撰文:步步先生
來源:干細(xì)胞者說
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免疫衰老與T細(xì)胞衰老
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四個主要特征

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在化療、電離輻照和感染引起損傷后,老年人無法恢復(fù)免疫功能,從而增加了疾病的發(fā)病率和死亡率。因此,制定增強胸腺功能和促進免疫重建的策略至關(guān)重要。
通過額外施用生長激素/瘦素/生長激素釋放肽(ghrelin)等可防止壓力介導(dǎo)的胸腺萎縮。注射Ghrelin可顯著增大年老小鼠的胸腺、提升細(xì)胞數(shù)量和T細(xì)胞輸出。Ghrelin輸注可以使老年小鼠胸腺大小、細(xì)胞數(shù)量和T細(xì)胞輸出顯著增加。另外,IL-22也可能促進小鼠胸腺再生。值得注意的是,經(jīng)常鍛煉的人初始T細(xì)胞和新遷出胸腺細(xì)胞的頻率增加,以及IL-7的循環(huán)水平升高。除了激素和生長因子外,胸腺移植和過繼細(xì)胞治療也可能刺激小鼠胸腺發(fā)育。
值得注意的是,胸腺萎縮和胸腺輸出減少的機制很大程度上仍然是難以捉摸的。闡明關(guān)鍵途徑可能為預(yù)防免疫衰老和延緩炎癥反應(yīng)的新策略鋪平道路。

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隨著年齡增長,T細(xì)胞也會發(fā)生遺傳和表觀遺傳改變。染色體變化在老化的T細(xì)胞中積累,T細(xì)胞白血病發(fā)病率的增加,在這方面日本人比歐洲人更易發(fā)生。T細(xì)胞基因組不穩(wěn)定可能是由線粒體應(yīng)激,ROS的過度產(chǎn)生和端粒磨損以及修復(fù)酶的活性降低導(dǎo)致的。
所有主要的T細(xì)胞亞群,都表現(xiàn)出與年齡相關(guān)的端粒長度減少,這與人類中受到慢性感染關(guān)系很大,尤其是巨細(xì)胞病毒(CMV)。特發(fā)性肺纖維化(IPF)是人類短端粒綜合征最常見的表現(xiàn)。接受肺移植的IPF患者T細(xì)胞對CMV的免疫力受損,證實端粒變短會損害T細(xì)胞功能。因此,端粒酶突變可能會發(fā)展為T細(xì)胞免疫缺陷。越接近健康的百歲老人,T細(xì)胞端粒越長、端粒酶活性越高和細(xì)胞增殖能力越強。
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表觀遺傳改變可能一直伴隨著T細(xì)胞衰老。其影響DNA甲基化以及組蛋白編碼及其多重翻譯后修飾,這在一定程度上解釋了T細(xì)胞的老化過程。在白細(xì)胞端粒長度較短的個體中,DNA甲基化年齡特別高,與低水平的記憶CD8+T細(xì)胞和高水平的初始CD8+T細(xì)胞相關(guān)。據(jù)報道,DNA甲基組與年齡相關(guān)的表觀遺傳變化在30歲末或40歲初首次激增,時間和女性相似;第二次高峰更早(5-6年后),男性更強,這與男性預(yù)期壽命的降低有關(guān)。

