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深度科普,人體免疫細胞功能變化與衰老、疾病的關系

發(fā)表時間:2021-07-23 17:53作者:杭吉干細胞科技

前言

近年來,人口老齡化已逐漸成為社會關注的焦點,而衰老與感染性疾病、心血管疾病、神經退行性疾病、自身免疫失調性疾病、腫瘤等疾病的發(fā)生率升高直接相關。

機體衰老伴隨著免疫功能的紊亂是這些疾病發(fā)生的重要原因之一。

免疫衰老通常定義為機體的先天性和適應性免疫系統(tǒng)發(fā)生與年齡相關的結構和功能改變。

為了滿足日益增長的老年人口健康相關需求,對年齡相 關性免疫衰老的研究迅速發(fā)展。

同時,對免疫衰老指標的量化有助于評估機體免疫功能狀態(tài),對健康管理、重大疾病的預防和指導臨床治療決策具有重要意義。

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人體的免疫系統(tǒng)

人體的免疫系統(tǒng)包括:淋巴器官、淋巴組織及免疫細胞。

淋巴器官:包括中樞淋巴器官(胸腺和骨髓)及外周淋巴器官(淋巴結、脾和扁桃體)。

淋巴組織:外周淋巴器官的主要組成部分,同時也分布于消化道、呼吸道等部位。

免疫細胞:由造血干細胞分化而來,在人體發(fā)揮著消滅體內外有害物質及清除衰老、變性、死亡細胞的作用,具有外察諸異、內審諸己的特點,被譽為人體的健康衛(wèi)士,包括淋巴細胞、巨噬細胞、NK細胞、DC細胞、粒細胞及肥大細胞等。

 工作中的免疫細胞

如若免疫系統(tǒng)功能低下或紊亂,則極易導致疾病的發(fā)生,包括各種病原微生物的入侵、腫瘤細胞的擴增以及自身免疫病的產生,同時也會導致衰老進程的明顯加速,致使生命質量及壽命受到嚴重不利影響。

機體衰老與T細胞改變有關

T淋巴細胞(T lymphocyte)簡稱T細胞,是由來源于骨髓的淋巴干細胞,在胸腺中分化、發(fā)育成熟后,通過淋巴和血液循環(huán)而分布到全身的免疫器官和組織中發(fā)揮免疫功能。

1962年,Walford提出免疫衰老學說認為,免疫功能的衰退是造成機體衰老的重要因素。 隨著年齡的增長,免疫器官老化、免疫細胞及細胞因子降低,機體的免疫功能逐漸減弱,感染性疾病、腫瘤發(fā)病率、死亡率逐漸增高。

T細胞是免疫細胞的主要組成部分,它具有多種免疫功能,如產生細胞因子、參與特異性免疫應答、清除病原體、衰老細胞、突變細胞以及癌細胞,是人體中為抵御疾病感染、腫瘤而生的警衛(wèi)隊。

因此,T細胞的數(shù)量功能及多樣性對抵御癌癥至關重要。 25歲后,隨著年齡的增加,T細胞的多樣性隨之下降 。

T細胞的多樣性越高,則意味著能夠殺滅各種細胞病原體的種類越多,隨著年齡的增加,T細胞多樣性降低,無法消滅相應的病原體,疾病發(fā)病率也就隨之增加。

機體衰老與NK細胞有關

自然殺傷細胞(Natural Killer cell,即NK細胞),是機體重要的免疫細胞,不僅與抗腫瘤、抗病毒感染和免疫調節(jié)有關,而且參與超敏反應和自身免疫病的發(fā)生。

在面對癌細胞時,NK細胞可以直接識別并殺死癌細胞,因此也被稱為人體抗癌第一道防線。

衰老相關的NK細胞亞群及其免疫功能的變化:NK細胞是由CD3- CD16+CD56+表面表型所定義的細胞毒性淋巴細胞群,約占循環(huán)淋巴細胞總數(shù)的 7﹪~ 15﹪,參與腫瘤細胞和病毒感染細胞的識別和裂解。

NK細胞主要通過產生各種效應細胞因子和直接細胞毒性作用發(fā)揮功能。其中分泌的IFN-γ 可直接增強靶細胞免疫原性,促進適應性免疫應答,細胞毒性活動依賴于顆粒酶和穿孔素,從而在固有免疫應答中發(fā)揮重要作用。

