کل جرم، تعداد و توزیع سلول های ایمنی در بدن انسان

اهمیت

ما توزیع سلول های ایمنی بدن انسان را مشخص کردیم و وزن کل آن را ارائه کردیم. یافته های ما نشان می دهد که سیستم ایمنی یک فرد به طور متوسط از حدود 1.8 تریلیون سلول تشکیل شده است که حدود 1.2 کیلوگرم وزن دارند. لنفوسیت ها 40 درصد از کل سلول های ایمنی و 15 درصد از جرم آنها را تشکیل می دهند. به طور مشابه، نوتروفیل ها نسبت های قابل مقایسه ای را به خود اختصاص می دهند. قابل ذکر است، ماکروفاژها 10٪ از سلول های ایمنی را تشکیل می دهند، اما به دلیل اندازه بزرگ، نزدیک به 50٪ از کل توده سلولی را تشکیل می دهند. این دانش یک دیدگاه کمی یکپارچه از سیستم ایمنی می دهد و توسعه مدل ها را تسهیل می کند.

خلاصه

سیستم ایمنی شبکه پیچیده ای از سلول ها با عملکردهای حیاتی در سلامت و بیماری است. با این حال، یک سرشماری جامع از سلول های تشکیل دهنده سیستم ایمنی وجود ندارد. در اینجا، ما فراوانی انواع سلول‌های ایمنی اولیه را در تمام بافت‌های بدن انسان تخمین زدیم. ما یک بررسی ادبیات و داده های یکپارچه از تصویربرداری چندگانه و دکانولوشن مبتنی بر متیلوم انجام دادیم. ما همچنین توده سلولی را برای تعیین توزیع سلول های ایمنی از نظر تعداد و جرم کل در نظر گرفتیم. نتایج ما نشان می‌دهد که سیستم ایمنی یک مرد مرجع 73 کیلوگرمی شامل 1.8 × 1012 سلول (95٪ CI 1.5-2.3 × 1012)، با وزن 1.2 کیلوگرم (95٪ CI 0.8-1.9) است. لنفوسیت ها 40 درصد از تعداد کل سلول های ایمنی و 15 درصد توده را تشکیل می دهند و عمدتاً در غدد لنفاوی و طحال قرار دارند. نوتروفیل ها نسبت های مشابهی از تعداد و توده کل سلول های ایمنی را تشکیل می دهند و بیشتر نوتروفیل ها در مغز استخوان ساکن هستند. ماکروفاژها که در بیشتر بافت‌ها وجود دارند، 10 درصد از سلول‌های ایمنی را تشکیل می‌دهند، اما به دلیل اندازه بزرگ، نزدیک به 50 درصد از کل توده سلولی را تشکیل می‌دهند. کمی سازی سلول های ایمنی در بدن انسان که در اینجا ارائه شده است می تواند به درک بهتر عملکرد ایمنی و تسهیل مدل سازی کمی این سیستم حیاتی کمک کند.

سیستم ایمنی بدن را در برابر پاتوژن ها و مواد خارجی محافظت می کند و شبکه پیچیده ای از سلول ها، بافت ها و اندام ها را تشکیل می دهد. توزیع سلول های ایمنی در بدن یک عامل تعیین کننده ضروری برای عملکرد سیستم ایمنی و سلامت کلی است. سلول‌های مختلف نقش‌های متفاوتی دارند و باید به تعداد مناسب وجود داشته باشند تا پاسخی مؤثر داشته باشند. با این حال، به دلیل ناهمگونی جمعیت سلول های ایمنی و سازمان پیچیده بافت ها و اندام های ایمنی، توصیف کل نگر برای توزیع چالش برانگیز است.

علیرغم انبوهی از مطالعات که سیستم ایمنی انسان را از زوایای مختلف بررسی می‌کنند، نیاز به یک سرشماری جامع از توزیع و توده انواع مختلف سلول‌های ایمنی وجود دارد. مطالعات قبلی یا بر روی بافت‌ها یا انواع سلول‌های خاص متمرکز شده‌اند (1) یا سلول‌های ایمنی را در فهرست کلی (2-4) بدون تفکیک دقیق گنجانده‌اند.

مطالعات کمی قبلی بر روش های مختلفی مانند فلوسیتومتری و بافت شناسی تکیه کرده اند. با این حال، این مطالعات اغلب بر روی بافت‌ها یا اندام‌های خاصی متمرکز شده‌اند و از روش‌ها و معیارهای متفاوتی برای تعیین کمیت سلول‌های ایمنی استفاده کرده‌اند که مقایسه نتایج در بین مطالعات را دشوار می‌کند. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل ها اغلب بر اساس جوندگان بود و قابلیت تعمیم آنها را به انسان محدود می کرد.

یکی از سوالاتی که قبلا مورد توجه قرار گرفته است این است که کدام اندام در بدن انسان ایمنی زاترین است. برخی مطالعات روده را پیشنهاد کرده اند (5، 6)، در حالی که برخی دیگر نامزدهای جایگزین را پیشنهاد کرده اند (7).

در این مطالعه، ما یک نمای کلی جامع از توزیع سلول های ایمنی در بدن انسان ارائه می دهیم، با هدف دقیق و جامع بودن تا آنجا که داده های موجود اجازه می دهد. ما بافت‌ها و اندام‌هایی را که سلول‌های ایمنی در آنجا ساکن هستند، بررسی می‌کنیم، ادبیات موجود را ادغام می‌کنیم، و داده‌های منابع اخیر را با استفاده از آمار توصیفی و تکنیک‌های متاآنالیز تجزیه و تحلیل می‌کنیم. ما همچنین عوامل موثر بر توزیع سلول های ایمنی، از جمله سن و جنس را در نظر می گیریم. هدف ما ارائه بینشی در مورد سازمان پیچیده و پویای سیستم ایمنی و روشن کردن عواملی است که توزیع سلول های ایمنی را در سلامت و بیماری تنظیم می کنند.

مواد و روش ها

انواع سلول های ایمنی

گروه انواع سلول‌های ایمنی انسان متنوع است و دسته‌بندی‌های مختلف آن‌ها به وضوح تحقیق بستگی دارد. این مطالعه بر روی انواع سلول های اصلی تعریف شده در کتاب های درسی ایمونولوژی (8، 9) متمرکز بود که به دو اصل و نسب اصلی تقسیم می شوند: لنفوئید و میلوئید.

ما چهار نوع سلول لنفوسیتی اصلی را در نظر می گیریم: سلول های T، سلول های B، سلول های NK و سلول های پلاسما. اگرچه سلول‌های پلاسما ارتباط نزدیکی با سلول‌های B دارند، اما در این مطالعه به طور جداگانه مورد بررسی قرار می‌گیرند تا امکان بررسی ادعاهای قبلی در مورد توزیع آنها فراهم شود (10). این مطالعه زیرجمعیت‌های لنفوسیت‌ها، مانند سلول‌های T مثبت CD4 یا CD8، سلول‌های T تنظیمی، یا سایر سلول‌های لنفوئیدی ذاتی را به غیر از سلول‌های NK متمایز نمی‌کند.

در مورد سلول های میلوئید، این مطالعه چهار نوع گرانولوسیت را بررسی می کند: نوتروفیل ها، ائوزینوفیل ها، بازوفیل ها و ماست سل ها. سه نوع سلول میلوئید غیر گرانولوسیتی نیز در نظر گرفته می شوند: ماکروفاژها، مونوسیت ها و سلول های دندریتیک. با این حال، این مطالعه زیرجمعیت‌های بیشتر این نوع سلول‌ها، مانند مونوسیت‌های کلاسیک یا غیرکلاسیک یا ماکروفاژهای M1/M2 را حل نمی‌کند. ماکروفاژهای بافتی خاص مانند میکروگلیا، سلول‌های کوپفر و سلول‌های Langhans بدون تمایز ماکروفاژ در نظر گرفته می‌شوند، مگر برای تخمین جرم سلولی، که در بین بافت‌های مختلف متفاوت است.

تعریف شخص مرجع و تنوع در بین جمعیت.

در بررسی خود، ما از انسان مرجع استاندارد استفاده کردیم که از لحاظ تاریخی به عنوان مردی بین 20 تا 30 سال، با وزن 73 کیلوگرم و قد 176 سانتی متر مشخص می شود (11). برای واجد شرایط بودن مرجع استاندارد خود، اصطلاح «سالم» را اضافه کردیم، زیرا سلامت فرد بر جمعیت سلول‌های ایمنی تأثیر می‌گذارد.

