細胞衰老（Cellular senescence）是一種由多種類型的應激誘導的永久性細胞周期阻滯狀態，包括過度復制、DNA損傷應激樣輻射、氧化應激和癌基因激活。增殖細胞和有絲分裂后細胞（例如完全分化細胞）都可以被誘導衰老，表現出各種衰老相關表型，例如核仁增大、溶酶體增大和過載以及衰老相關分泌表型（SASP）因子的分泌。
衰老細胞在衰老過程中在體內積累，并促進各種衰老相關慢性疾病的發生和進展。針對衰老細胞的療法（例如Senolytic）已經在延長壽命和改善各種疾病方面顯示出良好的效果。但目前，Senolytic藥物的靶向特異性和對非衰老細胞的毒性仍然是臨床應用的一大障礙。錯誤地將靜止細胞（細胞暫時停止生長但可逆）或分化細胞作為衰老細胞進行靶向治療顯然會產生可怕的后果。此外，衰老細胞在某些情況下發揮有益作用，這使得研究正確的時間和條件，以克服Senolytic藥物的有害作用變得更加關鍵。
此外，衰老模式在細胞類型、組織和誘導因素之間是可變的。一些Senolytic藥物對某些細胞類型有效，但對其他細胞類型無效，這表明細胞之間存在著不同的衰老模式，因此迫切需要識別這些不同的模式和它們的特定調節因子，從而提高治療效果和特異性。
2024年4月10日，北京大學韓敬東團隊（陶宛玉為第一作者）在 Cell Metabolism 期刊發表了題為：Single-cell senescence identification reveals senescence heterogeneity, trajectory, and modulators 的研究論文。
該研究開發了一種機器學習程序——SenCID（Senescent Cell Identification），可以準確地通過識別轉錄組數據識別衰老細胞，使針對衰老細胞的靶向干預成為可能。
細胞衰老（Cellular senescence）是許多衰老相關病理的基礎，但細胞衰老的異質性對研究和靶向衰老細胞提出了挑戰。
為了更好地靶向衰老細胞，準確識別不同生物環境中的衰老細胞至關重要。但不幸的是，目前沒有單一的衰老細胞標志物。SA-β-gal染色和細胞周期蛋白依賴激酶（CDK）抑制劑如p16和p21的表達是常用的衰老特征。雖然這些標志物在大多數生物環境中可以識別衰老細胞，但它們并不是普遍適用的，因為一些細胞類型在非衰老階段也會表達這些標志物。此外，在檢測這些標志物時，技術問題可能會帶來結果的不一致性。
在轉錄組水平上，使用帶有衰老相關基因（SRG）注釋的數據庫來評估細胞衰老水平，通過計算這些基因的歸一化值或排名，可以粗略評估衰老細胞與去分化增殖細胞的差異，并主要應用于腫瘤組織。然而，這些粗略的估計在正常衰老和組織退化中的應用仍然有限，因為在這些情況下，靜止或分化細胞占主導地位，而不是增殖的癌細胞。
隨著單細胞轉錄組測序技術的進步，識別和量化單細胞干性的計算工具對于描繪分化樹、層次結構及其規則變得至關重要。同樣，在單細胞水平上建立一個穩健的衰老識別和量化指標，克服高drop-out率和異質性，將有助于重建細胞衰老軌跡和調控層次，從而更深入地理解衰老。
為了解決上述挑戰，該研究開發了一種機器學習程序——SenCID（Senescent Cell Identification），它可以準確地識別bulk轉錄組和單細胞轉錄組數據中的衰老細胞。
在來自52個衰老轉錄組數據集的602個樣本上進行訓練，覆蓋30種細胞類型，SenCID識別出6個主要的衰老ID（Senescent Identities，SID）。不同的SID表現出不同的衰老基線、干性、基因功能和對衰老細胞清除療法（Senolytics）的響應。SenCID可以重建正常衰老、慢性疾病和COVID-19下的衰老軌跡。此外，當應用于單細胞Perturb-seq數據時，SenCID有助于揭示衰老調節因子的層次結構。
總的來說，SenCID是精確單細胞分析細胞衰老的重要工具，使針對衰老細胞的靶向干預成為可能。
（來源：生物世界）
原文出處：Tao W, Yu Z, Han JJ. Single-cell senescence identification reveals senescence heterogeneity, trajectory, and modulators. Cell Metab. 2024 Apr 8:S1550-4131(24)00088-3. doi: 10.1016/jNaNet.2024.03.009. Epub ahead of print. PMID: 38604170.
鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38604170/
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