整合转录组分析鉴定了人骨骼肌衰老中候选的INHBA/Activin A相关炎性巨噬细胞–肌肉干细胞通讯轴

《International Journal of Molecular Sciences》:Integrated Transcriptomic Analysis Identifies a Candidate INHBA/Activin A-Associated Macrophage–MuSC Communication Axis in Human Skeletal Muscle Ageing

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月18日 来源:International Journal of Molecular Sciences 5.6

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  研究人员整合了批量RNA测序(bulk RNA-sequencing)、单细胞RNA测序(scRNA-seq)以及一项独立老年人队列分析,以刻画人类骨骼肌中与年龄相关的变化,并鉴定候选巨噬细胞–肌肉干细胞(muscle stem cell, MuSC)信号相互

  
研究人员整合了批量RNA测序(bulk RNA-sequencing)、单细胞RNA测序(scRNA-seq)以及一项独立老年人队列分析,以刻画人类骨骼肌中与年龄相关的变化,并鉴定候选巨噬细胞–肌肉干细胞(muscle stem cell, MuSC)信号相互作用。批量转录组分析显示,衰老肌肉中炎症激活、线粒体及代谢程序降低,以及巨噬细胞相关特征增加。单细胞分析解析了不同的髓系细胞和MuSC状态。在衰老髓系群体中,炎性巨噬细胞表现出最高的SenMayo评分,而供体水平伪bulk分析确定了年龄相关的早期启动MuSC(early-primed MuSC, epMuSC)重塑,涉及炎症、干扰素相关及细胞外基质相关程序。配体–靶点建模将抑制素βA亚基(inhibin subunit beta A, INHBA)/激活素A(Activin A)列为连接炎性巨噬细胞与衰老epMuSC程序的候选信号。这一预测得到一项独立老年人人类肌肉scRNA-seq队列的支持,该队列显示炎性巨噬细胞中INHBA表达与epMuSC中激活素受体表达一致。在原代人MuSC中,Activin A诱导Activin响应基因并抑制生肌调控因子,而这些效应被SB431542(一种ALK4/5/7信号小分子抑制剂)减弱。综上,这些发现支持衰老人类肌肉中炎性巨噬细胞与epMuSC重塑之间一个候选的、细胞状态分辨的INHBA相关通讯框架,为免疫重塑与再生细胞状态改变之间提供了潜在联系。
骨骼肌衰老伴随肌量、力量和再生能力进行性下降,并与线粒体功能障碍、慢性炎症、细胞外基质重塑及修复缺陷有关。肌肉干细胞(muscle stem cell, MuSC)维持肌肉稳态并修复受损纤维,衰老不仅影响MuSC内在功能,也改变其所在的免疫、基质、血管和再生微环境。巨噬细胞通过功能状态转换和旁分泌信号调节肌肉修复,但年龄相关的免疫改变如何与人类特定MuSC状态相对应,尤其是Activin相关信号的局部细胞来源,此前尚不明确。研究人员整合批量RNA测序、单细胞RNA测序(scRNA-seq)、供体水平伪bulk(pseudobulk)分析、配体–靶点建模和独立老年队列,旨在鉴定衰老骨骼肌中巨噬细胞与MuSC之间的候选通讯信号。

研究人员利用发现队列和独立验证队列开展分析,主要结论是:衰老骨骼肌存在炎症激活和代谢下降的协同重塑;炎性巨噬细胞和早期启动态MuSC(early-primed MuSC, epMuSC)是衰老相关的关键细胞状态;INHBA/Activin A被候选为连接炎性巨噬细胞与epMuSC重塑的信号分子;原代人MuSC对Activin A具有功能性反应,且该反应可被SB431542部分削弱。这些发现支持衰老肌肉再生衰退不仅是MuSC内在功能障碍,还涉及免疫细胞状态与再生状态之间的通讯紊乱,为理解免疫重塑与再生细胞状态改变之间的联系提供了新框架。

关键技术方法包括:批量RNA-seq差异表达分析、基因本体/基因集富集分析和GSVA;CIBERSORT免疫浸润估计;scRNA-seq质控、Harmony批次整合和细胞亚群再聚类;供体水平伪bulk差异分析;NicheNet配体–靶点建模;独立老年队列验证;THP-1巨噬细胞极化后的RT-qPCR和ELISA;原代人MuSC的Activin A及SB431542处理结合RT-qPCR和免疫荧光。队列来源:发现队列包括GSE167186批量转录组(19名年轻、29名老年)和人类骨骼肌衰老图谱单细胞组分(41,261个年轻细胞、49,641个老年细胞);验证队列为GSE143704(18,320个细胞,9名54–81岁供体)。

研究结果显示:

2.1 衰老与人骨骼肌炎症和代谢转录组重塑相关
批量转录组分析显示老年肌肉整体转录谱发生年龄相关偏移;上调基因富集于炎症/免疫、细胞应激和细胞外基质重塑,下调基因富集于线粒体和能量代谢;标志性基因集分析显示炎症和应激程序增强、氧化磷酸化等代谢程序减弱。

2.2 衰老重塑骨骼肌免疫微环境并增加巨噬细胞相关特征
CIBERSORT估计显示老年肌肉总巨噬细胞比例显著升高,但M0/M1/M2巨噬细胞亚型无显著差异;基因集变异分析显示细胞周期和应激相关程序增强,糖酵解、脂肪生成和氧化磷酸化降低。

2.3 单细胞转录组定义人类骨骼肌细胞异质性与衰老相关改变
对90,902个细胞进行无监督聚类,注释出纤维-脂肪祖细胞(fibro-adipogenic progenitors, FAPs)、内皮细胞、髓系细胞、淋巴细胞、肥大细胞、周细胞、施万细胞、平滑肌细胞、MuSC及肌纤维片段;供体水平分析显示老年供体MuSC比例显著降低。

2.4 炎性巨噬细胞呈现衰老相关转录状态,
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