對于錯誤折疊或老化蛋白質(zhì)的降解,機體是分兩種途徑介導(dǎo)的,分別是蛋白水解酶和自噬。這兩個任何一個出現(xiàn)缺陷都會導(dǎo)致T細(xì)胞老化。
自噬是機體內(nèi)大蛋白聚集體和細(xì)胞器循環(huán)利用的唯一機制,自噬體通過與溶酶體融合以大量降解管腔內(nèi)容物。隨著年齡的增長,自噬功能趨于不足,這些因素可能包括:
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伴隨代謝綜合征的營養(yǎng)物質(zhì)(葡萄糖和游離脂肪酸)和生長因子(胰島素和IGF1)的增加,過度激活抑制自噬的mTORC1通路;
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由于煙酰胺二核苷酸(NAD)的年齡相關(guān)性下降,營養(yǎng)傳感器(如Sirtuin-1)的激活水平降低;
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降低了促自噬蛋白的催眠依賴性翻譯所需的亞精胺水平;
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降低了自噬轉(zhuǎn)染因子級聯(lián)的激活,如FOXO1-TFEB軸。
從理論上講,自噬可以通過減少熱量攝入(通過熱量限制或間歇性禁食)和提供NAD前體(如NMN、精胺)膳食補充劑來重建,從而增加健康壽命和壽命。
自噬的年齡依賴性下降也會影響T細(xì)胞。記憶T細(xì)胞和Treg細(xì)胞比效應(yīng)T細(xì)胞更依賴氧化磷酸化,特別容易受到自噬抑制的影響。自噬的藥理學(xué)抑制會干擾人類記憶CD8+ T細(xì)胞的組織駐留重編程。自噬具有至少部分由Treg細(xì)胞介導(dǎo)的抗炎作用。
雷帕霉素(mTORC1抑制劑)的短期給藥可提高小鼠CD8+ T記憶細(xì)胞對病毒感染的免疫反應(yīng),并提高老年人對流感病毒疫苗的免疫反應(yīng)。在屬于長壽家庭的個體中,與對照組相比,CD4+ T細(xì)胞顯示出改善激活誘導(dǎo)的自噬活性??傊允墒菍筎細(xì)胞衰老的有效靶點,誘導(dǎo)自噬可以減少炎癥同時提高免疫反應(yīng)的靈敏度。
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四大次要特征

TCR多樣性隨著年齡的變化而變化,這與隨時間變化的多種因素有關(guān):
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胸腺減少了幼稚T細(xì)胞的生成;
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克隆造血細(xì)胞賦予部分T細(xì)胞生長優(yōu)勢;
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外周抗原的持續(xù)選擇;
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由于克隆擴增的限制導(dǎo)致的T細(xì)胞亞群的衰老。
現(xiàn)有證據(jù)表明,內(nèi)外因素都可能降低T細(xì)胞的TCR多樣性(尤其在CD8+?T效應(yīng)記憶器CD45RA+(TEMRA)亞群中),損害免疫功能,并導(dǎo)致耗竭T細(xì)胞不成比例的擴增。
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在衰老的個體中,初始T細(xì)胞的TCRβ CDR3長度、NDN插入和非模板添加N核苷酸的數(shù)量逐漸減少,以及CDR3環(huán)核心部分的物理化學(xué)性質(zhì)的顯著改變。這些改變在初始T細(xì)胞的CD4、CD8、富含RTE的細(xì)胞和成熟的CD4亞群中被發(fā)現(xiàn)。
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TCR庫的多樣性會隨著年齡的增長而發(fā)生變化和部分收縮。施用IL-7會增加體內(nèi)TCR庫的多樣性,這可能是由于幼稚T細(xì)胞增殖水平的增加。

