血管免疫重塑：一种与动脉僵硬度相关的CD4+T细胞驱动的免疫轨迹

《Aging Cell》：Vascular Immune Remodeling: A CD4+ T Cell–Driven Immune Trajectory Associated With Arterial Stiffness

　　

动脉僵硬度是血管老化的标志及心血管疾病的主要危险因素。虽然免疫老化——通常表现为T细胞受体(T cell receptor, TCR)多样性降低及CD8+记忆T细胞扩增——参与此过程，但越来越多的证据表明外周免疫失调可能通过区别于经典免疫衰老(immunosenescence)的机制损害血管功能。为探究此机制，研究人员对563名无临床显性心血管疾病的成人外周血TCRβ repertoire进行谱分析，并评估其与脉搏波速度(pulse wave velocity, PWV)——动脉僵硬度的金标准指标——的关联。令人惊讶的是，脉搏波速度升高者表现出TCR多样性反常性增加，该现象由大量低频CD4+克隆型的广泛重塑所驱动，这些克隆型优先定位于初始样/早期分化CD4+T细胞区室。单细胞转录组分析进一步显示，这些与PWV相关的CD4+T细胞存在慢性激活、增殖受限及功能失调的免疫状态。此外，基于上述PWV相关repertoire特征训练的机器学习模型可准确识别高PWV个体（AUC = 0.817），提示其在亚临床血管风险分层中的潜在应用价值。上述发现定义了一种独特的、CD4+T细胞驱动的免疫重塑过程——称为"血管免疫重塑(vascular immune remodeling)"——其可与经典免疫衰老分离，并可能促进动脉僵硬化，揭示了早期血管老化中一条意料之外的免疫轨迹，为基于免疫的血管风险评估与干预提供了新途径。

论文解读：《Vascular Immune Remodeling: A CD4⁺T Cell–Driven Immune Trajectory Associated With Arterial Stiffness》

本研究发表于《Aging Cell》。血管老化以动脉僵硬度增加和内皮功能障碍为特征，是心血管疾病及晚年死亡的重要决定因素，临床上常用臂踝脉搏波速度(brachial-ankle pulse wave velocity, baPWV或PWV)作为评估指标。传统观点认为，随着年龄增长发生的免疫衰老(immunosenescence)——即胸腺退化、初始(na?ve) T细胞池缩小、T细胞受体(T cell receptor, TCR)多样性下降及抗原经验T细胞寡克隆扩增——可通过慢性炎症(inflammaging)促进血管损伤。然而，目前尚不清楚是否存在区别于经典免疫衰老的其他形式外周免疫失调参与早期血管功能障碍。TCRβ repertoire的高通量测序为探索系统性免疫重塑提供了有力工具。经典免疫老化模型预测TCR多样性随年龄递减，但近年部分研究发现某些炎症条件下可出现"非经典"重塑——TCR多样性增加伴功能失调但持续激活的T细胞克隆积累。这种非经典重塑是否发生于血管功能障碍背景下尚属未知。为此，研究人员在无明显临床心血管病人群中系统探究外周免疫repertoire重塑与动脉僵硬的关联，旨在揭示一种新型血管相关免疫重塑模式及其与经典免疫衰老的异同，并评估其作为亚临床血管风险生物标志物的潜力。

主要关键技术方法：

研究人员依托同济-BGI心血管健康研究(Tongji-BGI Research Cardiovascular Health, TORCH)队列，纳入563名无临床显性心血管疾病成人，采集外周血进行baPWV测量及基因组DNA提取；采用多重PCR扩增TCRβ互补决定区3(complementarity-determining region 3, CDR3)并进行高通量测序；经fastp质控及MiXCR注释获取unique clone数及Shannon多样性指数等repertoire特征；按PWV均值≥1300 cm/s与<1300 cm/s分组并行1:1倾向性评分匹配(propensity score matching, PSM)以消除年龄、性别、血压、BMI等混杂；基于序列相似性构建repertoire functional units(RFUs)并鉴定PWV相关RFUs(PWV_related_RFUs)；利用公开分选CD4⁺/CD8⁺TCR数据及健康人单细胞RNA-seq与配对scTCR-seq数据集(GSE157007)映射PWV相关克隆的细胞起源与转录特征；采用LASSO及递归特征消除(recursive feature elimination, RFE)筛选特征RFUs，构建13种监督机器学习分类模型并在内部验证集中评估ROC曲线下面积(area under the ROC curve, AUC)。

研究结果：

3.1 Age, Sex, and Blood Pressure as Dominant Determinants of Pulse Wave Velocity in Healthy Individuals

单变量线性回归筛选出年龄、收缩压(systolic blood pressure, SBP)、舒张压(diastolic blood pressure, DBP)、脉率、血糖、尿酸、BMI、总胆固醇等与PWV显著相关；多元逐步回归校正后确认年龄(Estimate=73.7, p.adj<2.2×10^?16)、SBP(Estimate=77.0, p.adj=2.09×10^?8)及男性性别(Estimate=139.7, p.adj=4.01×10^?6)为PWV最强独立决定因子，BMI呈负相关(Estimate=?22.7, p.adj=0.019)。证实经典生理因素主导PWV后，后续分析在PSM匹配组中控制这些因素以解析免疫特征。