بسیاری از داده‌های مرتبط موجود در ادبیات براساس جنس و سن طبقه‌بندی نشده‌اند، و بنابراین، تخمین‌های ما از تعداد سلول‌ها در هر گرم توده بافت (از این پس “تراکم سلولی”) محدوده طبیعی گسترده‌ای را مستقل از جنس و سن نشان می‌دهد. ما از تخمین‌های تراکم سلولی برای برون‌یابی نتایج خود به سایر بخش‌های جمعیت بر اساس جرم مرجع بافت‌ها و اندام‌های آنها استفاده می‌کنیم (11). بنابراین ما یک تخمین مرجع برای جمعیت سلول های ایمنی زنان بالغ سالم با وزن 60 کیلوگرم و کودکان مرجع 10 ساله با وزن 32 کیلوگرم به دست می آوریم (11).

برآورد جمعیت سلول های ایمنی در بافت های مختلف.

با استفاده از ترکیبی از سه روش اولیه، ما تخمین‌هایی از جمعیت سلول‌های ایمنی موجود در بافت‌های مختلف در سراسر بدن انسان به دست آوردیم.

برآوردهای مبتنی بر ادبیات بافت شناسی

هدف ما ایجاد پایگاه‌داده‌ای متمرکز بر تخمین تراکم سلول‌های ایمنی بافت‌های خاص (یعنی تعداد سلول در هر 1 گرم بافت)، عمدتاً با استفاده از تکنیک‌های بافت‌شناسی و فلوسیتومتری بود. برای دستیابی به این هدف، ما یک بررسی کامل از ادبیات موجود برای هر نوع سلول ایمنی انجام دادیم، با هدف شناسایی مطالعاتی که توزیع آن را در بافت‌ها و اندام‌های مختلف بدن انسان مشخص کرده بودند. جستجوی ما در پایگاه‌های داده الکترونیکی انجام شد: Google Scholar و PubMed، با استفاده از ترکیبی از کلمات کلیدی مرتبط با نوع خاص سلول ایمنی و بافت‌ها و اندام‌های مربوطه. کلمات کلیدی که ما استفاده کردیم شامل عباراتی مانند “جمعیت”، “تعداد”، “دانسیته”، “بافت شناسی” و “فلوسیتومتری” بود.

تخمین‌های قبلی برای تعداد کل هر سلول ایمنی خاص بررسی شد و به تخمین‌های تراکم سلولی بر اساس حجم یا جرم بافت تبدیل شد. در مواردی که منبع اولیه تخمین حاوی اطلاعات کافی بود، به جای آن برای استخراج مستقیم تراکم سلولی (Dataset S1) استفاده شد.

تخمین‌های تراکم سلولی از اندازه‌گیری‌های بافت‌شناسی تعداد سلول (n) در واحد سطح (A) با استفاده از ضخامت نمونه (T) و قطر یک سلول منفرد (D) بر اساس فرمول (12، 13) به دست آمد. ):

سپس چگالی حجمی با ضرب در چگالی مرجع خاص برای بافت 1.03 گرم در میلی لیتر، به جز برای بافت چربی (0.91 گرم در میلی لیتر) به تراکم در هر گرم بافت تبدیل شد. تفاوت در تراکم بافت خاص در مقایسه با سایر عوامل عدم قطعیت در تجزیه و تحلیل ناچیز است.

داده‌های فراوانی نسبی، مانند نتایج فلوسیتومتری، بر اساس تخمین‌های تراکم سلولی یا شمارش مطلق یک جمعیت سلولی عمومی گنجانده شد. برای مثال، تراکم ماکروفاژهای پوست بر اساس کسری که از سلول‌های هسته‌دار در درم تشکیل می‌دهند تا عمق 300 میکرومتر تخمین زده شد (4، 14).

ما مرجعی برای جرم کل سیستم ها و اندام های مختلف بدن با استفاده از تخمین های ICRP 2002 ساختیم (11). علاوه بر این، ما بافت‌ها و اندام‌ها را بر اساس شباهت‌های فرضی در حضور سلول‌های ایمنی به گروه‌های گسترده طبقه‌بندی کردیم. این گروه ها شامل مغز استخوان، سیستم لنفاوی، خون، اندام های اپیتلیال مانع [مانند دستگاه گوارش (GI)، پوست، ریه ها و راه های هوایی]، سایر اندام های اپیتلیال، ماهیچه مخطط، بافت چربی، سایر بافت همبند (از جمله عروق لنفاوی محیطی) هستند. ) سیستم عصبی مرکزی و مایعات خارج سلولی و ماتریکس.

برای برخی از موارد، مانند روده و پوست، تحقیقات تراکم را در یک بخش بافت خاص، مانند اپیتلیوم یا درم نشان داده است. در چنین مواردی، ما چگالی متوسط را برای کل بافت با استفاده از تقریب جرم های محفظه های مختلف محاسبه کردیم.

هنگامی که داده های مشتق شده از انسان در دسترس نبود، تراکم بافت نوع سلولی با استفاده از دو روش برآورد شد: الف) برون یابی از داده های به دست آمده از سایر پستانداران مانند موش، موش صحرایی، و میمون و 2) محاسبه تراکم سلولی متوسط اندام های مشابه در همان گروه (میانگین هندسی). دو برون یابی مقادیر مشابهی را با تفاوت های کوچکتر از ضریب 2 به دست دادند (ضمیمه SI، شکل S8). ما از میانگین هندسی دو روش برای برآوردهای زیر استفاده کردیم. شکل 1 تراکم های تخمین زده شده را بر اساس ادبیات و اطلاعات مربوط به بافت هایی که از برون یابی برای آنها استفاده کردیم، نشان می دهد. گنجاندن داده‌های برون‌یابی تأثیر کمی بر برآورد جمعیت کل سلول‌های ایمنی داشت، که از شکل 1A مشخص است (مجموع داده‌های برون‌یابی شده حداقل دو مرتبه کمتر از تعداد کل سلول‌های ایمنی به‌دست‌آمده با استفاده از رویکردهای دیگر). در حالی که ماکروفاژها و لنفوسیت ها در بیشتر بافت های بدن به مقدار قابل توجهی وجود دارند، انواع سلول های ایمنی کمیاب، مانند ائوزینوفیل ها و ماست سل ها، تنها در بافت های خاص حضور قابل توجهی دارند (15، 16). ما از ادبیات کیفی برای این سلول‌های ایمنی بافت خاص برای تعیین فراوانی آنها در بافت‌های مربوطه استفاده کردیم و تراکم سلولی را به بافت‌های دیگر تعمیم ندادیم. به عنوان مثال، ائوزینوفیل ها عمدتاً در دستگاه گوارش، مغز استخوان، طحال، غدد لنفاوی و تیموس با حداقل نفوذ به سایر بافت ها قرار دارند (15). ماست سل ها را می توان در بافت های همبند و در لامینا پروپرای بافت های اپیتلیال سد، با حداقل جمعیت در مغز استخوان یافت (16). بازوفیل ها در مغز استخوان و خون قرار دارند (16). از این رو، تراکم ائوزینوفیل ها، ماست سل ها و بازوفیل ها به بافت های اضافی تعمیم داده نشد.

در نهایت، ما تخمین‌های تراکم سلول ایمنی و جرم را برای هر بافت ترکیب کردیم تا تعداد کلی سلول‌های هر نوع سلول موجود در هر بافت را بدست آوریم.

تخمین چگالی مبتنی بر تصویربرداری چندگانه

روش‌هایی مانند تصویربرداری چندگانه، اندازه‌گیری چندین پروتئین یا هدف را در یک آزمایش واحد امکان‌پذیر می‌سازد (17-19). این امر درک دقیق‌تر و دقیق‌تری از جمعیت سلول‌های ایمنی و توزیع آن در بافت‌های نمونه‌گیری شده ارائه می‌کند. از طریق تجزیه و تحلیل همزمان چندین هدف مولکولی، این تکنیک ها تصویری فوری از جمعیت متنوع سلول های ایمنی را با وضوح بالا ارائه می دهند. بنابراین، می توان از آنها برای تعیین چگالی انواع سلول های ایمنی متعدد با وضوح بالا استفاده کرد.