T細(xì)胞能識別的特異性抗原的數(shù)量與初始T細(xì)胞庫中存在的克隆數(shù)量成正比。初始T細(xì)胞庫的維持依賴于現(xiàn)有克隆細(xì)胞的外周分裂,而非新克隆的產(chǎn)生。因此,如果沒有胸腺輸出新的T細(xì)胞,初始T細(xì)胞可以作為干細(xì)胞發(fā)揮作用。
隨著年齡增長,初始庫高度分化,隨著記憶細(xì)胞積累而收縮,這說明T細(xì)胞譜系中干細(xì)胞樣庫的枯竭。與CD4+初始T細(xì)胞相比,CD8+初始T細(xì)胞表現(xiàn)出體內(nèi)穩(wěn)態(tài)增殖減少。另外,人類T細(xì)胞初始記憶平衡的研究主要在外周血中,而遠比組織駐留T細(xì)胞庫要多得多。獨立研究表明,腸道相關(guān)淋巴組織、淋巴結(jié)和脾臟中的原始T細(xì)胞隨年齡的增加而減少。
對人進行高水平的IL-7治療性給藥,短至1周即會促進原始T細(xì)胞的大量增加。IL-7治療可誘導(dǎo)體內(nèi)CD4+和CD8+ T細(xì)胞擴增,優(yōu)先增加具有不同TCR庫特異性的T細(xì)胞。這些效應(yīng)主要是通過外周T細(xì)胞的增殖和存活的增加來介導(dǎo)的。當(dāng)穩(wěn)態(tài)失衡時,初始T細(xì)胞向記憶T細(xì)胞分化。
總之,現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明,由于胸腺退化、持續(xù)的抗原刺激和炎癥環(huán)境,高度分化的記憶T細(xì)胞富集,而初始庫里的初始T細(xì)胞減少。與老年期產(chǎn)生的記憶反應(yīng)相比,青年期或成年期產(chǎn)生的記憶反應(yīng)似乎更持久

衰老伴隨著功能失調(diào)、終末分化的T細(xì)胞的積累。由于長期抗原刺激或慢性病毒感染中,T細(xì)胞出現(xiàn)衰老或衰竭表型,這限制了T細(xì)胞免疫反應(yīng)。雖然衰老和衰竭的T細(xì)胞在TCR觸發(fā)的增殖方面都有缺陷,但在分子信號傳導(dǎo)和分泌表型方面還是有所不同的。衰老T細(xì)胞分泌大量促炎因子(如TNF和骨鈣蛋白),與衰老相關(guān)的分泌表型(SASP)有關(guān)。衰老T細(xì)胞具有的衰老特征,還包括低端粒酶活性和短端粒、DNA損傷跡象、抗凋亡和β-半乳糖苷酶活性。
人類CD4+T細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞對衰老的敏感性不同,CD8+T細(xì)胞能更快地獲得免疫衰老表型。有報道稱Treg細(xì)胞在衰老過程中比效應(yīng)T細(xì)胞衰老得更嚴(yán)重。慢病毒感染可加速T細(xì)胞的衰老。
炎癥應(yīng)激信號、葡萄糖供應(yīng)不足或線粒體功能障礙也可能導(dǎo)致T細(xì)胞的過早衰老。衰老T細(xì)胞參與了某些年齡相關(guān)疾病的發(fā)病機制,如心血管、代謝和神經(jīng)退行性疾病。據(jù)報道,多酚、益生菌和omega-3脂肪酸等植物化學(xué)物質(zhì)也可以逆轉(zhuǎn)免疫衰老。

總之,隨著衰老,衰老T細(xì)胞會不斷積累,免疫功能降低但促炎功能升高。清楚衰老T細(xì)胞(衰老溶解)可能為干預(yù)衰老和年齡相關(guān)病(包括代謝綜合征和神經(jīng)退行性疾病)提供靶點。

