时空转录组学解析年龄相关味觉功能障碍的分子机制

《Aging Cell》：Molecular Mechanisms of Age-Related Taste Dysfunction Deciphered by Spatiotemporal Transcriptomics

　　

年龄相关味觉功能障碍损害营养和生活质量，导致老年人代谢紊乱和虚弱，但其细胞和分子基础仍知之甚少。通过整合单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）和空间转录组测序，研究人员系统地绘制了从新生期到老年期五个发育阶段的小鼠味蕾衰老图谱。研究结果表明，年龄相关的味觉损伤是由干细胞/祖细胞分化能力的进行性耗竭驱动的，主要特征表现在舌后部，并由炎症衰老（inflamm-aging）反应和微环境改变介导。具体来说，研究人员在老年轮廓乳头（circumvallate, CV）和叶状乳头（foliate, FL）中发现了巨噬细胞浸润和极化转变，强调了巨噬细胞在年龄相关味觉衰退中的关键作用。使用味蕾类器官与极化巨噬细胞条件培养基共培养的模型显示，M1极化细胞抑制味蕾类器官的增殖和分化。机制上，这种抑制可能由巨噬细胞来源的Thbs1介导，因为重组Thbs1处理直接抑制了体外味觉祖细胞的扩增。总之，这项研究提供了首个全面的味蕾衰老时空图谱，并确定了治疗年龄相关味觉障碍的新治疗靶点。

**时空转录组学揭示年龄相关味觉功能障碍的分子机制**

味觉感知是哺乳动物重要的化学感觉系统，深刻影响营养摄入、健康维持与生活质量。年龄相关味觉功能障碍是老年人中常见但研究不足的老年综合征，不仅导致食欲下降和营养缺乏，还与代谢紊乱及虚弱密切相关。尽管衰老与味觉减退的关联已为学界公认，但驱动这一感觉衰退的精确细胞和分子机制长期未明。以往研究多依赖行为学或组织学观察，受限于技术分辨率，难以解析味蕾微环境在衰老过程中的空间动态变化。为此，研究人员在前期单细胞转录组研究基础上，进一步整合高分辨率单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）与前沿空间转录组技术，系统探究味蕾衰老的时空动态及其调控机制。该研究发表于《Aging Cell》。

研究人员以C57BL/6J小鼠为模型，选取新生期（P0）、幼年期（P14）、青年期（M3）、中年期（M12）和老年期（M24）五个关键发育阶段，分别解剖轮廓乳头（circumvallate, CV）、叶状乳头（foliate, FL）和菌状乳头（fungiform, FF）三种味乳头组织，进行scRNA-seq及空间转录组（Stereo-Seq）测序，构建了覆盖小鼠整个生命周期的味蕾衰老时空图谱。通过整合分析，研究鉴定出18个细胞群，并揭示年龄相关味觉功能障碍主要源于两种协同机制：味觉干细胞/祖细胞再生能力的进行性耗竭，以及以巨噬细胞表型转变为特征的促炎微环境形成。

主要关键技术方法包括：对五个年龄段、三种味乳头来源的样本（每样本汇集6只小鼠的舌组织）进行单细胞转录组建库（DNBelab C4平台、MGI DNBSEQ-T10测序）和空间转录组测序；利用Seurat进行多数据集整合与细胞类型注释；通过免疫荧光染色验证细胞空间分布；建立三维味蕾类器官培养体系评估干细胞功能；构建巨噬细胞-类器官间接共培养模型；应用CellChat分析细胞间通讯网络，并结合SCENIC、hdWGCNA等生物信息学工具解析基因调控网络。

研究结果部分，首先通过单细胞与空间转录组整合分析绘制了味乳头细胞图谱。研究人员对192,707个细胞进行聚类，鉴定出成熟味细胞（mature taste cells, MTC）、味觉祖细胞（taste progenitor cells, TPC）、基底细胞、巨噬细胞等18个细胞亚群，并利用空间转录组实现了细胞类型的精确空间定位，证实后舌CV和FL富含味蕾组织，而前舌FF味细胞稀少。随后，组织区室分析显示，衰老并未显著改变味乳头的基本结构，但基因集变异分析（gene set variation analysis, GSVA）表明，Wnt、Notch等发育和分化相关通路在老年期显著下调，免疫和炎症通路则明显上调。细胞比例统计发现，TPC在M3至M24阶段进行性减少，且老年小鼠中MTC与TPC的空间距离缩短、细胞增殖和迁移评分降低，提示味觉干细胞再生能力受损。

进一步采用机器学习分类模型，以高达98.70%的准确率区分不同年龄阶段的味细胞。差异基因富集分析显示，老年MTC和TPC同时上调氧化磷酸化和代谢通路，下调Wnt信号、感觉系统发育及干细胞增殖等通路。味蕾类器官实验证实，老年小鼠来源的类器官中Type II和Type III成熟味细胞数量显著减少。细胞轨迹分析则发现，衰老过程中味细胞分化路径由经典的三步层级（Krt5⁺ TPC→Lgr5⁺ TPC→Shh⁺ TPC→MTC）转变为绕过Lgr5⁺中间阶段的简化直接分化模式，提示关键祖细胞群的丢失迫使细胞采取代偿性但效率较低的分化途径。

炎症衰老分析表明，巨噬细胞和T细胞是炎症活性最高的细胞群，且巨噬细胞在衰老过程中向味细胞周围聚集。CellChat通讯分析显示，老年组织总细胞间互作数量显著增加，ICAM、CXCL、CCL、TNF等炎症相关通路增强，而TGFb、WNT等再生信号减弱。巨噬细胞亚群解析发现，S100a9⁺巨噬细胞呈M1样促炎表型，在衰老组织中显著积累；Folr2⁺巨噬细胞呈M2样保护表型，在老年期减少。免疫荧光染色确认M2标志物Arg1和Cd206阳性细胞在老年CV中减少。功能实验表明，M1极化巨噬细胞条件培养基广泛抑制类器官的生长和味细胞分化，而M2条件培养基则促进类器官增大并支持成熟味细胞产生。

在机制层面，细胞通讯分析识别出S100a9⁺巨噬细胞主要通过Thbs1-Sdc轴与味觉祖细胞相互作用。重组Thbs1蛋白处理可直接减少类器官中Ki67⁺增殖细胞和Krt8⁺成熟味细胞数量，下调Lgr5、Plcβ2、Krt8和Car4等关键标记基因表达，并与Tgfβ1协同增强抑制作用。此外，基因调控网络分析揭示了Thbs1在味细胞亚群中的差异化靶基因调控，以及Grn在成熟味细胞中的保护性作用。共表达网络模块分析进一步将味觉衰老与核糖体应激、线粒体功能障碍及炎症通路关联起来。

在讨论部分，研究人员指出，该研究首次建立了味蕾衰老的时空图谱，明确了干细胞耗竭和炎症微环境重塑在味觉衰退中的核心作用，并揭示了巨噬细胞极化失衡及Thbs1介导的抑制性信号是潜在的治疗干预靶点。同时，研究也承认前舌FF样本中味上皮细胞占比不足可能限制结论的普适性，未来需针对前舌区域展开专门研究。结论部分强调，该研究为理解老年人味觉功能障碍的发病机制提供了全面视角，并为开发恢复M2样极化或靶向Thbs1-Sdc轴的创新治疗策略奠定了理论基础。