揭示胸腺细胞发育中年龄相关差异的基因调控程序：转录组与表观遗传图谱解析

本研究通过构建新生与成年小鼠胸腺细胞发育的RNA-seq和ATAC-seq图谱，揭示了年龄依赖性基因模块的早期分化特征。研究人员发现新生胸腺细胞在早期发育阶段具有更开放的染色质状态和"预备态"基因程序，并鉴定出转录因子Zbtb20通过CRISPR扰动联合单细胞测序技术证实其调控T细胞发育速率。该研究为理解年龄特异性免疫发育差异提供了分子机制框架。

　　

免疫系统的发育具有显著的年龄依赖性特征，这在T细胞发育过程中尤为突出。新生儿CD8⁺ T细胞表现出与成年个体截然不同的特性：受限的T细胞受体(TCR)库、记忆形成能力减弱以及先天免疫样特征。这些差异持续影响个体终身的免疫功能，但其发育起源和调控机制始终是免疫学领域的未解之谜。更令人困惑的是，尽管新生和成年胸腺细胞源自不同的造血干细胞(HSC)来源——新生儿来自主动脉-性腺-中肾(AGM)和/或胎肝，而成年人则源于骨髓，但二者最终都能产生成熟的CD8⁺ T细胞。这种发育路径的差异如何导致功能差异？基因调控程序在何时出现分歧？这些问题对理解年龄相关免疫差异至关重要。

美国康奈尔大学的研究团队在《Cell Reports》发表的研究中，通过多组学方法系统描绘了新生与成年小鼠胸腺细胞发育的基因调控图谱。研究采用RNA-seq和ATAC-seq技术对四个发育阶段(双阴性DN、双阳性DP、CD8单阳性SP8和成熟CD8⁺ T细胞)的胸腺细胞进行转录组和表观遗传分析，结合CRISPR介导的Zbtb20基因扰动与单细胞RNA-seq技术，揭示了年龄依赖性基因模块的动态变化规律及其调控机制。关键技术包括：流式分选胸腺细胞亚群建立年龄对比队列、全转录组测序(RNA-seq)分析基因表达差异、转座酶可及染色质测序(ATAC-seq)解析表观遗传特征、人工胸腺类器官(ATO)培养系统模拟T细胞发育、以及CRISPR-Cas9联合单细胞测序(scRNA-seq)的基因功能验证。

研究结果部分，"年龄依赖性基因表达差异在胸腺细胞发育早期即已出现"小标题下的发现表明，主成分分析显示胸腺细胞主要按发育阶段聚类，但每个阶段内成人/新生样本显著分离。研究人员鉴定出包含275个基因的年龄依赖性模块，其中新生儿高表达细胞周期基因(Ccne2、Ccnb2等)和染色质组织基因，而成人高表达效应反应基因(Il7r、Bach2等)和TCR重组基因(Dntt)。流式细胞术证实Id2/Id3在成人/新生儿DN胸腺细胞中呈现相反表达模式。

"成人新生胸腺细胞阶段特异性基因表达程序"部分显示，3，369个差异表达基因中，成人DN阶段富集祖细胞基因关闭延迟特征(Flt3、Spi1)，DP阶段上调选择迁移相关基因(Nfat5、Cxcr4)，CD8⁺ T细胞中激活和NF-κB信号通路基因更活跃；新生儿则表现为DN阶段代谢重编程(Rxra、Pparg)和DP阶段Wnt信号增强(Fzd3、Vangl2)。

"成人新生胸腺细胞染色质景观"部分通过ATAC-seq揭示：新生儿早期发育阶段(DN)染色质可及性区域更多，而成人后期阶段(CD8)开放区域更丰富。约25%的年龄相关模块基因在HSC中即呈现差异可及性，提示发育起源的影响。"年龄相关预备态程序"的发现尤为关键——新生儿存在884个独特"预备态"基因(成人仅294个)，这些基