為全面地解析研究嗅覺老化的機(jī)制，研究人員使用10× Genomics對青年和老年小鼠的嗅上皮組織進(jìn)行單細(xì)胞測序并鑒定出21種主要的細(xì)胞類型。研究人員發(fā)現(xiàn)衰老導(dǎo)致多種嗅上皮細(xì)胞類型的基因表達(dá)發(fā)生變化，上調(diào)基因主要與炎癥、免疫反應(yīng)的正向調(diào)控以及凋亡信號通路的調(diào)控相關(guān)，而下調(diào)基因與上皮細(xì)胞增殖、ATP合成和感覺系統(tǒng)發(fā)育的調(diào)控相關(guān)。研究人員鑒定出了一種激活的HBC亞型存在于老年嗅上皮中，但在青年嗅上皮中卻很少出現(xiàn)。通過Slingshot分析發(fā)現(xiàn)，這類激活型HBC不參與支持細(xì)胞及嗅感覺神經(jīng)元的分化成熟，這意味著它們在衰老相關(guān)的嗅上皮組織穩(wěn)態(tài)中具有獨(dú)特的作用。借助Cellchat，研究人員發(fā)現(xiàn)衰老增強(qiáng)中性粒細(xì)胞和HBC之間的細(xì)胞通訊，利用NicheNet分析了中性粒細(xì)胞和HBC之間的受/配體關(guān)聯(lián)，并發(fā)現(xiàn)HBC細(xì)胞中由此受/配體調(diào)控的下游靶基因Cdkn1a表達(dá)上調(diào)、Ccnd1表達(dá)下調(diào)，表明衰老過程中，中性粒細(xì)胞干預(yù)HBC的增殖能力，進(jìn)而對嗅上皮穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生影響。

研究人員通過Slingshot構(gòu)建GBC分化路徑并識(shí)別出分化軌跡上調(diào)控支持細(xì)胞及嗅感覺神經(jīng)元成熟的轉(zhuǎn)錄因子的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)衰老增強(qiáng)支持細(xì)胞分化過程中轉(zhuǎn)錄因子Egr1、Fos和Fosb的表達(dá)，而嗅上皮中介導(dǎo)嗅覺受體（OR）類別選擇的轉(zhuǎn)錄因子Bcl11b的表達(dá)水平在老年組嗅感覺神經(jīng)元未成熟階段就開始下降，提示衰老可能會(huì)影響OR基因的表達(dá)選擇。研究人員進(jìn)一步通過構(gòu)建衰老相關(guān)差異基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)預(yù)測出Egr1和Cebpb分別是嗅上皮非免疫細(xì)胞和免疫細(xì)胞的核心轉(zhuǎn)錄因子。體外實(shí)驗(yàn)顯示，老年嗅上皮類器官中過表達(dá)Egr1促進(jìn)細(xì)胞增殖和神經(jīng)元分化，這表明轉(zhuǎn)錄因子Egr1在老年嗅上皮的穩(wěn)態(tài)維持中發(fā)揮重要作用。

圖1.哺乳動(dòng)物嗅上皮衰老的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜示意圖(Credit: Developmental Cell)

綜上，該研究建立了哺乳動(dòng)物嗅上皮衰老的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜（圖1），解析嗅上皮細(xì)胞類型特異性的衰老相關(guān)差異表達(dá)基因，發(fā)現(xiàn)衰老導(dǎo)致嗅上皮中存在激活型HBC，揭示Egr1和Cebpb是轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的核心因子，并明確衰老改變特定嗅覺受體的表達(dá)水平和頻率，這些結(jié)果為解析衰老相關(guān)嗅覺功能障礙的發(fā)病機(jī)制提供研究依據(jù)。