斯坦福大学医学院的研究人员的发现可能有助于解释为什么老年人的免疫系统通常不能很好地工作，为什么不同人的免疫系统以不同的速度老化，以及为什么环境比产生这些与年龄相关的差异更重要。

这项研究结果可以通过技术创新实现遏制衰老和疾病的新方法：快速，准确地说明单细胞被指示生产的蛋白质的程度，以及分离细胞的程度。相同类型已收到这些指令的不同版本。研究人员利用这种新方法逐一分析数以亿计的免疫细胞，发现老年人的免疫细胞获得了比年轻人更为模糊的行进命令。

在4月26日发表在Cell上的一项研究中，科学家们专注于贴在称为组蛋白的蛋白质上的化学标记，这些标记与所有不是细菌或密切相关的单细胞生物的生物的细胞核中的DNA密切相关。

众所周知，这些所谓的表观遗传标记不仅仅是涂鸦。“它们是指示延伸DNA的指令 - 以及存在于这些区域中的基因 - 或者可读取或禁止读取我们基因的大量移动分子机器。最终，他们协调我们的基因编码的蛋白质的生产，“免疫学和风湿病学教授PJ Utz博士说。Utz与Purvesh Khatri博士，生物医学信息学和生物医学数据科学助理教授以及基础生命科学研究助理Alex Kuo博士一起分享该研究的高级作者。主要作者是基础生命科学研究助理Peggie Cheung博士和博士后学者Francesco Vallania博士。

表观遗传的影响

蛋白质是进行大部分细胞活动的主力，因此细胞的特性和议程与其内部活跃的蛋白质的类型和数量密切相关。虽然您体内的每个细胞几乎含有相同的DNA，但您的皮肤细胞，脂肪细胞和神经细胞的蛋白质含量，以及它们的功能之间存在很大差异。通过指定哪些基因是活跃的或静止的，沿着细胞DNA的表观遗传标记的星座很大程度上指导并定义细胞的整体行为。

而且，这些标志正在变化;与我们或多或少不变的基因不同，它们可以在细胞暴露于病原体，营养素，生长因子或激素时，或在细胞内部状态发生变化时快速附着或从组蛋白中清除 - 例如，当它的时间到来时细胞经历分裂，或细胞老化。细胞的蛋白质输出及其工作议程在响应中发生变化。

“除了奇怪的突变或染色体尖端的一些磨损，你的DNA基本上和你变老一样，”Khatri说。“但是，尽管我们的基因在大多数情况下随着年龄的增长而变化不大，但随着时间的推移，每个基因的活跃程度都会发生相当大的变化。”

特别是，随着年龄的增长，免疫系统中的多种白细胞显示出基因激活水平的显着变化。我们也知道，随着年龄的增长，我们的免疫系统通常效果不佳，Khatri指出。

“免疫系统在各种疾病中发挥着重要作用，”他说。“通过过分关注遗传学，我们忽略了人类免疫学和影响它的环境影响的含义。”

斯坦福大学的研究小组假设免疫细胞基因的衰老相关变化可能是由于细胞组蛋白上表观遗传标记模式的变化引起的。他们着手确定对于任何给定的免疫细胞类型，这些模式在不同的人之间或在任何一个人的血液中相同类型的不同个体细胞之间是否分开和多少。

分析单细胞

为了做出这些决定，科学家修改了一种称为质量细胞计数法的技术。这种方法允许同时表征单个细胞的多个特征，因为附着在其上的特化分子条形码撞击检测器，不仅揭示细胞的身份，而且揭示其状态 - 例如，未成熟与成熟，或激活与静止。细胞被焚烧，它们的残骸以快速射击的顺序甩在探测器上。虽然细胞本身已经冒烟，但是它们不可燃的条形码撞击了探测器，并被识别和编目。以这种方式，可以快速确定大量细胞的个体身份和状态。

在这项研究中，Kuo和Cheung花了一年多的时间设计了分子条形码，这种分子条形码允许大规模细胞计数指定40种不同类型的表观遗传标记中的每一种的数量，以及22种不同免疫细胞类型的30种额外识别特征，并且超过一年用它们进行实验。总之，随后的实验产生了大约217亿个数据点。Vallania设计了专门的技术来分析这一巨大的信息。

研究人员发现，对于许多免疫细胞类型，老年人的细胞平均比年轻人的细胞含有更多的组蛋白标记。此外，与年轻人相比，老年人的组蛋白显示出更多的细胞间差异。

然后，为了评估环境与遗传对组蛋白标记模式的影响，研究人员从相同和兄弟双胞胎对中获取血液样本。同卵双胞胎共享相同的DNA序列。他们也有共同的宫内环境，如果一起成长，则会有相似的童年环境;异卵双胞胎，尽管他们的DNA与典型的兄弟姐妹的DNA并不相似，但他们共同分享宫内节育，如果一起养育，则会分享童年的环境。

较老的同卵双胞胎之间的组蛋白标记模式与较年轻的双胞胎中的组蛋白标记模式相差很大。老年同卵双胞胎之间的差异实际上等于遗传无关人群之间的差异。数据分析表明，老年人观察到的组蛋白标记差异来自不可归因的因素：食物，睡眠，运动，感染，我们的工作，我们生活的城市，以及在整个过程中对我们起作用的其他身体或心理压力和缓解的来源。我们的生命。

针对某些组蛋白标记的酶的药物被批准用于某些癌症适应症。Utz和Khatri现在正在检查其他疾病的组蛋白标记模式，看看是否有特征类型标记的升高或降低的特征。他们推测，组蛋白标记分析可能导致药物通过逆转组蛋白标记偏离健康状态，可以治疗以这些偏差为特征的疾病。