لیو و همکاران (20) داده های چندگانه را برای اندام های لنفاوی ثانویه، از جمله طحال، غدد لنفاوی، تیموس و لوزه ها ارائه کردند. نویسندگان هر سلولی را که در بافت‌های آنالیز شده یافت می‌شوند، بر اساس 16 نشانگر تجزیه‌وتحلیل شده توسط MIBI-TOF به یک نوع سلول خاص اختصاص دادند. در صورت امکان، ما داده‌ها را فیلتر کردیم تا فقط شامل اندام‌های لنفاوی عاری از بیماری شود و بررسی کیفیت تعداد سلول‌ها در هر نمونه را انجام دادیم و نمونه‌های پرت را حذف کردیم (تعریف شده با z-score بیش از 1.96). سپس، چگالی هر نوع سلول را برای هر نمونه با استفاده از فرمول [1]، با در نظر گرفتن مساحت نمونه (400 × 400 میکرومتر مربع) و ضخامت موثر معادل قطر یک سلول واحد [تقریباً 5/7 تا 17] محاسبه کردیم. میکرومتر بر اساس انواع سلول های خاص (16، 21-23)؛ ضخامت تیر MIBI-TOF ناچیز در نظر گرفته شد]. ما نمونه‌ها را توسط بیماران جمع‌آوری کردیم و از میانگین هندسی آن‌ها به‌عنوان تراکم مرجع، با تخمین‌های عدم قطعیت بر اساس تغییرات مقادیر درون و بین بیماران استفاده کردیم. نتایج تجزیه و تحلیل ما در پیوست SI، شکل S1 ارائه شده است.

دکانولوشن بر اساس اطلس متیلاسیون.

در سال‌های اخیر، محققان روش‌های deconvolution را برای تخمین فراوانی نسبی انواع سلول‌های خاص در یک نمونه بر اساس دانش قبلی از امضاهای ژنتیکی یا اپی ژنتیکی آن‌ها توسعه دادند. ما بر روی داده‌های دکانولوشن مبتنی بر متیلاسیون متمرکز شدیم که Loyfer و همکارانش. (24) برای تأیید تخمین جمعیت بافت سلولی ایمنی ما تجزیه و تحلیل شد.

دکانولوشن مبتنی بر متیلاسیون می‌تواند انواع سلول‌های مختلف را بر اساس الگوهای متیلاسیون منحصربه‌فرد آنها تشخیص دهد و بنابراین، یک روش بالقوه قابل اعتماد برای تخمین جمعیت سلول‌های ایمنی یک بافت است. جزایر CpG که معمولاً مناطق تنظیمی در بالادست بسیاری از ژن ها هستند، متیله یا غیر متیله هستند. این می تواند واریانس بیان ژن را القا کند. با رمزگشایی الگوهای متیلاسیون یک نمونه بافت، می توان زیر جمعیت های سلولی را با الگوهای متیلاسیون متمایز آنها، از جمله سلول های ایمنی، شناسایی کرد.

لویفر و همکاران در مطالعه خود. نمونه‌های متیلوم منتشر شده قبلی را مورد بررسی قرار داد و از اطلسی از نشانه‌های خاص نوع سلولی دی متیله استفاده کرد تا ترکیب نوع سلولی آن‌ها را تجزیه کند تا فرکانس‌های نسبی انواع سلول در بافت‌های مختلف را نشان دهد. ما Loyfer و همکاران را به دست آوردیم. مجموعه داده‌های فرکانس‌های نسبی برای مشتق‌گیری از جمعیت سلول‌های ایمنی بافتی مجموعه داده شامل نسبت پنج گروه از انواع سلول های ایمنی، در دانه بندی های مختلف، بسته به امضای متیلومی بود که به دست آوردند. لنفوسیت ها به سلول های B، سلول های T یا سلول های NK تقسیم شدند. سایر گروه‌های سلولی ایمنی به عنوان گرانولوسیت (فرض می‌شود که با امضای نوتروفیل‌ها، ائوزینوفیل‌ها، ماست سل‌ها و بازوفیل‌ها مطابقت دارد) یا ماکروفاژ + مونوسیت (که توسط ما به عنوان میلوئید غیر گرانولوسیتی مشخص می‌شود) طبقه‌بندی شدند.

ما تخمین بسامد نسبی برای هر نوع سلول را با استفاده از یک نوع سلول لنگر که تخمینی از تعداد مطلق سلول در این بافت از قبل وجود دارد، به یک عدد مطلق ترجمه کردیم. سپس تعداد مطلق سلول های ایمنی ( Nim ) با استفاده از معادله تخمین زده شد:

که در آن تعداد مطلق سلول های لنگر با ( Nan ) و کسرهای نسبی سلول ایمنی مورد نظر و سلول لنگر به صورت ( Pim ، Pan بر این اساس) داده می شود.

مقادیر لنگر از Sender و Milo 2021 (4) به دست آمد که حاوی تخمینی از اعداد مطلق بسیاری از انواع مختلف سلول در سراسر بدن انسان است. نمونه‌های بافتی که از همان بافت گرفته شد، برای ارزیابی توزیع سلول‌های ایمنی در اندام‌های مختلف، خوشه‌بندی و میانگین‌گیری شدند. برآورد عدم قطعیت بر اساس تغییرات بین نمونه ها از طریق انتشار خطا به دست آمد.

ادغام سه روش

ما نتایج به‌دست‌آمده با سه روش (ادبیات، تصویربرداری چندگانه، و دکانولوشن مبتنی بر متیلوم) را مقایسه کردیم. از آنجایی که تخمین های مشتق شده از بافت شناسی مبتنی بر ادبیات تنها موارد موجود برای اکثر بافت ها بود، آنها به عنوان خط پایه مقایسه استفاده شدند. نتایج حاصل از روش‌های مختلف هر جا که داده‌ها همپوشانی داشته باشند، به خوبی مطابقت دارند (ضمیمه SI، شکل‌های S2-S4). ما نتایج حاصل از بافت‌شناسی مبتنی بر ادبیات و تصویربرداری چندگانه را با وزن‌دهی واریانس معکوس در فضای لاگ ترکیب کردیم و عدم قطعیت‌ها را با استفاده از تخمین‌های پارامتری لگ نرمال تخمین زدیم. روش تصویربرداری چندگانه، که داده‌های با وضوح بالا را ارائه می‌دهد، در تخمین نتایج برای اندام‌های لنفاوی وزن بیشتری داشت. نتایج دکانولوشن مبتنی بر متیلاسیون، تنوع نسبتاً بالایی را نشان داد و فقط به عنوان اعتبار برای نتایج به دست آمده از ادبیات عمل کرد.

اعتبار سنجی توسط Tabula Sapiens Histological Estimates.

در زمینه پروژه Tabula Sapiens (24)، آسیب شناسان مقاطع رنگ آمیزی شده با هماتوکسیلین و ائوزین را از دو اهداکننده برای ارزیابی نسبت انواع سلول در چهار بخش: اندوتلیال، اپیتلیال، استرومایی و ایمنی بررسی کردند. ما تخمین فراوانی نسبی آنها را با تخمین‌های قبلی تعداد سلول‌های مطلق (4) ترکیب کردیم تا با استفاده از معادله، تعداد مطلق سلول‌های موجود در محفظه ایمنی بافت مورد نظر را تعیین کنیم. 2. ضمیمه SI، شکل S5 نتایج حاصل از این تجزیه و تحلیل را خلاصه می کند و آنها را با برآوردهای فعلی ما از جمعیت سلول های ایمنی مقایسه می کند.

تخمین جرم سلولی

ما تخمین‌هایی را برای حجم انواع سلول‌های مختلف با جستجو در Google Scholar با استفاده از کلمات کلیدی مرتبط با انواع سلول‌های ایمنی خاص همراه با تغییراتی از کلمات کلیدی مانند “سلول”، “حجم”، “اندازه”، “قطر” و “جرم” به دست آوردیم. ” همچنین برای تخمین مرجع در مورد اندازه سلول ها به کتاب های درسی ایمونولوژی (16، 25) مراجعه کردیم. تخمین‌های زیادی به‌عنوان محدوده‌ای برای قطر سلول‌های احتمالی داده شد، بنابراین ما حجم سلول را با فرض شکل کروی بر اساس میانگین قطر محاسبه کردیم. ما یک توزیع log-normal برای سلول‌هایی با طیف وسیعی از قطرها در نظر گرفتیم و از میانگین هندسی به عنوان قطر نماینده استفاده کردیم. تخمین‌ها از اسمیر خون بیشتر می‌شد، بنابراین ما یک ضریب تصحیح 0.7 را اعمال کردیم تا سوگیری بالقوه نسبت به تخمین بیش‌ازحد اندازه سلول‌ها را در نظر بگیریم. بیشتر تخمین‌ها از نمونه‌های انسانی به‌دست آمدند، اما ما نیز مقادیری را از جوندگان جمع‌آوری کردیم و در مواردی که داده‌ها محدود بود، آنها را بر اساس آن برچسب‌گذاری کردیم.

ما تخمین‌ها را برای حجم سلول با فرض توزیع log-نرمال، با استفاده از میانگین هندسی به عنوان حجم معرف و SE در فضای ورود به سیستم به عنوان تخمین عدم قطعیت، جمع‌آوری کردیم. پیوست SI، شکل S6A تخمین‌های به‌دست‌آمده از ادبیات را برای انواع مختلف سلول خلاصه می‌کند.

