMRA）CD8+显著富集，同时初始CD4+ T细胞比例降低。这表明衰老主要消耗初始CD8+ T细胞，而CMV则选择性扩增细胞毒性效应谱系。
2.7 癌症患者表现出更低的TCR多样性和更高的克隆超扩增
将相同平台的癌症队列与非癌症个体比较，发现癌症患者TCR多样性普遍较低，且此差异在50岁以上人群中显著（估计值为-0.0225，p < 0.0001）。癌症对多样性的平均影响相当于约10年的TCR库衰老。值得注意的是，CMV与癌症对TCR多样性存在协同作用：在CMV阴性个体中，癌症与多样性无显著关联；而在CMV阳性个体中，癌症进一步加剧了多样性的降低。克隆组成方面，癌症患者表现出更少的未扩增克隆和更多的超扩增克隆。
2.8 高TCR库多样性与癌症预后改善相关
在7个癌症队列中进行的Cox比例风险回归分析显示，较高TCR多样性与更好的总生存期（overall survival, OS）相关（合并风险比HR = 0.86，p = 0.0078）。利用非癌症个体训练的模型校正年龄、性别和CMV后，高于预期多样性的患者同样显示出更好的OS。
2.9 低TCR库多样性与低T细胞分数联合与TCGA中更差生存相关
在TCGA独立队列中，低TCR多样性患者OS显著更差（HR = 1.21，p = 0.0051），低T细胞分数也与更差OS相关（HR = 1.18，p = 0.0043）。两者联合的低组预后最差（合并HR = 1.54，p = 0.0003），提示外周T细胞多样性和丰度提供互补的预后信息。
讨论与结论总结
本研究表明，TCR库多样性的年龄相关性丧失并非恒定，而是在约50岁后加速，且受性别和CMV感染修饰。男性多样性低于女性，CMV阳性个体多样性相当于CMV阴性个体约20年后水平。尽管CMV显著降低多样性，但与癌症总生存期无显著关联，提示CMV驱动的免疫重塑不同于免疫衰老——CMV主要通过扩增TEMRA CD8+ T细胞改变相对组成，而衰老则涉及初始CD8+ T细胞的丧失。在癌症背景下，外周TCR多样性与多种癌症类型的总生存期改善相关，即使在校正年龄、性别和CMV后仍然成立。TCGA分析进一步显示低多样性与低T细胞分数的联合预后价值。综上，该研究确立了外周TCR库多样性作为由内在因素（年龄、性别）和外在因素（CMV感染）共同塑造的免疫衰老动态标志物，并揭示了其在癌症预后中的潜在应用价值。