CD4+T細(xì)胞可分化為不同亞群,包括Th1、Th2、Th9、Th17、Th22、Tfh和Treg細(xì)胞。在抗原誘導(dǎo)下,Th細(xì)胞會發(fā)育成不同的譜系。隨著年齡增長,T細(xì)胞從靜止?fàn)顟B(tài)的初始T細(xì)胞進入終末分化的效應(yīng)T細(xì)胞階段,這可能會導(dǎo)致發(fā)育偏差,可塑性喪失,降低免疫系統(tǒng)應(yīng)對新抗原刺激的反應(yīng)能力。
衰老小鼠的CD4+ T細(xì)胞可以鑒定出耗竭的、細(xì)胞毒性的和激活的調(diào)節(jié)T細(xì)胞,通常具有極端的抗炎和促炎特性,主要亞群是Th1和Th17亞群,這些亞群的出現(xiàn)與循環(huán)炎癥細(xì)胞因子(主要是IFN-β、IL-6和IL-27)升高有關(guān)。這說明炎癥與CD4+T細(xì)胞衰老是相互作用的。
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在百歲老人中,發(fā)現(xiàn)與衰老相關(guān)的CD4+ CTL細(xì)胞的擴增。在老年人或小鼠中,CD8+細(xì)胞群體的特征是T細(xì)胞的寡克隆和耗竭群體的擴增,這些T細(xì)胞分泌顆粒酶K(GZMK),可刺激其他細(xì)胞(例如成纖維細(xì)胞)的衰老。
簡而言之,T細(xì)胞的衰老與其可塑性降低和終末分化表型相關(guān),影響它們在應(yīng)對新抗原刺激中的彈性范圍。在腫瘤免疫學(xué)中,T細(xì)胞浸潤腫瘤的功能功效可以被誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSC)技術(shù)恢復(fù)。但是否可以選擇類似的方法來恢復(fù)衰老T細(xì)胞的可塑性仍有待確定。
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–04–
兩大綜合特征

在老年人中T細(xì)胞表面受體減少、初始細(xì)胞、效應(yīng)細(xì)胞/記憶細(xì)胞和Treg細(xì)胞之間比例發(fā)生變化,同時衰老T細(xì)胞會不斷積累,可能會導(dǎo)致老年人容易被嚴(yán)重甚至致命的病原體感染。此外,免疫功能缺陷也可能導(dǎo)致非傳染病(如癌癥或動脈硬化)的發(fā)作。
事實上,隨著衰老,老年人患癌風(fēng)險增加可能是由于免疫功能下降,而非體細(xì)胞DNA突變的積累。因此,免疫逃逸可能是衰老過程中癌癥的主要驅(qū)動因素。T細(xì)胞功能缺陷會導(dǎo)致衰老細(xì)胞不能及時清除,這可能有助于衰老細(xì)胞在不同組織中的積累,不過這仍有待證實。
目前,沒有明確的證據(jù)表明衰老T細(xì)胞的特定功能損傷會影響衰老細(xì)胞的清除,從而加速衰老過程。因此,需要進一步的實驗證據(jù)來證實T細(xì)胞特異的免疫監(jiān)視缺陷會有助于衰老進程。