3.2 Arterial Stiffness Correlates With Enhanced TCR Diversity Driven by Expansion of Low-Frequency Clones

PSM匹配后PWV_High组系统性炎症指数(Systemic Immune-Inflammation Index, SII)显著高于PWV_Low组。与经典免疫衰老的repertoire收缩相反，PWV_High组TCRβ Shannon多样性指数显著升高，前100位高频克隆累积频率显著降低，框内(in-frame) productive克隆比例降低，CDR3长度偏短；公共克隆(public clones，同组内>50%样本共有CDR3氨基酸序列)数量、比例及丰度均显著增加。Fisher精确检验鉴定出114个PWV_High富集克隆型和20个PWV_Low富集克隆型，前者CDR3更短、序列相似度更高，且58.8%可注释为病原体相关(尤CMV、流感病毒)而后者仅15.0%。表明高PWV伴随TCR多样性反常增加，由众多低频、主要为病原体相关但呈弥散分布的CD4⁺偏向克隆型广泛重塑所致，不同于经典寡克隆记忆应答。

3.3 Separate T Cell Dynamics Drive Immune Changes in Vascular Stiffening Versus Aging

跨四个成人队列定义年龄相关RFUs(Age_related_RFUs)，其在成人随龄递减；与PWV相关RFUs(PWV_related_All_RFUs)经Spearman相关及残差校正筛选获得42个PWV_related_RFUs。Age_related_RFUs与PWV_related_RFUs无重叠，说明血管僵硬相关免疫重塑不重复经典年龄相关RFU模式，代表至少部分可与典型免疫衰老分离的T细胞动态。

3.4 Expansion of CD4⁺T Cell-Derived Clonotypes Is Associated With Increased Arterial Stiffness

分选CD4⁺与CD8⁺T细胞repertoire比较显示Age_related_RFUs富集于CD8⁺(尤其黏膜相关恒定T细胞 mucosal-associated invariant T cells, MAIT)，而PWV_related_RFUs富集于CD4⁺T细胞；单细胞参考图谱进一步确认PWV_related_RFUs主要映射至CD4⁺T细胞亚群(含初始样/早期分化区室)，114个PWV_High富集克隆型也优先匹配至na?ve-like/early-differentiation CD4⁺compartment。PWV_related_RFUs丰度随年龄增加且与PWV正相关，但其CD4⁺起源及RFU组成区别于年龄相关CD8⁺/MAIT特征。

3.5 Chronic Immune Activation and Functional Impairment of CD4⁺T Cells Underlie Elevated PWV

单细胞差异表达及基因集富集分析(gene set enrichment analysis, GSEA)显示：Age_related_RFU⁺MAIT细胞中TNFα signaling via NF-κB、DNA修复、缺氧通路富集，抗原提呈及TCR signaling受抑——符合免疫衰老特征；PWV_related_RFU⁺CD4⁺T细胞中interferon-α response及interferon-γ response上调，细胞周期进程、有丝分裂纺锤体、胰岛素信号通路受抑——提示慢性免疫激活伴细胞周期阻滞及增殖能力受损的功能失调状态，类似于动脉粥样硬化中的T细胞耗竭样改变。

3.6 TCRβ Repertoire Features Enable Robust Prediction of Elevated PWV

以42个PWV_related_RFUs为输入，LASSO与RFE分别筛选17和22个特征RFUs。13种算法建模中，基于RFE所选22个RFUs的朴素贝叶斯(Na?ve Bayes)分类器在PSM训练集AUC达0.907，内部验证集AUC为0.817，查准率–查全曲线下面积(precision-recall AUC, PR-AUC)=0.975，证明外周TCRβ repertoire特征可较准确区分高/低PWV，具亚临床血管风险分层潜力。

讨论与结论：

研究人员发现，动脉僵硬度升高在无临床心血管病人群中与一种CD4⁺T细胞为中心的"血管免疫重塑(vascular immune remodeling)"过程相关联，该过程区别于经典免疫衰老——其特征为TCRβ repertoire多样性反常增加，由大量低频、功能受损的CD4⁺(主要为na?ve-like/early-differentiation)克隆型广泛重塑驱动，而非少数显性记忆克隆寡克隆扩增；这些CD4⁺T细胞呈现慢性干扰素应答激活伴增殖阻滞与代谢异常转录程序。年龄相关免疫重塑主要由CD8⁺/MAIT细胞及repertoire收缩表征，二者RFU无重叠，证实血管免疫重塑是可从经典时序免疫老化中分离的独立免疫轨迹。基于PWV相关RFUs的机器学习模型可有效识别亚临床高动脉僵硬度个体(AUC=0.817)。该发现提出了血管老化的双驱动模型：一为时序年龄相关的CD8⁺/MAIT偏向免疫衰老轨迹，二为CD4⁺T细胞介导的血管免疫重塑轨迹，后者或为早期血管功能障碍及干预的新靶点，并为免疫学手段评估心血管风险奠定基础。