L'invecchiamento favorisce l'accumulo di neutrofili in più organi, alimentando l'infiammazione

I neutrofili — i globuli bianchi circolanti più abbondanti — sono sempre più riconosciuti come fattori contribuenti all'infiammazione sterile e al danno tissutale durante l'invecchiamento, ma il loro rimodellamento a livello d'organo non è stato ancora caratterizzato in modo sistematico. Questo studio colma tale lacuna integrando dataset di sequenziamento dell'RNA a singola cellula (scRNA-seq) provenienti da otto tessuti — polmone, cuore, cervello, vascolatura, sangue periferico, intestino, rene e fegato — che comprendono 256.949 cellule da 66 campioni di topi giovani e anziani. L'analisi delle componenti principali reciproche (RPCA) è stata utilizzata per armonizzare gli effetti batch tra le diverse piattaforme di sequenziamento, producendo uno degli atlanti immunitari multi-organo più completi della ricerca sull'invecchiamento fino ad oggi.

Le proporzioni di neutrofili sono aumentate marcatamente con l'età in diversi organi periferici. Le variazioni più drastiche si sono registrate nel fegato (0,75% nei giovani vs. 5,26% negli anziani), nel polmone (0,88% vs. 4,14%), nella vascolatura (1,05% vs. 3,68%) e nell'intestino (1,22% vs. 3,57%). L'analisi composizionale bayesiana (scCODA) ha confermato un aumento credibile dei neutrofili epatici associato all'età (probabilità di inclusione = 0,968; log2 fold change = 2,61). La colorazione in immunofluorescenza per CD11b e MPO ha validato in vivo l'accumulo di neutrofili in questi organi, e la citometria a flusso del midollo osseo ha confermato una proporzione più elevata di neutrofili nei topi anziani (p < 0,05). È degno di nota che il cervello non ha mostrato un aumento significativo dei neutrofili, in linea con la restrizione esercitata dalla barriera emato-encefalica sulle cellule immunitarie circolanti.

È stato costruito un atlante neutrofilo-specifico di 5.210 cellule (2.400 giovani, 2.810 anziane) e sottoposto ad analisi pseudobulk dell'espressione differenziale. Ventiseigeni sono risultati sovraregolati e 985 geni erano arricchiti nei neutrofili giovani rispetto a quelli anziani. L'analisi di arricchimento dei set genici ha mostrato che le vie della glicolisi e delle specie reattive dell'ossigeno (ROS) erano arricchite nei neutrofili anziani, mentre la segnalazione di TNF-α e IFN-λ predominava nei neutrofili giovani. I neutrofili anziani hanno mostrato anche una maggiore formazione di NET alla colorazione con Cytox Green (p < 0,01). I terreni condizionati da neutrofili di topo anziano applicati a cellule muscolari lisce vascolari (MOVAS) e a cellule di derivazione epatocitaria (AML-12) hanno aumentato significativamente la positività alla β-galattosidasi associata alla senescenza, elevato l'espressione proteica di MMP9, MMP12, P16 e P21, e sovraregolato i geni del SASP tra cui Il6, Tnf e Mmp9 (tutti p < 0,05), dimostrando l'induzione funzionale della senescenza paracrina.

Il clustering non supervisionato ha identificato sette sottopopolazioni di neutrofili (Neu01–Neu07). Un cluster, Neu06-IL6, era specificamente arricchito nei topi anziani e caratterizzato da elevata espressione di Il6, geni del complemento e programmi di stress ossidativo. La stimolazione in vitro di cellule simil-neutrofiliche HL-60 con IL-6 ha ricapitolato i cambiamenti trascrizionali infiammatori e associati alla senescenza nelle cellule MOVAS e AML-12 in co-coltura, supportando IL-6 come mediatore funzionale di questo stato neutrofilo invecchiato. Le analisi spaziali e di comunicazione cellulare condotte con CellChat hanno inoltre identificato IL-6 come un asse di segnalazione di rilievo tra i neutrofili anziani e le popolazioni di cellule stromali nei diversi tessuti.

L'analisi scRNA-seq del midollo osseo sulle cellule progenitrici ematopoietiche ha rivelato una popolazione arricchita negli animali anziani, HPC11, caratterizzata da firme trascrizionali di priming mieloide potenziato, suggerendo che l'origine a monte degli stati neutrofilici infiammatori risiede in una riprogrammazione a livello dei progenitori durante l'invecchiamento. L'analisi di perturbazione in silico condotta con CellOracle ha individuato nella segnalazione FGF un candidato regolatore dei programmi trascrizionali specifici del sottotipo HPC. Nel loro insieme, questi risultati costruiscono un quadro multi-organo per comprendere come il rimodellamento dei neutrofili — che ha origine nel midollo osseo e si propaga ai tessuti periferici — contribuisca agli ambienti tissutali sterili infiammatori che caratterizzano l'invecchiamento biologico, con la segnalazione di IL-6 e FGF come potenziali bersagli terapeutici.