单细胞分析揭示老年与年轻小鼠前列腺的差异

2025-01-02 Thu
单细胞分析揭示老年与年轻小鼠前列腺的差异学术背景前列腺是男性生殖系统的重要组成部分，随着年龄的增长，前列腺会发生增生，可能导致尿道受压，进而引发排尿功能障碍及相关症状，并增加前列腺癌的风险。尽管前列腺老化的重要性不言而喻，但其分子机制尚未完全阐明。单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术为揭示细胞异质性和衰老过程中的基因表达变化提供了强有力的工具。尽管已有大量关于前列腺的单细胞研究，但这些研究尚未系统地应用于小鼠前列腺老化的表征。由于获取无疾病的人类前列腺组织较为困难，小鼠作为与人类具有遗传和生理相似性的模式生物，为研究衰老机制提供了替代方案。
论文来源该研究由Yang Li、Yuhong Ding等来自华中科技大学同济医学院附属同济医院的研究团队完成，并于2024年发表在《Biomarker Research》期刊上。研究通过单细胞RNA测序技术，全面描绘了小鼠前列腺的细胞景观，并探索了特定细胞类型在衰老过程中的变化。
研究流程1. 动物与组织分离研究使用了2个月（年轻）和24个月（老年）的C57BL/6J雄性小鼠，分离了前列腺组织，并将其分为前叶（AP）和腹/背/侧叶（VLP）。
2. 细胞解离前列腺组织被切碎并转移到含有组织储存缓冲液的离心管中，经过酶解和过滤后，细胞被重悬于PBS中。
3. 单细胞RNA测序文库制备与测序细胞被加载到微流控芯片中，生成含有细胞条形码的液滴，随后进行cDNA扩增和文库构建，最终在Illumina NovaSeq 6000系统上进行测序。
4. 数据处理与质量控制使用Mobivision v3.0对原始数据进行量化，Seurat软件进行质量控制，去除低质量细胞，并通过Harmony消除批次效应。
5. 细胞类型识别与差异表达分析使用UMAP算法进行无监督聚类，识别出九种主要细胞类型，并通过差异表达分析识别出与年龄相关的基因表达变化。
6. 功能富集分析与细胞间通讯分析对差异表达基因进行GO富集分析，并使用CellChat进行细胞间通讯分析，揭示细胞间的相互作用。
7. 蛋白质印迹与免疫荧光染色通过蛋白质印迹和免疫荧光染色验证了部分基因的表达变化。
主要结果1. 单细胞转录组图谱构建研究分析了68,214个细胞，识别出九种主要细胞类型，包括腔上皮细胞、基底细胞、间质细胞、内皮细胞、淋巴内皮细胞、髓系细胞、T细胞、B细胞和浆细胞。老年小鼠中间质细胞和免疫细胞的比例显著增加。
2. 衰老诱导的分子变化研究发现，老年小鼠的前列腺细胞中，与细胞衰老、氧化应激和再生相关的基因和通路发生了显著变化。基底细胞可能通过上皮-间质转化（EMT）转变为间质细胞，尤其是在老年小鼠中。
3. 上皮细胞的转录分类研究将上皮细胞分为五个腔上皮细胞亚群、两个基底细胞亚群和一个增殖细胞亚群，发现老年小鼠中基底细胞亚群的比例增加，而增殖细胞的比例减少。
4. 间质细胞的转录分类研究将间质细胞分为六个成纤维细胞亚群、两个平滑肌细胞亚群和一个周细胞亚群，发现老年小鼠中某些成纤维细胞亚群的比例显著增加。
5. 基底细胞通过EMT转化为间质细胞研究发现，基底细胞可能通过EMT转化为间质细胞，尤其是在老年小鼠中。这一过程可能在前列腺老化和疾病发展中起重要作用。
6. 免疫细胞的变化老年小鼠中髓系细胞、T/B细胞和浆细胞的比例增加，特别是巨噬细胞和T细胞表现出更强的炎症反应。
结论该研究通过单细胞RNA测序技术，比较了老年和年轻小鼠前列腺的转录组，揭示了细胞和分子水平的变化。研究发现，老年小鼠前列腺中间质细胞和免疫细胞的比例显著增加，基底细胞可能通过EMT转化为间质细胞，免疫细胞表现出更强的炎症反应。这些发现为理解前列腺老化的分子机制提供了新的见解，并为开发针对老年相关前列腺疾病的治疗策略奠定了基础。
研究亮点单细胞分辨率：研究首次在单细胞水平上揭示了小鼠前列腺在衰老过程中的细胞和分子变化。
EMT机制：研究发现基底细胞可能通过EMT转化为间质细胞，这一机制在前列腺老化和疾病发展中起重要作用。
免疫细胞的作用：老年小鼠中免疫细胞的比例增加，特别是巨噬细胞和T细胞表现出更强的炎症反应，提示免疫系统在前列腺老化中的重要作用。
研究价值该研究不仅增进了对前列腺老化分子机制的理解，还为识别潜在的生物标志物和开发治疗老年相关前列腺疾病的策略提供了宝贵的基础。通过揭示不同细胞类型在前列腺老化中的异质性，研究为未来的功能研究和治疗开发提供了新的方向。
其他有价值的信息研究还发现了一些在老年小鼠前列腺中普遍上调或下调的基因，如Ly6a和SPINK1，这些基因可能在前列腺老化和疾病发展中起重要作用。此外，研究还揭示了间质细胞在前列腺老化中的独特作用，特别是某些成纤维细胞亚群与免疫反应的密切关联。