Alterung treibt Neutrophilen-Ansammlung in mehreren Organen voran und fördert Entzündungen

Neutrophile – die häufigsten zirkulierenden weißen Blutkörperchen – werden zunehmend als Mitverursacher steriler Entzündungen und Gewebeschäden im Alterungsprozess anerkannt, doch ihre organspezifische Umstrukturierung wurde bislang nicht systematisch charakterisiert. Diese Studie schließt diese Lücke, indem sie Single-Cell-RNA-Sequenzierungsdatensätze (scRNA-seq) aus acht Geweben integriert – Lunge, Herz, Gehirn, Gefäßsystem, peripheres Blut, Darm, Niere und Leber – und dabei 256.949 Zellen aus 66 Proben von jungen und gealterten Mäusen erfasst. Die reziproke Hauptkomponentenanalyse (RPCA) wurde eingesetzt, um Batch-Effekte über Sequenzierungsplattformen hinweg zu harmonisieren, und liefert damit einen der bisher umfassendsten Multi-Organ-Immunatlanten der Alterungsforschung.

Der Anteil der Neutrophilen nahm mit dem Alter in mehreren peripheren Organen deutlich zu. Die ausgeprägtesten Verschiebungen zeigten sich in der Leber (0,75 % jung vs. 5,26 % alt), der Lunge (0,88 % vs. 4,14 %), dem Gefäßsystem (1,05 % vs. 3,68 %) und dem Darm (1,22 % vs. 3,57 %). Die bayesianische Kompositionsanalyse (scCODA) bestätigte einen glaubwürdigen altersbedingten Anstieg der Neutrophilen in der Leber (Einschlusswahrscheinlichkeit = 0,968; log2-Faltenänderung = 2,61). Immunfluoreszenzfärbungen für CD11b und MPO validierten die Neutrophilenansammlung in diesen Organen in vivo, und die Durchflusszytometrie des Knochenmarks bestätigte einen höheren Neutrophilenanteil bei gealterten Mäusen (p < 0,05). Bemerkenswert ist, dass das Gehirn keinen signifikanten Neutrophilenanstieg zeigte, was mit der Beschränkung zirkulierender Immunzellen durch die Blut-Hirn-Schranke übereinstimmt.

Es wurde ein neutrophilenspezifischer Atlas mit 5.210 Zellen (2.400 jung, 2.810 alt) erstellt und einer Pseudobulk-Differenzialexpressionsanalyse unterzogen. Sechsundzwanzig Gene waren im Vergleich zu gealterten Neutrophilen hochreguliert, und 985 Gene waren in jungen Neutrophilen angereichert. Die Gensatz-Anreicherungsanalyse zeigte, dass Glykolyse- und Reaktive-Sauerstoffspezies-(ROS-)Signalwege in gealterten Neutrophilen angereichert waren, während TNF-α- und IFN-λ-Signalgebung in jungen Neutrophilen überwog. Gealterte Neutrophile wiesen zudem eine erhöhte NET-Bildung gemäß Cytox-Green-Färbung auf (p < 0,01). Konditionierte Medien aus Neutrophilen gealterter Mäuse, die auf vaskuläre glatte Muskelzellen (MOVAS) und hepatozytenabgeleitete Zellen (AML-12) aufgebracht wurden, erhöhten die seneszenzassoziierte β-Galaktosidase-Positivität signifikant, steigerten die Proteinexpression von MMP9, MMP12, P16 und P21 und regulierten SASP-Gene einschließlich Il6, Tnf und Mmp9 hoch (alle p < 0,05), was eine funktionale parakrine Seneszenzinduktion belegt.

Das unüberwachte Clustering identifizierte sieben Neutrophilensubpopulationen (Neu01–Neu07). Ein Cluster, Neu06-IL6, war spezifisch in gealterten Mäusen angereichert und durch erhöhte Expression von Il6, Komplementgenen und oxidativen Stressprogrammen gekennzeichnet. Die In-vitro-Stimulation neutrophilenähnlicher HL-60-Zellen mit IL-6 rekapitulierte inflammatorische und seneszenzassoziierte Transkriptionsveränderungen in ko-kultivierten MOVAS- und AML-12-Zellen, was IL-6 als funktionalen Mediator dieses gealterten Neutrophilenzustands stützt. Räumliche Kommunikationsanalysen mittels CellChat identifizierten IL-6 zudem als prominente Signalachse zwischen gealterten Neutrophilen und stromalen Zellpopulationen über Gewebe hinweg.

Die scRNA-seq-Analyse hämatopoetischer Vorläuferzellen im Knochenmark enthüllte eine in alten Mäusen angereicherte Population, HPC11, die durch verstärkte myeloide Priming-Transkriptionssignaturen gekennzeichnet ist. Dies legt nahe, dass der Ursprung entzündlicher Neutrophilenzustände in einer Reprogrammierung auf Vorläuferebene während des Alterns liegt. In-silico-Perturbationsanalysen mittels CellOracle nominierten FGF-Signalgebung als kandidaten Regulator HPC-subtypspezifischer Transkriptionsprogramme. Zusammengenommen konstruieren diese Befunde einen Multi-Organ-Rahmen zum Verständnis, wie die Umstrukturierung der Neutrophilen – beginnend im Knochenmark und sich auf periphere Gewebe ausbreitend – zu den sterilen entzündlichen Gewebemilieus beiträgt, die das biologische Altern kennzeichnen, wobei IL-6- und FGF-Signalgebung als potenzielle therapeutische Angriffspunkte gelten.