《Aging Cell》：Alterations in the Immune-Fibrotic Axis Are Spatially Localized in the Aging Heart
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免疫-纤维化轴（immune-fibrotic axis）作为一个恶性反馈回路发挥作用，其中与年龄相关的慢性低度全身性炎症（炎症性衰老，inflammaging）驱动适应不良的组织修复和纤维化，而衰老的纤维化细胞反过来又放大全身性炎症。在衰老心脏中，免疫失调和
免疫-纤维化轴（immune-fibrotic axis）作为一个恶性反馈回路发挥作用，其中与年龄相关的慢性低度全身性炎症（炎症性衰老，inflammaging）驱动适应不良的组织修复和纤维化，而衰老的纤维化细胞反过来又放大全身性炎症。在衰老心脏中，免疫失调和成纤维细胞活化导致组织瘢痕形成和僵硬，以及心力衰竭和血管疾病风险的增加。为了识别受年龄影响的心脏区域和细胞类型，研究人员监测了6月龄和24月龄雄性和雌性小鼠整个心脏的转录变化。巨噬细胞和成纤维细胞（与炎症性衰老密切相关的非心肌细胞群体）的空间分辨特征主要富集于瓣膜和主动脉。随着年龄增长，两种细胞类型同时采用适应不良的程序：巨噬细胞表现出免疫稳态降低，同时趋化性和基质程序增加，而分布更广泛的成纤维细胞谱系细胞表现出细胞外基质（extracellular matrix, ECM）组织和细胞间信号的改变，以及衰老相关的Cdkn1a（编码p21）和其他与人类心脏成纤维细胞共有的活化特征的上调。这些发现的主要生物学意义在于，心脏免疫-纤维化重塑并非一个均匀的、全心脏性的过程。相反，它随细胞类型而异，瓣膜和主动脉成为年龄相关程序汇聚的主要位点，这些程序逐渐损害心脏结构和功能。
### 研究背景与问题
衰老是心血管疾病的主要风险因素之一。在哺乳动物心脏中，一种持续的低度炎症状态被称为“炎症性衰老”（inflammaging），它由生命过程中反复的抗原刺激所驱动，释放慢性低度炎症信号。心血管炎症性衰老与纤维化、血管功能障碍和组织稳态受损相关，共同促进不良心脏重塑、动脉粥样硬化和心力衰竭。年龄相关的心肌细胞功能及血管周围环境变化包括具有衰老相关特征的细胞积累。心血管炎症性衰老主要由免疫细胞与驻留基质细胞相互作用的转变所驱动。在成年心脏中，驻留巨噬细胞通过清除病原体和碎片维持稳态，并通过抗原呈递、细胞因子和趋化因子信号影响纤维化。然而，在高龄状态下，自我保护性的驻留巨噬细胞被骨髓来源的侵袭性巨噬细胞取代，加剧慢性组织炎症。成年心脏成纤维细胞通常负责常规细胞外基质（extracellular matrix, ECM）维护，但在衰老心脏中，成纤维细胞被促炎巨噬细胞诱导为慢性过度活跃状态，分泌细胞因子和基质重塑蛋白，驱动局部纤维化并招募更多免疫细胞，从而加速组织僵硬和功能衰退。此外，炎症性衰老还影响心脏各细胞群间的协调，并表现出性别差异：男性通常经历更早、更线性的功能衰退，而女性在绝经后常表现出加速的血管功能障碍和纤维化。尽管已有单细胞和空间转录组图谱记录了年龄相关的转录变化，但以往研究多集中于左心室的大血管和血管周围生态位，对瓣膜和近端大血管等区域的关注不足。因此，研究人员旨在系统鉴定整个心脏中受衰老影响的区域和细胞类型。
### 研究开展与结论
研究人员使用6月龄和24月龄的C57BL/6J雄性和雌性小鼠（每性别每时间点n=3），通过批量RNA测序（bulk RNA-seq）、单核RNA测序（single nucleus RNA-seq, snRNA-seq）和空间转录组学（Visium平台），监测了整个心脏（包括四个心腔、瓣膜、主动脉根部和近端大血管）的转录变化。结果发现，巨噬细胞和成纤维细胞（非心肌细胞中与炎症性衰老密切相关的群体）的空间特征主要富集于瓣膜和主动脉。随着年龄增长，巨噬细胞表现出免疫稳态降低、趋化性和基质程序增加；成纤维细胞谱系细胞表现出ECM组织和细胞间信号改变，以及衰老相关Cdkn1a（编码p21）等活化特征上调。跨物种整合显示，这些特征与人类心脏成纤维细胞部分共享。主要生物学意义在于，心脏免疫-纤维化重塑并非均匀的、全心脏性过程，而是因细胞类型而异，瓣膜和主动脉是年龄相关程序汇聚的主要位点，这些程序渐进性损害心脏结构和功能。
