特应性皮炎在不同年龄段的免疫学差异：来自单细胞多组学的见解

《Journal of Translational Medicine》：Immunological differences in atopic dermatitis across age groups: insights from single-cell multi-omics

摘要

背景

特应性皮炎（AD）可发生在所有年龄段，但在儿童、成人和老年人中表现出不同的临床和免疫学特征。这些与年龄相关的免疫差异背后的分子机制目前仍不甚明了。

方法

我们对29名AD患者和29名匹配的健康对照组（HC）的外周血单核细胞（PBMCs）进行了单细胞多组学分析，这些样本涵盖了儿童（0–17岁）、成人（18–59岁）和老年人（≥60岁）三个组别。通过使用基于测序的转录组和表位细胞索引技术（CITE-seq），我们同时量化了约280,000个免疫细胞的转录组（RNA）和表面蛋白质组（ADT）特征。综合分析确定了30个免疫亚群，用于细胞类型比例和差异表达分析。基于显著基因和蛋白质特征训练了机器学习分类器，以根据年龄区分AD亚组。

结果

与健康对照组相比，AD患者的血液中CD14+单核细胞、浆细胞样树突状细胞和CD4+增殖T细胞比例升高。AD与健康对照组之间的差异基因表达分析显示，所有年龄组都存在Th2相关的共同特征。在AD患者中，儿童患者体内γδ T细胞、幼稚CD4+ T细胞和幼稚CD8+ T细胞数量增加，而老年患者则表现出更多的CD4+细胞毒性T细胞和CD8+中枢记忆T细胞，这表明随着年龄增长，免疫系统从幼稚型向效应型转变。转录组和蛋白质组分析揭示了不同的分子特征：儿童AD患者中IL-10和细胞因子-细胞因子受体信号通路富集；成人AD患者中代谢通路和活化B细胞的核因子κ轻链增强子（NF-κB）/Th1/Th17通路被激活；老年AD患者则表现出适应性免疫活性降低但先天免疫信号增强。基于差异表达基因和蛋白质的机器学习模型能够准确分类AD患者年龄组（基于转录组的F1值=0.70，AUC=0.79），并识别出IRF2、PDK4、ZFP90、CD21、CD94和CD122等稳定标志物。

结论

单细胞多组学分析揭示了在AD中存在的与年龄相关的转录和免疫学机制，这些机制建立在共同的Th2驱动的炎症基础上。儿童、成人和老年AD患者各自表现出不同的分子特征：儿童表现为发育和细胞骨架相关特征，成人表现为应激反应和慢性炎症相关特征，而老年人则表现为先天免疫和代谢相关特征。这些发现支持根据年龄进行分子亚型分类，并为整个AD病程制定个性化的治疗策略。

背景

特应性皮炎（AD）可发生在所有年龄段，但在儿童、成人和老年人中表现出不同的临床和免疫学特征。这些与年龄相关的免疫差异背后的分子机制目前仍不甚明了。

方法

我们对29名AD患者和29名匹配的健康对照组（HC）的外周血单核细胞（PBMCs）进行了单细胞多组学分析，这些样本涵盖了儿童（0–17岁）、成人（18–59岁）和老年人（≥60岁）三个组别。通过使用基于测序的转录组和表位细胞索引技术（CITE-seq），我们同时量化了约280,000个免疫细胞的转录组（RNA）和表面蛋白质组（ADT）特征。综合分析确定了30个免疫亚群，用于细胞类型比例和差异表达分析。基于显著基因和蛋白质特征训练了机器学习分类器，以根据年龄区分AD亚组。

结果

与健康对照组相比，AD患者的血液中CD14+单核细胞、浆细胞样树突状细胞和CD4+增殖T细胞比例升高。AD与健康对照组之间的差异基因表达分析显示，所有年龄组都存在Th2相关的共同特征。在AD患者中，儿童患者体内γδ T细胞、幼稚CD4+ T细胞和幼稚CD8+ T细胞数量增加，而老年患者则表现出更多的CD4+细胞毒性T细胞和CD8+中枢记忆T细胞，这表明随着年龄增长，免疫系统从幼稚型向效应型转变。转录组和蛋白质组分析揭示了不同的分子特征：儿童AD患者中IL-10和细胞因子-细胞因子受体信号通路富集；成人AD患者中代谢通路和活化B细胞的核因子κ轻链增强子（NF-κB）/Th1/Th17通路被激活；老年AD患者则表现出适应性免疫活性降低但先天免疫信号增强。基于差异表达基因和蛋白质的机器学习模型能够准确分类AD患者年龄组（基于转录组的F1值=0.70，AUC=0.79），并识别出IRF2、PDK4、ZFP90、CD21、CD94和CD122等稳定标志物。

结论

单细胞多组学分析揭示了在AD中存在的与年龄相关的转录和免疫学机制，这些机制建立在共同的Th2驱动的炎症基础上。儿童、成人和老年AD患者各自表现出不同的分子特征：儿童表现为发育和细胞骨架相关特征，成人表现为应激反应和慢性炎症相关特征，而老年人则表现为先天免疫和代谢相关特征。这些发现支持根据年龄进行分子亚型分类，并为整个AD病程制定个性化的治疗策略。