ماکروفاژها طیف وسیعی از اندازه‌ها را نشان می‌دهند که به نظر می‌رسد تحت‌تاثیر بافتی هستند که در refs قرار دارند. 16، 21، 22، و 26. ما تخمین‌هایی را از بافت‌های مختلف جمع‌آوری کردیم و آن‌ها را به دو گروه دسته‌بندی کردیم: بافت‌هایی با پر کردن مداوم از مونوسیت‌ها و بافت‌های بدون (27). پیوست SI، شکل S6B تخمین اندازه ماکروفاژها را بر اساس بافت نشان می‌دهد. در صورت امکان، ما از برآوردهای بافتی خاص برای حجم ماکروفاژها استفاده کردیم. در غیر این صورت، ما از تخمین‌های جمع‌آوری شده بر اساس اینکه آیا مونوسیت‌ها جمعیت ماکروفاژ بافتی را دوباره پر می‌کنند یا خیر، استفاده کردیم.

ما توده سلولی را با ضرب حجم در چگالی ویژه ثابت 1.07 گرم بر میلی لیتر تخمین زدیم (28). تغییر در چگالی ویژه در بین سلول های ایمنی اندک است، حدود 0.02 گرم در میلی لیتر (28)، و بنابراین در مقایسه با عدم قطعیت در برآورد حجم ناچیز است.

برآورد عدم قطعیت

ما SE را برای هر مقدار استفاده شده در تجزیه و تحلیل خود (مجموعه داده S1) جمع آوری یا محاسبه کردیم. مقادیر چگالی سلولی به طور قابل توجهی متفاوت بود و چندین مرتبه بزرگی را برای بافت ها و انواع سلول های مختلف در بر می گرفت. تنوع بین تخمین‌ها برای ترکیب بافت و نوع سلولی خاص نیز می‌تواند بسیار زیاد باشد. آنها می توانند در موارد خاص به دلیل ترکیبی از تفاوت در روش های اندازه گیری و تفاوت های بیولوژیکی در بین افراد مورد آزمایش، به یک مرتبه بزرگی برسند. در این راستا، توجه به این نکته ضروری است که برخی از منابع اولیه تعداد نمونه پایینی داشتند. با توجه به تنوع زیاد بین و درون بافت ها، عدم قطعیت با بیشترین دقت به عنوان ضریب ضرب خطا (یعنی عدم قطعیت یک متغیر با توزیع لگ نرمال) نشان داده شد. برای تسهیل انتشار خطا، همه مقادیر و خطاهای مربوطه را با برازش یک توزیع لگ نرمال به توزیع نرمال که مقدار و عدم قطعیت آن را توصیف می‌کند، برحسب خطای ضرب بیان کردیم. بنابراین، ما عدم قطعیت در اطراف مقدار را به‌عنوان یک متغیر تصادفی x با یک توزیع لگ نرمال با پارامتر شکل s=ln(ferror)  مدل‌سازی کردیم، که در آن فرور ضریب خطای ضرب است. به عنوان مثال، ferror= 2 به این معنی است که احتمال 68٪ (یک سیگما) وجود دارد که مقدار واقعی بین نصف تا دو برابر مقدار داده شده باشد. طبق تعریف، پارامتر شکل، SE متغیر تصادفی تبدیل‌شده نمایی را توصیف می‌کند، که به‌عنوان exμ تعریف می‌شود که به طور معمول توزیع می‌شود.

برای انتشار خطای ضرب دو مقدار با خطای ضرب، انتشار خطای تحلیلی را با استفاده از فرمول انجام دادیم:

این فرمول بر این واقعیت استوار است که ضرب دو متغیر لگ نرمال نیز از توزیع لگ نرمال پیروی می کند، با پارامتر شکل برابر با ریشه مجموع مجذورهای فاکتورهای شکل اصلی.

ما از bootstrapping برای محاسبه انتشار خطا برای جمع متغیرهای با عدم قطعیت غیرخطی استفاده کردیم. به طور خاص، ما 1000 نمونه از توزیعی که عدم قطعیت مقادیر را توصیف می کرد، ترسیم کردیم.

به طور معمول، عدم قطعیت های مرتبط با مقادیر به دست آمده از منابع مختلف (به عنوان مثال، مطالعات ادبیات، روش ها و غیره) همبستگی ندارند و انتشار آنها را آسان می کند. با این حال، در برخی موارد، ما پیش‌بینی می‌کنیم که خطاها ممکن است مرتبط باشند، مانند زمانی که مقادیر چگالی را به چندین بافت برون‌یابی می‌کنیم. ما در طول محاسبه خود، سوگیری بالقوه را در نظر گرفتیم، که منجر به عدم اطمینان بیشتر برای مقادیر کل شد.

نتایج

داده‌های چگالی سلولی که ما از ادبیات استخراج کردیم (مواد و روش‌ها) در شکل 1B ارائه شده‌اند. تراکم سلولی برای هر نوع سلول و بافت نشان داده می شود. بافت ها بر اساس ترکیب و عملکرد مشابه گروه بندی می شوند. شکل 1A تراکم کل سلول های ایمنی را در هر اندام با جمع کردن همه انواع سلول های متعلق به سیستم ایمنی نشان می دهد (مواد و روش ها). از آنجایی که محور x جرم اندام‌ها و بافت‌ها را نشان می‌دهد، قطرها نشان‌دهنده تعداد کل سلول‌های ایمنی در بافت هستند.

ما بالاترین تراکم سلول های ایمنی را در سیستم لنفاوی و مغز استخوان مشاهده کردیم، جایی که اندام ها عمدتاً از سلول های ایمنی تشکیل شده اند. تراکم سلول های ایمنی در تمام اندام های اپیتلیال (اعم از سدی و داخلی) مشابه است و یک مرتبه قدر کمتر از مغز استخوان است. نسبت یک نوع سلول ایمنی خاص ممکن است با یک مرتبه بزرگی در بافت‌های مختلف اپیتلیال متفاوت باشد. تراکم سلول های ماکروفاژ، T و B در محدوده 106 تا 107 سلول در هر گرم در این بافت ها متفاوت است. سلول های پلاسما و ائوزینوفیل ها عمدتاً در دستگاه گوارش قرار دارند، در حالی که ماست سل ها عمدتاً در بافت های همبند و لامینا پروپریا اندام های اپیتلیال قرار دارند.

بافت چربی و بافت ماهیچه های اسکلتی حدود 75 درصد از توده سلولی بدن را تشکیل می دهند اما تنها 0.2 درصد از تعداد کل سلول های بدن را در خود جای می دهند (3). بنابراین، چگالی سلولی کل در این بافت ها به دلیل اندازه سلول های بزرگ، چندین مرتبه از بافت اپیتلیال کمتر است. به طور مشابه، تراکم سلول های ایمنی در بافت چربی و ماهیچه تا دو مرتبه کمتر از بافت اپیتلیال است. با این وجود، کل جمعیت سلول های ایمنی در این بافت ها به دلیل توده بافتی بالای آنها شبیه به بافت های اپیتلیال است.

ما تراکم سلول‌های ایمنی خاص بافت را با توده اندام‌ها برای انسان مرجع (11) ادغام کردیم تا توزیع تعداد کل سلول‌های ایمنی را در بافت‌های مختلف بدن انسان تخمین بزنیم. ما تخمین‌ها را بر اساس اندام‌ها و سیستم‌های اصلی، همانطور که در شکل 2 ارائه شده است، گردآوری کردیم. تخمین می‌زنیم که در کل 1.8 × 1012 سلول ایمنی در بدن فرد مرجع وجود داشته باشد (95٪ فاصله اطمینان (CI): 1.5 تا 2.3 × 1012). اکثر سلول های ایمنی در مغز استخوان و سیستم لنفاوی قرار دارند که به ترتیب 40% و 39% از کل سلول ها را تشکیل می دهند. پوست، ریه ها و دستگاه گوارش هر کدام 3 تا 4 درصد از کل سلول های ایمنی بدن انسان را تشکیل می دهند، در حالی که تنها 2 درصد آن در خون یافت می شود. حتی اگر خون حاوی 90٪ از سلول های بدن است (3، 4)، تنها 0.1٪ گلبول های سفید هستند، در حالی که بقیه گلبول های قرمز و پلاکت هستند.