NK細胞免疫衰老的特點:是NK細胞亞群的重新分布,激活性受體的表達減少,細胞毒性降低。根據(jù)CD56表面表達的相對密度,可以將NK細胞分為CD56dim 和CD56bright2個表型和功能不同的亞群。

隨著年齡的增長,以分泌細胞因子為主的CD56bright 不成熟NK細胞逐漸下降,從而影響其他免疫細胞的信號傳導和募集;同時 以殺傷功能為主的 CD56dim 成熟 NK 細胞不斷增多并開始表達CD57,但對 IL-2 等細胞因子的增殖反應性降低(表 2)

研究發(fā)現(xiàn),NK細胞的數(shù)量及功能在40~50歲后顯著下降。NK細胞的功能逐漸減弱,癌癥發(fā)病率卻隨之增加。在對日本中年及老年人隨訪11年后顯示,NK細胞的活性和功能與腫瘤組織的大小、轉移以及不良預后息息相關。

機體衰老與B細胞有關

B 淋巴細胞產生于骨髓,成熟于脾臟,同時B細胞負責 抗體的分泌,在體液免疫中發(fā)揮重要的作用。

隨著年齡的增長,骨髓產生B細胞數(shù)量及受體多樣性降低,產生抗體數(shù)目減少,這降低機體對感染和疫苗接種的反應性,并增加自身 反應性抗體的產生。

此外,B 細胞亞群也發(fā)生年齡相關性變化,初始B細胞及記憶B細胞(CD3- CD19+ LgD+ CD27- )數(shù)量降低,同時伴衰老的B細胞(CD3- CD19+ LgDCD27- )數(shù)量增加(表 3)。

記憶B細胞產生高水平的炎癥性細胞因子 IL-1、IL-6 和 TNF-α 等,提示 B 細胞可能參與老年人炎癥環(huán)境的生成和維持。

研究發(fā)現(xiàn),衰老也會影響B(tài)細胞的質量和數(shù)量。與年輕人相比,老年人的B細胞百分比數(shù)量下降,抗體類別轉化重組缺陷。不僅如此,記憶B細胞數(shù)量增多,導致了老年患者慢性炎癥的發(fā)生。

隨著年齡的增長,老年人的免疫效果明顯下降。面對相同的病原體,發(fā)揮作用的B細胞數(shù)僅及年輕時的1/10~1/50。例如,接種流感疫苗后60~74歲組的血清陽性保護率為41%~58%,75歲以上的陽性保護率下降到29%~46%。

機體衰老與DC、中性粒細胞和單核巨噬細胞有關

DC是體內功能最強的抗原提呈細胞(APC),是溝通先天和適應性免疫反應的主要橋梁。老年人的髓樣DC表達PI3K的活性降低,吞噬活性和趨化性能力下降,同時漿細胞樣DC產生Ⅰ型和Ⅱ型的干擾素減少,抗原提呈能力下降。

中性粒細胞、單核巨噬細胞功能的缺陷主要是隨年齡變化的細胞信號失調介導的,細胞因子特別是IL-6和TNF-α等炎性細胞因子的減少。

隨著年齡增長,巨噬細胞趨化性、抗原提呈能力和吞噬作用減弱,出現(xiàn)M2型巨噬細胞極化現(xiàn)象,Toll樣受體(TLR)信號通路及其效應功能受損,從而增加了老年人對疾病的易感性。

機體衰老與骨髓源性抑制細胞有關

MDSCs是骨髓形成過程中由髓系祖細胞發(fā)育而來的一組免疫抑制性髓樣細胞。

隨年齡增長,骨髓造血細胞分化為髓樣細胞增多,在癌癥、感染性疾病、創(chuàng)傷、骨髓移植和自身免疫性疾病等炎癥條件下,MDSCs向粒細胞、單核細胞、巨噬細胞和DC的骨髓成熟過程都會受到損傷,這可能有利于MDSCs的積累。

衰老過程與骨髓、血液、脾臟和周圍淋巴結中MDSCs的增加有關。

研究表明,MDSCs是隨著年齡增長而顯著增加的特殊免疫抑制因子,是適應性免疫系統(tǒng)衰老的有效誘導因子, 而T細胞是MDSCs誘導免疫耐受的主要靶細胞,這些細胞可以分泌IL-10、TGF-β、活性氧( ROS)等有效的抗炎和免疫抑制因素,抑制T細胞的增殖和功能,導致幼稚T細胞數(shù)量逐漸減少,允許腫瘤免疫逃逸。