### 关键技术方法
研究人员采用的主要技术方法包括：bulk RNA-seq（使用edgeR进行差异表达分析，WGCNA进行共表达网络分析）、snRNA-seq（10× Genomics Chromium平台，Seurat分析，共获得116,002个高质量细胞核）、空间转录组学（Visium平台，使用RCTD进行细胞类型反卷积）、跨物种整合（将小鼠数据映射到人类心脏图谱，使用Symphony进行标签转移）。样本队列为C57BL/6J小鼠，6月龄和24月龄，雌雄各3只；人类数据来源于已发表的非衰竭心脏snRNA-seq公共数据集（Bleckwehl et al. 2025）。
### 研究结果
**3.1 年龄诱导的心脏转录特征与炎症性衰老相关**：通过bulk RNA-seq比较6月龄和24月龄小鼠心脏，鉴定出287个差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs），富集于炎症和ECM重塑通路。WGCNA识别出一个显著的年龄相关模块，富集于炎症和免疫过程。snRNA-seq显示，巨噬细胞和Postn+成纤维细胞的比例随年龄增加。
**3.2 炎症性衰老标志物定位于瓣膜和主动脉**：通过空间转录组学反卷积，发现主动脉和瓣膜区域具有最高的巨噬细胞和Gsn+成纤维细胞估算比例。Ccl8（衰老相关分泌表型的关键成分）在心肌中的表达在24月龄时更显著，而C1qa和Gsn的分布无显著年龄变化。
**3.3 衰老巨噬细胞获得基质相关和炎症性转录变化**：snRNA-seq的GO生物过程（biological process, BP）富集分析显示，衰老巨噬细胞富集于生长因子和受体信号（如ERK1/2、PDGF、VEGF）以及成纤维细胞增殖和平滑肌细胞迁移相关过程。性别分层显示，雄性中MAPK/Ras信号和成纤维细胞增殖相关过程富集较弱，而雌性富集于肌肉和心脏形态发生相关过程。
**3.4 衰老成纤维细胞与ECM重塑相关**：衰老Gsn+成纤维细胞富集于ECM和胶原组织、血管生成调节、VEGF信号和内皮细胞迁移等GO BP。空间及单核分析显示，Cdkn1a+ Gsn+成纤维细胞在衰老心脏中更丰富，且富集于TGF-β和PI3K相关过程，此富集在雄性中显著。
**3.5 Cdkn1a+成纤维细胞谱系程序在人类心脏中部分保守**：通过跨物种整合，小鼠巨噬细胞和成纤维细胞类型与人类对应群体高度一致（如76.2%的Gsn+成纤维细胞匹配人类成纤维细胞）。人类CDKN1A+成纤维细胞谱系富集于细胞应激和程序性细胞死亡等GO BP。小鼠和人类共有的富集GO BP有140项（分别占36.7%和43.5%），且均上调p53靶基因（MDM2、ZMAT3、EDA2R），但大部分富集过程不共享，表明保守是部分的。
### 讨论与结论
讨论指出，本研究将巨噬细胞和成纤维细胞的衰老相关特征锚定于瓣膜/主动脉生态位，并显示这些信号随年龄向心肌扩展。巨噬细胞-成纤维细胞相互作用可能是年龄相关重塑的核心环节。性别差异的分子特征与临床观察一致。跨物种比较显示衰老相关转录程序仅部分保守，提示直接转化需谨慎。研究结论翻译如下：总之，这些结果支持一个模型，即心脏衰老在瓣膜/主动脉巨噬细胞-成纤维细胞生态位内被放大，衰老相关分子特征（包括Ccl8和Cdkn1a）随年龄在更广泛的心肌中逐渐突出。这些反应提出不同的性别特异性分子模式以及人类组织中选定特征的保守性。该研究强化了炎症性衰老作为系统性、相互过程的概念，细化了该过程可能起始的位置及解剖变化方式，支持瓣膜/主动脉生态位模型而非均匀心肌模型。超越相关性证据，确定该生态位是炎症性衰老的起源位点还是仅仅检测位点，需要功能干预（如对Cdkn1a+成纤维细胞的衰老细胞清除或阻断Ccl8）。进一步研究需确定这些细胞类型是年龄相关心脏功能障碍的因果驱动因素，还是更广泛衰老过程的标志物。