نتایج در شکل 2 ترکیب متنوعی از سلول‌های ایمنی را در بافت‌های مختلف نشان می‌دهد. مغز استخوان حاوی ≈7.4 × 1011 سلول (95% CI 6-9 × 1011) با حضور غالب نوتروفیل ها است که تقریباً 80 درصد از جمعیت را تشکیل می دهد. به طور مشابه، سیستم لنفاوی دارای ≈7.2 × 1011 سلول ایمنی (95٪ CI 5-10 × 1011) است که لنفوسیت ها نوع سلولی غالب هستند که تقریباً 85٪ از کل را تشکیل می دهند. سیستم گوارش همچنین دارای جمعیت لنفوسیتی نسبتاً بالایی است، به طوری که لنفوسیت ها تقریباً 70٪ از سلول های ایمنی 5 × 1010 دستگاه گوارش را تشکیل می دهند (95٪ CI 3-9 × 1010). علاوه بر این، ماست سل ها به طور قابل توجهی به جمعیت سلول های ایمنی دستگاه گوارش کمک می کنند که حدود یک چهارم آن را تشکیل می دهد. ماست سل ها همچنین نقش مهمی در جمعیت سلول های ایمنی ریه ها و پوست ایفا می کنند و تقریباً 30 درصد از کل سلول های ایمنی را در هر کدام تشکیل می دهند (7 × 1010 برای ریه ها و 8 × 1010 برای پوست). ماکروفاژها بخش کوچکی از سلول های ایمنی را در بافت هایی مانند مغز استخوان، سیستم لنفاوی و دستگاه گوارش نشان می دهند. با این حال، در کبد، آنها تقریباً 70٪ از جمعیت سلول های ایمنی را تشکیل می دهند (5 × 1010، 95٪ CI 4-7 × 1010)، و در ریه ها، حدود 40٪ از کل جمعیت سلول های ایمنی را تشکیل می دهند.

شکل 3 تصویر تکمیلی را از منظر توزیع کلی انواع سلول های ایمنی در بدن به عنوان یک کل نشان می دهد. این توزیع خاص نوع سلولی را در بافت ها نشان می دهد. سلول های T، سلول های B و سلول های دندریتیک عمدتاً در سیستم لنفاوی قرار دارند، در حالی که حدود 70 درصد از سلول های پلاسما در دستگاه گوارش هستند. نوتروفیل‌ها، ائوزینوفیل‌ها، مونوسیت‌ها و بازوفیل‌ها عمدتاً در مغز استخوان یافت می‌شوند که کمتر از 10 درصد آن در خون است. در مقابل، ماست سل ها، سلول های NK و ماکروفاژها سلول های ساکن بافت هستند که در هیچ سیستمی توزیع غالب ندارند.

برای تأیید تعداد تخمینی سلول‌های ایمنی در بافت‌های مختلف، از داده‌های یک رویکرد deconvolution مبتنی بر اطلس متیلاسیون استفاده کردیم (29). با استفاده از نسبت‌های نوع سلولی در بافت‌ها که توسط لویفر و همکاران برآورد شده است، تعداد کل سلول‌های ایمنی خاص در این بافت‌ها را محاسبه کردیم (به بخش مواد و روش‌ها مراجعه کنید). نتایج ما مطابقت نسبتاً نزدیکی بین برآوردهای ایجاد شده توسط روش مبتنی بر ادبیات و برآوردهای حاصل از داده‌های مبتنی بر متیلوم نشان می‌دهد (ضمیمه SI، شکل‌های S3 و S4). با توجه به عدم قطعیت قابل توجه برآوردها، در اکثر موارد توافق وجود دارد. قابل توجه، توافق بهتری برای تخمین لنفوسیت مشاهده می شود، در حالی که روش مبتنی بر متیلوم تمایل به دست کم گرفتن جمعیت گرانولوسیت دارد.

داده ها در مورد میانگین توده انواع سلول های ایمنی خاص محدود است. برای به دست آوردن یک توده سلولی نماینده برای هر نوع سلول، داده‌های مربوط به اندازه و حجم سلول‌های ایمنی را از متون جمع‌آوری کردیم و آنها را ادغام کردیم، همانطور که در پیوست SI، شکل S6 ارائه شده است. با ترکیب تخمین‌ها برای توزیع سلولی و جرم، تخمینی برای توزیع سلول‌های ایمنی بر حسب جرم به دست آوردیم، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. برآوردهای ما نشان می‌دهد که در مجموع 1.2 کیلوگرم سلول ایمنی در بدن وجود دارد (95٪). CI 0.8-1.9 کیلوگرم). مانند توزیع بر اساس اعداد، مغز استخوان و سیستم لنفاوی حاوی بیشتر توده سلولی هستند که به ترتیب 30 و 27 درصد از کل توده را تشکیل می دهند. ریه ها و کبد هر کدام تقریباً 10 درصد از توده سلولی ایمنی را تشکیل می دهند، در حالی که تنها حدود 1 درصد آن در خون وجود دارد. دستگاه گوارش، پوست و سایر بافت ها حاوی 23 درصد باقی مانده از کل توده سلول های ایمنی هستند.

جدول 1 سهم هر نوع سلول را در تعداد کل سلول‌های ایمنی از نظر تعداد و جرم خلاصه می‌کند. لنفوسیت ها 40 درصد از سلول های ایمنی بدن را تشکیل می دهند که تقریباً 7.6 × 1011 سلول (95 درصد فاصله اطمینان (CI 5-12 × 1011) است. سلول های T 60 درصد لنفوسیت ها را تشکیل می دهند، در حالی که سلول های B حدود یک سوم را تشکیل می دهند. گرانولوسیت ها 43 درصد از سلول های ایمنی را با 8 × 1011 سلول تشکیل می دهند (95 درصد CI 7-10 × 1011). نوتروفیل ها بیش از 80 درصد از این سلول ها را تشکیل می دهند که بیشتر آنها در مغز استخوان قرار دارند. انواع سلول های میلوئیدی 15 درصد باقی مانده را تشکیل می دهند، بیشتر آنها ماکروفاژهایی هستند که در بافت های مختلف توزیع شده اند.

نوع سلول	تعداد کل	95% CI	جرم کل [g]	(95% CI)
سلول های T	5 × 1011	3–7 × 1011	100	60–150
سلول های B	3 × 1011	2–4 × 1011	60	40–90
سلول های پلاسما	2 × 1010	0.5–6 × 1010	30	4–170
سلول های NK	2 × 1010	0.9–4 × 1010	4	2–8
ماست سل ها	9 × 1010	6–14 × 1010	100	40–200
نوتروفیل ها	7 × 1011	5–8 × 1011	200	160–300
ائوزینوفیل ها	4 × 1010	2–8 × 1010	10	5–20
بازوفیل ها	2 × 109	0.4–7 × 109	0.7	0.2–3
ماکروفاژها	2 × 1011	1.3–3 × 1011	600	300–1,400
مونوسیت ها	3 × 1010	2–4 × 1010	13	9–20
سلول های دندریتیک	5 × 1010	3–8 × 1010	100	40–300
جمع	1.8 × 1012	1.5–2.3 × 1012	1,200	800–1,900

توزیع انواع سلول های ایمنی بر حسب جرم به طور قابل توجهی با توزیع آنها از نظر تعداد متفاوت است، که عمدتاً به دلیل تنوع قابل توجه در اندازه سلول است (شکل 5). در حالی که بیشتر سلول های ایمنی نسبتا کوچک و چند صد پیکوگرم وزن دارند، ماکروفاژها به طور قابل توجهی بزرگتر هستند و وزن آنها چند نانوگرم است. در نتیجه، لنفوسیت ها تنها حدود 15 درصد از توده سلولی ایمنی را تشکیل می دهند که معادل کمتر از 200 گرم (95 درصد فاصله اطمینان (CI 100-300 گرم) است. از سوی دیگر، ماکروفاژها با وزن 600 گرم (95٪ CI 300-1400 گرم) و سلول های دندریتیک با وزن 100 گرم (95٪ CI 40-300 گرم) به ترتیب 49٪ و 9٪ از کل توده سلولی ایمنی را تشکیل می دهند. به دلیل اندازه سلول بزرگتر آنها. گرانولوسیت‌ها تقریباً یک چهارم توده سلولی ایمنی را تشکیل می‌دهند که تقریباً 320 گرم وزن دارند (95% فاصله اطمینان (CI): 240-420 گرم) که دو سوم آن از نوتروفیل‌هایی که عمدتاً در مغز استخوان قرار دارند منشأ می‌گیرند.

