单细胞分析揭示原花青素C1通过衰老细胞清除和衰老调节效应对造血免疫系统的抗衰老作用

Single-cell profiling unveils a geroprotective role of Procyanidin C1 in hematopoietic immune system via senolytic and senomorphic effects.

作者信息Xiuxing Liu, Yidan Liu, Yuehan Gao, Chun Zhang, Chenyang Gu, Jianjie Lv, Junying Wu, Wenru Su
PMID40316527
期刊NPJ Aging
发布时间2025-05
DOI10.1038/s41514-025-00222-3

实验完整度

包含体内动物模型、体外细胞模型、单细胞转录组测序、流式细胞术等多层级验证,并进行功能获得/缺失及机制研究。

主要模型

C57BL/6J小鼠(年轻、老年、PCC1处理) RAW 264.7巨噬细胞系

重点核对

小鼠模型:C57BL/6J雄性小鼠,年轻组(2-3周龄)、老年组(19-21周龄)及PCC1处理组(15-17月龄起始,处理4个月) PCC1给药:饲料中添加8 mg/kg,平均每日剂量约3.2 mg/kg,持续4个月 体外衰老模型:RAW 264.7细胞,使用200 μM H2O2处理,每天4小时,连续4天诱导衰老 PCC1处理浓度:50 μM,处理24小时 流式细胞术分析B细胞、LSK细胞、SnCs(β-Gal)等

摘要

造血和免疫系统(HIS)的衰老导致细胞衰老和免疫失调,从而引发与年龄相关的疾病。在这里,我们展示了原花青素C1(PCC1),一种具有衰老细胞清除和衰老调节双重特性的化合物,能够对抗HIS中与衰老相关的变化。利用单细胞RNA测序和验证实验,我们发现在衰老小鼠的骨髓和脾脏组织中,衰老诱导了细胞衰老、炎症和免疫失调。长期PCC1治疗改善了关键生理参数,尤其是老年小鼠的握力。进一步的单细胞分析揭示了PCC1对HIS广泛的抗衰老作用,包括增加B细胞(BCs)和造血干细胞(HSCs)的比例,抑制衰老相关标志物,以及恢复正常的免疫过程。具体而言,PCC1通过抑制Cebpb表达和年龄相关B细胞,减轻了BCs中的炎症并恢复了免疫稳态。此外,PCC1通过上调Nedd4和CD62L-Ca2+轴表达,逆转了衰老诱导的HSCs改变。最后,我们使用机器学习和基因集富集分析鉴定了衰老细胞(SnCs),揭示PCC1诱导了SnCs的凋亡并调节了其代谢过程,尤其是在粒细胞和髓系细胞中。实验验证进一步证实了PCC1在体内和体外的衰老细胞清除和衰老调节效应。总的来说,PCC1有潜力作为一种治疗药物,通过衰老细胞清除和衰老调节效应减轻免疫功能障碍并促进健康衰老。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
PCC1是否通过清除衰老细胞和调节衰老相关分泌表型来改善造血免疫系统的衰老相关变化及其机制
核心机制
PCC1通过抑制Cebpb表达减轻B细胞炎症,通过上调Nedd4和CD62L-Ca2+轴逆转HSCs衰老,并诱导SnCs凋亡(衰老细胞清除)及抑制SASP(衰老调节)
主要证据
基于scRNA-seq分析,结合FCM、RT-qPCR、CCK-8、Annexin V/PI凋亡检测等验证,在体内(老龄小鼠)和体外(RAW 264.7细胞)证实PCC1的衰老细胞清除和衰老调节作用
研究意义
PCC1有望作为治疗药物,通过其衰老细胞清除和衰老调节效应,改善免疫功能障碍并促进健康衰老

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

单细胞转录组分析揭示衰老对HIS细胞的影响

探究自然衰老对骨髓和脾脏中各免疫细胞亚群转录水平的影响

分离年轻(2-3周龄)和老年(19-21个月龄)小鼠的骨髓和脾脏细胞,进行scRNA-seq,聚类识别出10种细胞类型,并比较衰老相关基因表达、SASP评分和炎症反应评分

