人类外周血的多维单细胞分析揭示了衰老和虚弱的免疫系统的特征
人类外周血的多维单细胞分析揭示了衰老和虚弱的免疫系统的特征
文章概述
文章标题：《Multidimensional single-cell analysis of human peripheral blood reveals characteristic features of the immune system landscape in aging and frailty》
发表日期和杂志：2022年发表在nature aging上
在线阅读链接：https://doi.org/10.1038/s43587-022-00198-9
实验设计
使用单细胞RNA和TCR测序分析了脐带血、年轻人和健康和虚弱的老年人的114,467个免疫细胞。
单细胞转录组数据情况
数据链接是：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE157007
用3份脐带血标本、3份健康青年、6份健康老年和5份体弱献血员的PBMC进行单细胞RNA、TCR和细胞表面蛋白(CCR7、CD45RA、CD4和CD8)抗体条形码测序，建立了从新生儿到体弱者的单细胞转录组和TCR图谱。
提供了10X格式的三个文件，下载好之后按照样品名进行整理，然后再使用Read10X函数读取即可。
数据下载按照样品名整理：
fs=list.files('./','features.tsv.gz')
fs
samples1=gsub('_features.tsv.gz','',fs)
samples1
library(stringr)
samples2=str_split(fs,'_',simplify = T)[,2]
samples2
lapply(1:length(samples2), function(i){
x=samples2[i]
y=samples1[i]
dir.create(x,recursive = T)
file.copy(from=paste0(y,'_features.tsv.gz'),
to=file.path(x, 'features.tsv.gz' ))
file.copy(from=paste0(y,'_matrix.mtx.gz'),
to= file.path(x, 'matrix.mtx.gz' ) )
file.copy(from=paste0(y,'_barcodes.tsv.gz'),
to= file.path(x, 'barcodes.tsv.gz' ))
})
将数据按照样品名整理成相应的文件夹之后，每个文件夹里面存放对应的三个标准数据文件——barcodes.tsv.gz、features.tsv.gz、matrix.tsv.gz，然后使用Read10X()函数读取数据进行分析。
###### step1:导入数据 ######
library(data.table)
dir='GSE157007_RAW/outputs/'
samples=list.files( dir )
samples
library(data.table)
sceList = lapply(samples,function(pro){
# pro=samples[1]
print(pro)
sce=CreateSeuratObject( Read10X(file.path(dir,pro)),
project = pro,
min.cells = 5,
min.features = 300 )
return(sce)
})
names(sceList)
samples
sce.all=merge(x=sceList[[1]],
y=sceList[ -1 ],
add.cell.ids = samples)
as.data.frame(sce.all@assays$RNA@counts[1:10, 1:2])
head(sce.all@meta.data, 10)
table(sce.all$orig.ident)
在批量读取数据之前，一般要先读取一个数据用来进行测试，确认无误后，再使用循环批量读取全部的数据用于后续的分析。
后面就是标准分析啦,对读取进来的数据进行质控、harmony整合以及细分亚群定义等。
第一层次降维聚类分群
从114,467个单核细胞中产生了高质量的scRNA-seq数据。
通过聚类分析将细胞分为17个簇，根据标记基因、细胞表面蛋白的表达和生产TCR的检测，对细胞簇进行了细分，并确定了每种细胞类型的比例。
脐带血样本包含很少的记忆T细胞(簇2和3)和“其他T细胞”(簇6和9)，这可能意味着簇6和簇9中的细胞处于更活跃的状态或发展出成人特有的t细胞特性。随着样本实际年龄的增加，“其他T细胞”的比例逐渐上升，naïve T细胞的数量随着年龄的增长而不断缩小。
从年轻组到老年组，naïve T细胞的数量急剧下降，b细胞群保持相对恒定。而与脐带血组相比，年轻组的NK 1细胞群略有下降，但随后在老年和虚弱组中逐渐扩大到更大的规模。
其它加分项
探究了T细胞亚型随年龄增长的动态变化
提取了簇1、2、3、6和9，用于第二轮聚类分析。结果产生了六个T细胞团，根据特异性表达的标记基因和细胞表面蛋白(CCR7、CD45RA、CD4和CD8)的表达水平，对六个簇分别进行注释。
分析发现随着年龄的增长，T细胞的组成向更发达的记忆性T细胞转移
通过细胞轨迹分析来检验各种免疫细胞类型是否以相同的速度老化，幼稚T细胞是最大的细胞群，占所分析细胞总数的21.9%。
细胞轨迹分析描绘了来自不同年龄组的幼稚T细胞沿着拟时间尺度的递增
文章小结：
- 在确定的免疫细胞类型中，观察到细胞异质性和转录组变异性的年龄相关性积累。在特定年龄段的特定免疫细胞类型中，通过特定的基因组表达，鉴定出具有特征的转录因子。
- 通过轨迹分析显示，非虚弱和虚弱老年人的细胞通常处于不同的轨迹，尽管年龄相似。在衰老和虚弱的T细胞亚群中，存在大量的TCR克隆型，提示衰老T细胞具有分化的多能性和抗衰老能力。
- 鉴定了一个脆弱的单核细胞亚群，该亚群仅高表达lncRNAs NEAT1和MALAT1。文章结果发现了基于衰老和脆弱免疫格局的综合维度的人类脆弱特异性免疫细胞特征。