تاکنون از استاندارد مرجع انسان (مرد) با وزن 73 کیلوگرم (11) استفاده کرده ایم. با استفاده از داده‌های چگالی خاص بافت، که مستقل از جنس و سن است، توزیع سلول‌های ایمنی را در یک زن مرجع با وزن 60 کیلوگرم و یک کودک مرجع 10 ساله با وزن 32 کیلوگرم با در نظر گرفتن توده‌های مرجع ارگان آنها استخراج می‌کنیم (11). تخمین می زنیم که 1.5 × 1012 سلول ایمنی در ماده مرجع با جرم حدود 1 کیلوگرم وجود دارد. کودک مرجع دارای 1 × 1012 سلول ایمنی با وزن حدود 600 گرم است. توزیع بر اساس نوع سلول و بافت بسیار شبیه به مردان مرجع است، زیرا توده مرجع اندام بسیاری از بافت ها به صورت خطی با جرم فرد در جنس ها و سنین مختلف مقیاس می شود. از آنجایی که توده مرجع غدد لنفاوی برای کودکان یا زنان بالغ داده نشده است، ما آن را به صورت خطی از جرم مرد بالغ مرجع درون یابی کردیم.

بحث

در اینجا، تعداد کل، جرم و توزیع سلول های ایمنی در بدن انسان را تخمین زده ایم. این تخمین ها می توانند به عنوان پایه ای برای پاسخ به برخی از سؤالات کمی اساسی در مورد سیستم ایمنی که تاکنون بی پاسخ مانده اند باشد. به عنوان مثال، بزرگترین اندام ایمنی بدن انسان کدام است؟ معمولا گفته می شود که دستگاه گوارش اکثر سلول های ایمنی (5) یا حداقل لنفوسیت ها (30، 31) را تشکیل می دهد. تجزیه و تحلیل ما نشان می دهد که مهم ترین اندام های ایمنی مغز استخوان، غدد لنفاوی و طحال هستند. دستگاه گوارش شامل حدود 3 درصد از سلول های سیستم ایمنی و حدود 5 درصد از لنفوسیت ها است. بنابراین، همانطور که گانوسوف و دی بوئر نتیجه گرفتند، بیشتر لنفوسیت ها در روده ساکن نیستند. با این حال، همانطور که توسط ref. 10، روده خانه 70 درصد از سلول های تولید کننده آنتی بادی پلاسما در بدن است، و بنابراین، بزرگترین بخش بدن در ارتباط با سیستم هومورال است (شکل 3). وضعیت مشابهی برای سلول‌های NK، با جمعیت غالب کبدی (≈30٪ از سلول‌های NK) وجود دارد.

مطالعات محاسباتی قبلی یا تمرکز خاصی بر بافت‌های خاص یا انواع سلول‌های ایمنی داشتند (1) یا سلول‌های ایمنی را در یک تحلیل گسترده‌تر بررسی کردند، اما برخی جزئیات وجود نداشت (2-4). هنگام مقایسه یافته های فعلی با تحقیقات قبلی، آشکار است که بیانکونی و همکاران. (2) بخش قابل توجهی از سلول های ایمنی را تنها با بررسی لنفوسیت ها در خون و عدم تمایز بین سلول های مغز استخوان نادیده گرفت. فرستنده و همکاران (3، 4) تخمینی برای تعداد کل سلول های ایمنی مشابه با تجزیه و تحلیل فعلی ارائه کرد. توزیع فعلی متغیرتر است، با نسبت بالاتری از سلول های میلوئیدی که منجر به یک توده کلی بیشتر می شود. تحقیقات Trepel (1) بر روی لنفوسیت ها و توزیع آنها در سراسر بدن انسان، با تکیه بر داده های جوندگان و برون یابی به انسان متمرکز بود. ترپل تخمین زد که تقریباً 5 × 1011 سلول وجود دارد که دو سوم آن در سیستم لنفاوی، 10 درصد در مغز استخوان و 2 درصد در خون است. تجزیه و تحلیل فعلی ما نشان داد که تراکم سلول های انسان در اکثر بافت ها با جوندگان قابل مقایسه است. تخمین کلی ما از 7.6 × 1011 لنفوسیت (95٪ فاصله اطمینان (CI 4-12 × 1011) مشابه برون یابی Trepel است اما با جمعیت بیشتری از لنفوسیت ها در سیستم لنفاوی، زیرا داده های چندگانه چگالی بالاتری نسبت به داده های جوندگان نشان می دهد. استورک و همکاران در مطالعه خود. (32) از تزریق آلوگرافت سلول های بنیادی برای تعیین کمیت لنفوسیت های در گردش از طریق سینتیک سلولی در بیماران مبتلا به بدخیمی های خونی استفاده کرد که منجر به تخمین حدود 1012 سلول شد. با توجه به نامشخص بودن روش و تمرکز آنها صرفا بر روی بیماران مبتلا به بدخیمی های خونی، این با یافته های ما مطابقت دارد.

توزیع سلول های ایمنی بر حسب تعداد و جرم، کنار هم قرار گرفتن جالب توجهی را ارائه می دهد. حدود ۷۵ درصد از سلول‌های ایمنی را لنفوسیت‌ها و نوتروفیل‌ها تشکیل می‌دهند که از کوچک‌ترین سلول‌های بدن هستند و تنها چند صد پیکوگرم وزن دارند. بنابراین، توده سلولی آنها تنها حدود 30 درصد از کل توده سلولی ایمنی را تشکیل می دهد. از سوی دیگر، ماکروفاژها، سلول‌های دندریتیک و ماست سل‌ها که 3 تا 10 برابر بزرگ‌تر هستند، کمتر از 20 درصد سلول‌های ایمنی را تشکیل می‌دهند اما بیش از 60 درصد توده سلولی ایمنی را تشکیل می‌دهند.

تجزیه و تحلیل بر اساس جرم همچنین کبد را به عنوان یک اندام داخلی منحصر به فرد از نظر سیستم ایمنی برجسته می کند. تخمین ما نشان می دهد که ≈6٪ از جرم 1.8 کیلوگرمی کبد (برای انسان مرجع) توسط سلول های سیستم ایمنی اشغال شده است. این با این تصور مطابقت دارد که کبد فراتر از عملکردهای متابولیک و سم‌زدایی، به عنوان یک سد ایمنی خط مقدم عمل می‌کند و با قرار گرفتن مداوم در معرض آنتی‌ژن‌های خارجی که عمدتاً از روده منشا می‌گیرند مقابله می‌کند (33).

ما به دنبال یک روش مستقل برای تعیین کمیت تراکم سلول های ایمنی یا شمارش کل برای تأیید تخمین های خود بودیم. ما سه منبع داده برای چنین اعتبار سنجی پیدا کردیم که هر کدام دامنه محدودی داشتند. داده های تصویربرداری چندگانه برای اندام های لنفاوی به عنوان اعتبار اولیه برای تخمین تراکم در این بافت ها استفاده می شود (ضمیمه SI، شکل S2). داده های مبتنی بر انسان در مورد تراکم سلولی در این بافت ها به طور قابل توجهی محدود بود. برخی از تخمین‌ها از داده‌های حیوانی به دست آمده‌اند و عدم قطعیت‌های قابل‌توجهی را هنگام برون‌یابی این یافته‌ها به انسان ایجاد می‌کنند. ما ادبیات و داده های تصویربرداری چندگانه را ترکیب کردیم تا یک تخمین یکپارچه از چگالی و عدم قطعیت آن بدست آوریم. منبع دیگری برای اعتبار سنجی داده های دکانولوشن متیلوم بود. با در نظر گرفتن عدم قطعیت های روش deconvolution و برآورد مبتنی بر ادبیات ما، توافق کلی بین هر دو رویکرد وجود داشت (ضمیمه SI، شکل های S3 و S4). قابل‌توجه، ما تطابق قوی‌تری را برای تخمین‌های لنفوسیت مشاهده کردیم، در حالی که روش مبتنی بر متیلوم جمعیت گرانولوسیت را دست‌کم می‌گیرد. این می تواند به دلیل تمایل روش های تفکیک برای از بین بردن بخش قابل توجهی از نوتروفیل ها باشد. در موارد معدودی، به نظر می رسد سوگیری در نتایج مبتنی بر دکانولوشن وجود دارد. برای مثال، در سلول‌های ایمنی پانکراس، نتایج مبتنی بر دکانولوشن مرتبه‌ای بالاتر از نتایج مبتنی بر ادبیات است. این ممکن است به دلیل دقت تجزیه و تحلیل دکانولوشن برای بخش کوچکی از سلول های بتا باشد که به عنوان لنگر استفاده می شود یا به دلیل تخمین تعداد کل سلول های بتا به عنوان لنگر. یک توضیح جایگزین این است که نتایج مبتنی بر ادبیات دست‌کم گرفته می‌شوند، زیرا آنها بر اساس برون‌یابی از بافت‌های مشابه هستند. آخرین روش برای اعتبار سنجی مبتنی بر تجزیه و تحلیل بافت شناسی مستقل از بخش سلول های ایمنی توسط کنسرسیوم Tabula Sapiens (مواد و روش ها) بود. این داده ها تنها از دو بیمار در حدود 60 سالگی بدون جداسازی به انواع سلولی در دسترس بود. با این وجود، مقایسه با تخمین‌های کنونی یک توافق کلی را نشان می‌دهد (ضمیمه SI، شکل S5)، با تفاوت کمتر از مرتبه بزرگی برای هر بافت، که معمولاً به نفع برآورد Tabula Sapiens است.