衰老相關(guān)慢性炎癥,指的是隨著年齡增長而發(fā)展的低度慢性炎癥狀態(tài)。它的特點是血清中存在高濃度的炎性因子,如C反應(yīng)蛋白(CRP)、IL-6、IL-8和TNF。
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炎癥發(fā)生與衰老相關(guān)的多種疾病的發(fā)生和死亡率的風(fēng)險增加有關(guān)。盡管,炎癥發(fā)生最初被認(rèn)為是衰老相關(guān)疾病的生物標(biāo)志物,但很多證據(jù)表明炎癥發(fā)生與年齡相關(guān)組織退化之間存在因果關(guān)系。臨床試驗表明,一些非甾體抗炎藥以及IL-1和TNF的中和作用可以延緩心血管疾病的發(fā)展。
炎癥發(fā)生被歸因于衰老缺陷的組合(例如腸道通透性增加、慢性感染和衰老細(xì)胞的積累)。證據(jù)表明,T細(xì)胞的時間依賴性退化通過產(chǎn)生炎性因子和未能消除衰老細(xì)胞,及影響不同骨髓細(xì)胞(比如巨噬細(xì)胞亞型)的功能或通過調(diào)節(jié)腸道通透性,來直接或間接地促進炎癥發(fā)生。
T細(xì)胞代謝應(yīng)激反應(yīng)可加速炎癥發(fā)生。長期慢性炎癥還可抑制特異性免疫反應(yīng),降低疫苗接種效果。有意思的是,雖然炎癥發(fā)生,但IL-10也在老年人中有所增加。IL-10是一種抗炎因子,可能在對抗炎癥和促進健康衰老方面發(fā)揮重要作用,由Tfh細(xì)胞的產(chǎn)生。IL-21對于維持這種平衡至關(guān)重要,因為缺乏IL-21的小鼠降低了IL-10(并失去了產(chǎn)生IL-10的Tfh細(xì)胞)但增加了IL-6的表達,這表明細(xì)胞因子與炎癥調(diào)控存在復(fù)雜的串?dāng)_,說不清楚。
二甲雙胍已成功用于糖尿病患者的長期治療,能激活A(yù)MP激活的蛋白激酶信號通路。據(jù)報道,二甲雙胍可通過增加T細(xì)胞的自噬作用和改善線粒體生物能來改善Th17炎癥反應(yīng)。長期、低劑量的白藜蘆醇逆轉(zhuǎn)了老年小鼠的免疫衰老和炎癥表型,因為它糾正了8-羥基-2′-脫氧鳥苷(一種氧化性DNA損傷的標(biāo)志物)與年齡相關(guān)的升高??茖W(xué)家們正在嘗試結(jié)合不同的策略,包括抗炎藥、衰老細(xì)胞裂解和免疫檢查點抑制劑,以最佳阻斷炎癥。
炎癥的發(fā)生可部分歸因于功能障礙或衰老的T細(xì)胞。改善炎癥是一個研究熱點,以防止衰老相關(guān)的疾病的發(fā)生和免疫反應(yīng)的下降。
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文末小結(jié)
“逝者如斯夫”,隨著年齡不斷增長,機體的免疫系統(tǒng)失去了對新抗原、感染或腫瘤刺激做出快速而精確反應(yīng)的能力,免疫系統(tǒng)產(chǎn)生和刺激記憶細(xì)胞分化的能力也降低了。不只如此,免疫系統(tǒng)衰老后還會促進炎癥和自身免疫病的發(fā)生。衰老的T細(xì)胞會持續(xù)誘發(fā)炎癥,會加速人體衰弱和死亡相關(guān)的病理特征的出現(xiàn)(如心血管和代謝疾病、慢性腎病、非酒精性脂肪肝和神經(jīng)退行性疾病)。
文章上面也提到了,T細(xì)胞衰老的特征可分為三個類型:
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主要特征有四個:胸腺退化、線粒體功能障礙、遺傳和表觀遺傳改變以及蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)失衡。這四大主要特征導(dǎo)致了最初的損傷。
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次要特征有四個:TCR的減少、記憶庫的擴大、效應(yīng)細(xì)胞可塑性喪失和T細(xì)胞衰老。這四大次要特征是四大主要特征的結(jié)果。
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綜合特征有兩個:免疫缺陷和慢性炎癥。這兩大特征更具體化,直接造成免疫衰退。
從理論上講,T細(xì)胞衰老可能涉及內(nèi)源性免疫過程、淋巴器官的改變、宿主內(nèi)在代謝或淋巴器官外的神經(jīng)內(nèi)分泌因子、感染風(fēng)險的增加和腸道微生物群的變化。這意味著很難區(qū)分與衰老相關(guān)的T細(xì)胞功能障礙的真實原因,因為它們是相互關(guān)聯(lián)的。異體組織轉(zhuǎn)移實驗(即用年輕T細(xì)胞移植到老年小鼠),不同年齡小鼠之間淋巴器官移植,異體共生(即循環(huán)系統(tǒng)的連接)不同年齡小鼠之間的連接系統(tǒng),糞便微生物移植,這些實驗應(yīng)以系統(tǒng)的方式進行整合探索。

延緩T細(xì)胞衰老是否可以延緩全身衰老,這個問題的答案至關(guān)重要。衰老研究是一條任重而道遠的路。因此,基于T細(xì)胞免疫療法的新興治療方法,正在成為衰老相關(guān)疾病的很有希望的治療策略。
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