2

长期PCC1处理改善老年小鼠生理功能并影响HIS免疫细胞

评估长期PCC1补充对老年小鼠整体生理状态及免疫细胞组成和功能的影响

对15-17月龄小鼠进行PCC1饲料干预4个月,监测体重和握力,并通过scRNA-seq和FCM分析HIS免疫细胞比例及SASP/炎症评分变化

3

PCC1逆转衰老诱导的基因表达和炎症反应变化

鉴定PCC1逆转的衰老相关差异表达基因(rescue-DEGs)并分析其功能

整合分析衰老DEGs和PCC1-DEGs,鉴定rescue-DEGs,并进行GO和通路富集分析,同时验证衰老标志物和SASP因子的表达

4

PCC1调节年龄相关B细胞,促进B细胞免疫重建

研究PCC1对B细胞亚群(特别是ABC)的影响及其分子机制

将B细胞分为亚群,分析PCC1对亚群比例、基因表达和功能的影响;结合PPI网络和FCM验证Cebpb和ABC比例

5

PCC1逆转HSCs衰老相关的衰老、炎症和功能障碍

探讨PCC1对老年HSCs功能恢复的影响及分子机制

分析scRNA-seq中HSCs的SASP、炎症、细胞周期等评分,鉴定PCC1上调的rescue-DEGs,并通过PPI和FCM验证Nedd4、CD62L及钙离子水平

6

推断衰老细胞并验证PCC1的衰老细胞清除效应

通过两种方法识别衰老细胞,并验证PCC1对衰老细胞的清除和调节作用

使用SenCID机器学习和SenMayo基因集识别SnCs,定义为iSnCs;分析其比例、来源和功能,并通过FCM检测β-Gal阳性细胞验证

7

体外验证PCC1的衰老细胞清除和衰老调节效应

在体外衰老细胞模型中验证PCC1的细胞毒性、促凋亡和抗炎作用

使用H2O2诱导RAW 264.7细胞衰老,进行CCK-8活力检测、Annexin V/PI凋亡检测、β-Gal染色及TNF-α和IL-6水平测定

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
原花青素C1Selleck#E0478
标准饲料----
RPMI-1640培养基Gibco--
青霉素/链霉素Life Technologies--
胎牛血清Gemini Bio Products--
细胞筛网(40 µm)Corning--
DMEM培养基Gibco--
CCK-8试剂盒----
活/死细胞染料Invitrogen; BioLegend#L34968; #423105
CD45 APC抗体BioLegend#103112
CD45 BV510抗体BioLegend#103138
CD3 PE/CF594抗体BioLegend#100246
CD19 BV650抗体BioLegend#115541
IL-7R抗体BioLegend#135014
Lineage AF700抗体BioLegend#133313
SCA-1 APC/Cy7抗体BioLegend#108125
CD117 PE/Cy7抗体BioLegend#105813
CD62L FITC抗体BioLegend#104405
CD34 BV421抗体BioLegend#152207
CD11C PerCP/Cy5.5抗体BioLegend#117328
LY6C APC抗体BioLegend#128016
CD11B BV421抗体BioLegend#101235
LY6G BV605抗体BioLegend#127639
F4/80 PE/Cy7抗体BioLegend#123114
佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯Sigma--
离子霉素Sigma--
布雷菲德菌素ASigma--
TNF-α BV421抗体BioLegend#506327
IL-6 PE抗体BioLegend#504504
Cebpb抗体BIOSS#bs-1396R
Nedd4抗体BIOSS#bs-7877R
AF488标记二抗--#4412S
AF647标记二抗--#4414S
衰老检测试剂盒Abcam#ab228562
Annexin V和PI凋亡检测试剂盒BD Biosciences#556547
Fluo-4/AM钙离子荧光探针Invitrogen--
BD LSR Fortessa流式细胞仪BD Biosciences--
FlowJo软件Tree Star--
Trizol试剂----
NanoDrop分光光度计----
PrimeScript™ RT Master Mix逆转录试剂TaKaRa--
SYBR Premix Ex Taq™ II荧光定量PCR试剂TaKaRa--
Chromium单细胞5'文库构建试剂盒10x Genomics--
凝胶珠试剂盒10x Genomics--
Illumina NovaSeq 6000测序平台Illumina--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
小鼠模型与PCC1处理
PCC1处理浓度(8 mg/kg饲料)、处理时间(4个月)、小鼠品系(C57BL/6J)及性别(雄性)
阅读提示:Methods: Mice and PCC1 treatment
体外细胞衰老模型
RAW 264.7细胞系、H2O2浓度(200 μM)、处理时间(每天4小时,连续4天)
阅读提示:Methods: Cell culture and treatment
流式细胞术分析
抗体组合和克隆号(详细列表)、细胞染色步骤
阅读提示:Methods: Flow cytometry (FCM) analysis
单细胞RNA测序
组织来源(骨髓和脾脏)、上机平台(10x Genomics)、生物信息学流程(Seurat, CellRanger)
阅读提示:Methods: scRNA-seq data processing