توزیع سلول های ایمنی در یک زن و کودک بالغ مرجع با استفاده از تراکم بافت خاص، با فرض استقلال جنسیت و سن به دلیل داده های ناکافی برای تمایز بین جمعیت ها برآورد شد. بنابراین، تخمین ما برای تأثیر سن و جنس جوان بر تعداد کل سلول‌های ایمنی و توده، عمدتاً متناسب است که ناشی از تفاوت‌های توده‌ای بین جمعیت‌ها است. غیرخطی های جزئی در توده اندام های مرجع تفاوت های جزئی در توزیع نسبی را به حساب می آورند (ضمیمه SI، شکل S7B).

مطالعات قبلی که تأثیر جنسیت بر سیستم ایمنی را بررسی می‌کردند، آن را به عنوان یک عامل اصلی مؤثر بر ترکیب کلی سلول‌های ایمنی خون شناسایی کرده‌اند (34، 35). ادبیات به طور کلی موافق است که زنان پاسخ‌های ایمنی قوی‌تری نسبت به مردان نشان می‌دهند که تا حدی به اثرات هورمون‌های جنسی مانند استروژن و پرولاکتین بر بلوغ لنفوسیت‌های B و T و افزایش تولید آنتی‌بادی سلول B نسبت داده می‌شود (36). با این حال، برای تعیین تفاوت در توزیع نوع سلول های ایمنی در سراسر بافت های بدن به داده های کمی بیشتری نیاز است. بستن این شکاف داده ها، تخمین دقیق تری از جنس را تسهیل می کند.

با عطف به اثرات سن، ابتدا می‌توانیم به جمعیت سلول‌های ایمنی در مغز استخوان و سیستم لنفاوی نگاه کنیم، زیرا نتایج ما نشان می‌دهد که آنها تقریباً 80٪ از سلول‌های ایمنی را تشکیل می‌دهند. در حالی که تمام مغز استخوان پس از تولد فعال است، بخش فعال در دوران کودکی کاهش می یابد. علیرغم تغییرات اساسی در توزیع مغز فعال در طی بلوغ، درصد کل توده بدن که توسط مغز فعال نشان داده شده است در طول چندین دهه نسبتاً ثابت باقی می ماند (11). توزیع سلولی در مغز استخوان در طول سال اولیه زندگی دچار تغییرات مشخصی می شود و از آن نقطه و به بعد تا بزرگسالی نسبتاً ثابت می ماند (16). افزایش سن منجر به کاهش تا 40٪ در تعداد و ترکیب سلول های مغز استخوان (37-41) می شود که به طور بالقوه باعث کاهش تقریباً 20٪ در کل جمعیت سلول های ایمنی و تغییر توزیع آن می شود.

جمعیت ایمنی سیستم لنفاوی عمدتاً در طحال و غدد لنفاوی و بخش کوچکتری در تیموس قرار دارند. توده طحال متناسب با توده بدن در کودکان و بزرگسالان مقیاس می شود (11). با این حال، تنوع قابل توجهی در میان جمعیت های مختلف بالغ در کشورهای مختلف وجود دارد. متأسفانه، اطلاعات مربوط به تغییرات در توده کل غدد لنفاوی وجود ندارد. تیموس تا بلوغ رشد می‌کند و سپس دچار انفولاسیون جزئی می‌شود (42)، که منجر به کاهش وزن مرتبط با سن (11)، و همچنین تراکم لنفوسیت (43، 44) می‌شود. با توجه به اندازه نسبتاً کوچک تیموس (کمتر از 10 درصد سیستم‌های لنفاوی بزرگسالان)، تأثیر آن بر جمعیت کلی لنفوسیت در طول پیری ناچیز است.

پیری همچنین بر جمعیت سلول های ایمنی در سایر سیستم ها تأثیر می گذارد. مطالعات حیوانی افزایش وابسته به سن در جمعیت ماکروفاژها در کبد و بافت‌های چربی را چندین برابر نشان می‌دهد (45، 46)، افزایش مشابهی که در بافت چربی انسان مشاهده شد (47). روندهای مرتبط با سن برای لنفوسیت‌ها، که عمدتاً در خون مشاهده می‌شود، شامل کاهش سلول‌های ساده و افزایش سلول‌های تمایز نهایی است که به کاهش کارایی واکسن کمک می‌کند (48). با این حال، تعداد کلی لنفوسیت های در گردش به حداقل تغییر می کند (49). یک بررسی اخیر (50) داده‌های مطالعات تک سلولی موش‌ها و انسان‌ها را خلاصه می‌کند و روندهای مشترک را نشان می‌دهد: با افزایش سن، بیشتر جمعیت سلول‌های ایمنی در گردش کاهش می‌یابد، به جز مونوسیت‌هایی که تعدادشان افزایش می‌یابد. این روندهای کلی با یک مطالعه طولی ترکیب سلول های ایمنی (51) همراستا هستند، که تغییرات ترکیب مربوط به سن خاص را به عنوان معیار معنی دار سن ایمنی نشان می دهد و مرگ و میر ناشی از همه علل را پیش بینی می کند.

در نتیجه، تغییرات مربوط به سن منجر به کاهش قابل توجهی در سلول‌های ایمنی مغز استخوان و به طور بالقوه در سایر بافت‌ها می‌شود، همانطور که در خون مشاهده شد. به طور مشابه، باعث افزایش سلول های میلوئیدی در سایر بافت ها مانند بافت چربی و کبد می شود. با این حال، توصیف بیشتر برای تعیین کمیت اثر پیری بر توزیع سلول های ایمنی به طور دقیق ضروری است.

با نگاهی گسترده تر به تنوع ترکیب سیستم ایمنی در افراد سالم، به مطالعات اخیری روی می آوریم که عمدتاً به دلیل دسترسی به خون برای اندازه گیری های کمی بر خون تمرکز دارند. این تحقیقات از تکنیک‌هایی مانند ارتباط گسترده ژنوم یا مطالعات دوقلو برای ارزیابی تأثیر عوامل ژنتیکی و غیر ژنتیکی بر سلول‌های ایمنی و ترکیب پروتئین مرتبط با ایمنی استفاده می‌کنند. در حالی که یک توافق کلی در مورد تنوع قابل توجه بین فردی وجود دارد، منبع آن بی نتیجه است. برخی از مطالعات بر عوامل ژنتیکی مؤثر در این تنوع تأکید دارند (52، 53)، در حالی که برخی دیگر بر جنسیت و تأثیرات غیرقابل ارث، مانند سن، سیگار کشیدن، و قرار گرفتن در معرض عوامل بیماری‌زا مانند سیتومگالوویروس (CMV) تأکید می‌کنند (34، 35). با توجه به اینکه سلول‌های ایمنی خون بخش کوچکی از تمام سلول‌های ایمنی را تشکیل می‌دهند، تحقیقات بیشتر برای بررسی تأثیر این عوامل بر توزیع سلول‌های ایمنی در سراسر بدن ضروری است.

با توجه به اینکه قرار گرفتن در معرض پاتوژن به عنوان یک عامل محیطی مهمی که بر تنوع و فراگیر بودن جمعیت‌های سلول ایمنی تأثیر می‌گذارد، شناخته می‌شود (52)، ارزش بررسی تأثیر کمی بالقوه آن را دارد. مطالعه اخیر توسط Wijeyesinghe و همکاران. (54) این موضوع را با مقایسه موش‌های آزمایشگاهی که با موش‌های پت‌شاپ نگهداری می‌شدند با موش‌هایی که تحت شرایط استاندارد پرورش یافته بودند، بررسی کردند. آنها با استفاده از میکروسکوپ کمی ایمونوفلورسانس در بافت‌های مختلف، افزایش فراوانی سلول‌های ایمنی را مشاهده کردند که به تعداد کلی سلول‌ها در اندام‌ها کمک می‌کند. به طور قابل توجهی، جمعیت سلول های ایمنی در بافت هایی مانند کبد، روده و کلیه ها افزایش قابل توجهی از 25 تا 100٪ را نشان دادند. در حالی که این احتمال وجود دارد که تأثیر مشابهی را در انسان فرض کنیم، تأثیر کلی بر کل جمعیت سلول‌های ایمنی احتمالاً به دلیل سهم نسبتاً جزئی این بافت‌ها در کل مجموعه سلول‌های ایمنی محدود است.