同時 MDSCs的擴增也會通過抑制IL-2介導的NK細胞毒性作用,進一步降低NK細胞功能,加速機體免疫系統(tǒng)的衰老(圖1)。

免疫細胞衰老與年齡相關性疾病的關系

免疫細胞衰老與神經退行性疾?。?/span>阿爾茨海默癥(AD)是一種進行性神經退行性疾病。

最近研究表明淀粉樣蛋白沉積和神經纖維纏結不能完全解釋 AD的發(fā)病機制,并提出持續(xù)性病毒感染及炎癥性衰老可能在AD中起著關鍵作用。

機體衰老過程中,持續(xù)性抗原刺激適應性免疫系統(tǒng),使記憶性T細胞增加,CD28共刺激受體表達缺失,CD4+ CD28-T 細胞分泌IFN-γ增多,激活小膠質細胞過度分泌炎性細胞因子。

而小膠質細胞對β淀粉樣蛋白(Aβ)的吞噬能力嚴重下降,Aβ具有抵抗微生物的防御因子作用,參與小膠質細胞的活化,協(xié)同刺激先天性免疫應答產生大量炎癥性因子 ,導致神經元的破壞和動脈斑塊的形成,進一步加重腦組織炎癥狀態(tài),從而促進AD的發(fā)展。

此外,記憶性B細胞和DC細胞分泌IL-6、IFN-γ和TNF-α的基礎水平在老年人中升高,形成的慢性低度炎癥與動脈粥樣硬化所致的帕金森病、AD等神經退行性疾病有密切聯(lián)系。

因此,隨著年齡的增長,免疫系統(tǒng)的改變會導致低度炎癥,這可能有助于AD的發(fā)展。

免疫細胞衰老與心血管疾?。?/span>免疫衰老過程中T細胞亞群的變化可能有助于動脈粥樣硬化的發(fā)生和進展,動脈粥樣硬化是一種典型的炎癥性疾病,衰老免疫細胞表達衰老相關分泌表型(SASP),分泌大量IFN-γ,刺激CD4+T細胞的浸潤和先天性免疫反應發(fā)生,進一步加重炎癥反應,促進冠心病發(fā)展。

據(jù)報道,在慢性心力衰竭 (CHF)病程中,單核細胞表達TLR-4增加, 可能與血漿中TNF、IL-6和IL-1等促炎細胞因子的水平增加有關,可以預測CHF患者的長期生產率,而隨著年齡的增長,白細胞的TLR系統(tǒng)也發(fā)生了類似的變化 。

免疫細胞衰老與糖尿病:糖尿病是老年人最常見的疾病之一。機體衰老過程中,氧化應激增加,血漿中IL-6、TNF 和 CRP 等炎癥標志物升高,可導致一定程度的胰島素抵抗, 促進 2 型糖尿病的發(fā)展。

免疫衰老細胞分泌IFN-γ增加,介導自身免疫功能障礙,破壞胰島β細胞,參與1型糖尿病的發(fā)生。

因此,糖尿病被認為是一種與免疫衰老相關的炎癥性疾病。

免疫細胞衰老與自身免疫性疾病、癌癥:B細胞根據(jù)來源不同可分為 B1、B2兩個亞群,B1細胞主要產生自身反應性抗體,介導自身免疫性疾病如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風濕性關節(jié)炎、Graves病等疾病的發(fā)生發(fā)展,衰老個體中B細胞數(shù)量增加,與老年人自身免疫性疾病的發(fā)生率增高有關。

此外,免疫衰老會加速衰老細胞的積累,促進組織退化和惡 性轉化,導致腫瘤細胞出現(xiàn)免疫逃逸,加速癌癥的發(fā)生發(fā)展進程。因此,抑制機體免疫衰老有望成為腫瘤免疫治療的新策略。

總結

免疫細胞的衰老導致免疫系統(tǒng)整體功能的衰老。

另外,了解各種免疫細胞發(fā)生衰老的標志性改變和機制是進行臨床干預的重要基礎。在疾病治療和預防方面,免疫評估將發(fā)揮重要的作用。

希望進一步了解人類免疫細胞衰老和炎癥如何與機體衰老相互作用,從而導致 發(fā)病率和死亡率的增加,并找到改善老年人健康壽命的關鍵途徑。

相信有朝一日,我們也能利用免疫細胞放慢衰老的腳步 。

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