Frailty is an intermediate status of the human aging process, associated with decompensated homeostasis and death. The immune phenotype of frailty and its underlying cellular and molecular processes remain poorly understood. We profiled 114,467 immune cells from cord blood, young adults and healthy and frail old adults using single-cell RNA and TCR sequencing. Here we show an age-dependent accumulation of transcriptome heterogeneity and variability in immune cells. Characteristic transcription factors were identified in given cell types of specific age groups. Trajectory analysis revealed cells from non-frail and frail old adults often fall into distinct paths. Numerous TCR clonotypes were shared among T-cell subtypes in old adults, indicating differential pluripotency and resilience capabilities of aged T cells. A frailty-specific monocyte subset was identified with exclusively high expression of long noncoding RNAs NEAT1 and MALAT1. Our study discovers human frailty-specific immune cell characteristics based on the comprehensive dimensions in the immune landscape of aging and frailty.

Objective xenogenic organ transplantation has been considered the most promising strategy in providing possible subtitutes with physiological function of the failing organs as well as solving the problem of insufficient donor sources. However, the xenograft, suffered from immune rejection and ischemia-reperfusion injury (IRI), causes massive ROS expression and the subsequent cell apoptosis, leading to the xenograft failure. Our previous study found a positive role of PPAR-γ in anti-inflammation through its immunomodulation effects, which inspires us to apply PPAR-γ agonist rosiglitazone (RSG) to address survival issue of xenograft with the potential to eliminate the excessive ROS. Methods X enogenic bioroot was constructed by wrapping the dental follicle cells (DFC) with porcine extracellular matrix (pECM). The hydrogen peroxide (H 2 O 2 )-induced DFC was pretreated with RSG to observe its protection on the damaged biological function. Immunoflourescence staining and transmission electron microscope were used to detect the intracellular ROS level. SD rat orthotopic transplantation model and SOD1 knockout mice subcutaneous transplantation model were applied to explore the regenerative outcome of the xenograft. Results RSG pretreatment significantly reduced the adverse effects of H 2 O 2 on DFC with decreased intracellular ROS expression and alleviated mitochondrial damage. In vivo results confirmed RSG administration substantially enhanced the host’s antioxidant capacity with reduced osteoclasts formation and increased periodontal ligament like tissue regeneration efficiency, maximumly maintaining the xenograft function. Conclusions RSG preconditioning could preserve the biological properties of the transplanted stem cells under OS microenvironment and promote organ regeneration by attenuating the inflammatory reaction and OS injury.

ABSTRACT Human immune system functions over an entire lifetime, yet how and why the immune system becomes less effective with age are not well understood. Here, we characterize peripheral blood mononuclear cells transcriptome from 172 healthy adults with 21~90 years of age using RNA-seq and the weighted gene correlation network analyses (WGCNA). These data reveal a set of insightful gene expression modules and representative gene biomarkers for human immune system aging from Asian and Caucasian ancestry, respectively. Among them, the aging-specific modules show an age-related gene expression variation spike around early-seventies. In addition, it is not known whether Asian and Caucasian immune systems go through similar gene expression changes throughout their lifespan, and to what extent these aging-associated changes are shared among ethnicities. We find the top hub genes including NUDT7, CLPB, OXNAD1 and MLLT3 are shared between Asian and Caucasian aging related modules and further validated in human PBMCs from different age groups. Overall, the impact of age and race on transcriptional variation elucidated from this study provide insights into the transcriptional driver of immune aging.