به طور کلی، تغییرات در جمعیت لنفوسیت ها می تواند در طی یک پاسخ ایمنی به عفونت، سرطان یا سایر شرایط رخ دهد. لنفادنوپاتی، افزایش اندازه یا قوام غدد لنفاوی (55)، می تواند توسط عوامل مختلفی مانند عفونت های باکتریایی یا ویروسی یا سرطان ایجاد شود. قطر غدد لنفاوی سالم به طور معمول تا 1 سانتی متر است. عفونت ها معمولاً باعث افزایش حجم متوسط و موضعی می شوند. در بیشتر موارد، گره هایی که بیش از اندازه 1.5 × 1.5 سانتی متر مربع رشد می کنند، بدخیم هستند (56، 57). از آنجایی که لنفوسیت ها بیشترین تراکم سلولی را در غدد لنفاوی دارند، می توانیم از این قانون کلی برای تخمین افزایش تعداد لنفوسیت ها در طول لنفادنوپاتی استفاده کنیم. با فرض یک گره لنفاوی کروی طبیعی با قطر 0.5 سانتی متر، به اندازه مرجع تخمینی حدود 0.5 سانتی متر مکعب می رسیم که با تخمین های قبلی مطابقت دارد (58، 59). اگر فرض کنیم که در طول لنفادنوپاتی، قطر یک غدد لنفاوی با ضریب 2 تا 2.5 افزایش می یابد، حجم آن با ضریب 8 تا 15 افزایش می یابد. با این حال، این بزرگ شدن تنها به بخش کوچکی از گره های لنفاوی متعدد محدود می شود. بدن با فرض اینکه اثر تا 10 غدد لنفاوی موضعی است که تقریباً 2٪ از کل غدد لنفاوی بدن را نشان می دهد، می توانیم انتظار افزایش کلی حداکثر 20٪ در کل لنفوسیت های غدد لنفاوی یا 10٪ در کل لنفوسیت ها را داشته باشیم. . اسپلنومگالی، بزرگ شدن طحال، که می تواند به عنوان مثال به دلیل مونونوکلئوز عفونی ایجاد شود، می تواند حجم طحال را دو برابر (60) افزایش دهد و اندازه سیستم لنفاوی را تا 30٪ افزایش دهد. بنابراین، این تغییر می تواند تعداد کل سلول های ایمنی را 10 درصد و وزن سیستم ایمنی را بین 5 تا 10 درصد افزایش دهد.

در چاقی، وزن بافت چربی به راحتی سه برابر می شود. به عنوان مثال، یک مرد با قد مشابه با انسان مرجع با وزن 50 کیلوگرم بیشتر، شاخص توده بدنی (BMI) 40 کیلوگرم بر متر مربع خواهد داشت. بخش بزرگی از این افزایش به بافت چربی نسبت داده می شود. مطالعات بر روی موش ها و انسان ها نشان می دهد که تراکم ماکروفاژهای بافت چربی به صورت خطی در چاقی افزایش می یابد (61). بنابراین افزایش یک مرتبه بزرگی در تعداد کل ماکروفاژها در بافت چربی وجود دارد. چاقی یک بیماری چند ارگانی است و مطالعه اثرات چاقی بر اندازه و ترکیب سیستم ایمنی مستلزم در نظر گرفتن بافت چربی زیر جلدی و احشایی، نفوذ ماکروفاژها به عضلات اسکلتی، تغییرات در ترکیب مغز استخوان است (62) و عوامل دیگر

سیستم ایمنی بدن پویا است و برای پاسخ به تغییرات شرایط، مانند ظاهر پاتوژن ها ساخته شده است. تخمین کمی اثرات شرایط سلامتی بر تعداد سلول های ایمنی و توزیع آنها دشوار است. در طی یک پاسخ ایمنی به یک پاتوژن، نوتروفیل ها و مونوسیت ها به محل عفونت مهاجرت می کنند و با ماکروفاژهای ساکن تعامل می کنند. توزیع نوتروفیل ها به دلیل مهاجرت حوضچه های حاشیه ای موجود در طحال و مغز استخوان به طور موقت تغییر می کند. این بیشتر با افزایش نرخ تولید نوتروفیل ها در مغز استخوان و طول عمر طولانی ناشی از پاسخ ایمنی تغییر می کند (63، 64).

تجزیه و تحلیل ما شامل اجزای متعددی است که از منابع و روش‌های مختلف یکپارچه شده‌اند که هر کدام دارای محدودیت‌هایی هستند. هدف ما این است که منابع مختلف عدم قطعیت تجزیه و تحلیل خود را به دقت بررسی کنیم. برای رسیدن به این هدف، همانطور که در بخش مواد و روش‌ها توضیح داده شده است، خطاها را در هر مرحله به دقت ارزیابی کرده‌ایم و در حین محاسبه سوگیری‌های احتمالی، آن‌ها را منتشر کرده‌ایم. دو منبع اصلی عدم قطعیت در تجزیه و تحلیل ما تعداد لنفوسیت ها و توده سلولی ماکروفاژها هستند. تخمین تراکم لنفوسیت ها در سیستم لنفاوی، که از ترکیبی از داده های چندگانه و بافت شناسی به دست می آید، به طور چشمگیری بر تعداد لنفوسیت ها تأثیر می گذارد. با این حال، برآورد کلی به دلیل کمیاب بودن داده های ادبیات، به ویژه از بیماران انسانی، و تعداد کمی از بیماران در داده های چندگانه، عدم قطعیت قابل توجهی دارد. علاوه بر این، تصویربرداری مالتی پلکس بر روی بافت‌های «شاهد» که عاری از بیماری بودند، اما ممکن است از بیماران ناسالم (اغلب پس از مرگ) به‌دست‌آمده باشند، انجام شد که می‌تواند نتایج را تغییر دهد. جرم یک ماکروفاژ منفرد تقریباً با یک مرتبه بزرگی در بافت های مختلف متفاوت است. بیشتر داده هایی که ما در مورد اندازه ماکروفاژها به دست آوردیم شامل تخمین قطر کتاب درسی است. در نتیجه، توزیع اندازه ماکروفاژها به خوبی درک نشده است، که منجر به درجه زیادی از عدم قطعیت در برآورد جرم کل می شود.

تحلیل ما با این فرض ضمنی عمل می کند که عدم قطعیت در مورد جرم اندام ها ناچیز است. بنابراین، ما از مقادیر ارائه شده برای جامعه مرجع (11) استفاده می کنیم. مهم‌ترین تأثیر این فرض بر مغز استخوان و سیستم لنفاوی است که مسئول اکثر سلول‌های ایمنی، هم از نظر کمیت و هم از نظر جرم هستند. گزارش ICRP به طور جامع ادبیات مربوط به توده مغز استخوان و طحال فعال را بررسی کرده است، بنابراین ما پیش بینی می کنیم که آنها عدم قطعیت قابل توجهی در محاسبات ما ایجاد نکنند. با این حال، توده مرجع تجزیه و تحلیل ما برای غدد لنفاوی به گزارش قبلی (59) و یک مطالعه مدل سازی (58) محدود شده است. بنابراین، عدم قطعیت درگیر می تواند بر برآورد کلی لنفوسیت ما تا چند ده درصد تأثیر بگذارد.

علاوه بر منابع عدم قطعیت که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، این تجزیه و تحلیل به دلیل در دسترس بودن محدود داده ها و وضوح مربوط به ترکیب سلولی بسیاری از بافت ها محدود می شود. ما این موضوع را به روشی محدود با استفاده از داده‌های حاصل از تکنیک‌های توان عملیاتی بالا مانند دکانولوشن محاسباتی و تجزیه و تحلیل چندگانه برای ایجاد عکس‌های فوری دقیق از بافت‌های خاص بررسی می‌کنیم. ما خوشبین هستیم که چنین روش هایی پتانسیل فوق العاده ای برای روشن کردن ترکیب سلولی بدن انسان در تجزیه و تحلیل های مشابه دارند. تحقیقات آتی می‌تواند این و سایر تکنیک‌های پیشرفته را در چارچوبی برای توصیف دقیق‌تر ترکیب سلولی و تنوع آن در جمعیت‌های مختلف به کار گیرد. از جمله اندازه گیری دقیق و خودکار اندازه نیز به تخمین دقیق تر جرم سلولی کمک می کند.

مشخص کردن توزیع سلول های ایمنی در بافت های مختلف، روندهای مشترک در سازمان بافت و همچنین تفاوت های خاص بافت را نشان می دهد. بنابراین، یافته های ما ماهیت پیچیده سیستم ایمنی را برجسته می کند و می تواند منجر به شناسایی اصولی شود که بر سازمان آن حاکم است.