Subpopulação Inflamatória de HSC Expandida com o Envelhecimento Encontrada na Medula Óssea Humana

À medida que os seres humanos envelhecem, o sistema sanguíneo perde eficiência imunológica, capacidade de transporte de oxigênio e produção de linfócitos. Essas alterações se originam em parte nas células-tronco hematopoiéticas (HSCs), que acumulam mutações, se expandem clonalmente e se inclinam para a produção mieloide ao longo do tempo. Apesar de múltiplos estudos humanos anteriores, não existia um mapa molecular consensual do envelhecimento das HSCs — em parte devido à variação técnica entre conjuntos de dados.

Para resolver isso, os autores integraram seis conjuntos de dados publicados e um inédito de sequenciamento de RNA de célula única ou núcleo único, provenientes de 98 doadores, anotando 28.989 HSCs utilizando o atlas BoneMarrowMap. A expressão gênica diferencial entre doadores jovens (19–37 anos, n=25) e idosos (60–87 anos, n=15) identificou 68 genes com expressão aumentada e 29 com expressão reduzida nas HSCs envelhecidas. Três membros do complexo AP-1 — JUN, JUNB e FOSB — foram consistentemente elevados em todos os conjuntos de dados nos doadores idosos, implicando a sinalização MAPK ativada por estresse e a regulação da quiescência.

A análise de enriquecimento de conjuntos de genes (GSEA) confirmou dois temas biológicos dominantes nas HSCs envelhecidas: a regulação positiva de vias inflamatórias (TNF via NFκB, resposta ao IFN-γ, sinalização AP-1) e o aumento da quiescência, em contraste com assinaturas proliferativas enriquecidas nas HSCs jovens. Criticamente, esses padrões não estavam distribuídos uniformemente por todas as HSCs. A análise de agrupamentos e de vizinhança co-variante (CNA) revelou que os clusters 0 e 3 apresentavam as assinaturas mais intensas de envelhecimento e de TNF, sendo significativamente mais abundantes em doadores idosos, enquanto um cluster proliferativo (cluster 4) estava enriquecido em doadores jovens.

Para capturar a heterogeneidade além do agrupamento, a equipe aplicou fatoração de matriz não negativa por consenso (cNMF) a 22 amostras com ≥100 HSCs, identificando quatro programas de expressão gênica meta (metaGEPs). O metaGEP1 co-enriqueceu assinaturas de envelhecimento, sinalização por TNF e quiescência em um único programa — sugerindo que esses fenômenos não são independentes, mas estão mecanisticamente interligados. A análise de fatores de transcrição pelo SCENIC confirmou ainda os membros AP-1 como os principais reguladores diferencialmente ativos nas populações de HSCs envelhecidas.

Esses achados definem uma subpopulação de HSCs inflamatório-quiescentes que se expande com a idade, consistente com o conceito de "inflammaging" no nível das células-tronco. A coocorrência de inflamação e quiescência em um único programa molecular é notável: pode refletir uma resposta protetora que simultaneamente limita o acúmulo de mutações induzido pela proliferação, ao mesmo tempo em que sustenta uma inflamação crônica de baixo grau. Esse estado dual pode comprometer a produção imunológica e hematopoiética em adultos mais velhos. Direcionar a atividade de AP-1 ou de TNF/NFκB especificamente nessa subpopulação representa uma abordagem plausível, ainda que experimental, para intervenções de longevidade.