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衰老與免疫系統(tǒng)的關(guān)系

本文將討論免疫系統(tǒng)衰退和機(jī)體衰老的關(guān)系,同時(shí)探討免疫細(xì)胞療法在改善健康狀態(tài)和促進(jìn)疾病康復(fù)中的作用。

衰老與免疫系統(tǒng)的關(guān)系撰文:細(xì)胞中心白澤


衰老是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象,以進(jìn)行性的生理功能和組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定能力下降為特征,導(dǎo)致退化性疾病和死亡的發(fā)生率增加。有關(guān)衰老的學(xué)說(shuō)很多,包括基因?qū)W說(shuō)、細(xì)胞突變學(xué)說(shuō)、自由基理論,以及神經(jīng)內(nèi)分泌學(xué)說(shuō)等。近年來(lái)很多學(xué)者注意到免疫與衰老的關(guān)系,提出了衰老的免疫學(xué)說(shuō)。

衰老在機(jī)體的細(xì)胞和系統(tǒng)水平上表現(xiàn)出明顯的變化。細(xì)胞水平衰老的特點(diǎn)是分裂細(xì)胞的細(xì)胞周期阻滯,各種形式的細(xì)胞損傷或者壓力能夠誘發(fā)細(xì)胞衰老。此外,衰老細(xì)胞通常會(huì)下調(diào)增殖相關(guān)的基因,高表達(dá)炎癥因子和其他調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)的分子。衰老引起的最明顯的現(xiàn)象是免疫系統(tǒng)的失調(diào),包括免疫衰退和慢性炎癥。

免疫系統(tǒng)的衰退減弱了對(duì)腫瘤細(xì)胞和病原體的免疫作用,同時(shí)慢性炎癥的狀態(tài)增加了人體患自身免疫性疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

因此,人類(lèi)衰老表現(xiàn)為衰老相關(guān)性疾病的發(fā)病率增高,例如腫瘤、代謝性綜合癥、自身免疫性疾病、感染、心腦血管疾病和神經(jīng)退行性病變。因此有人稱(chēng)衰老是一種流行性免疫病。

本文將討論免疫系統(tǒng)衰退和機(jī)體衰老的關(guān)系,同時(shí)探討免疫細(xì)胞療法在改善健康狀態(tài)和促進(jìn)疾病康復(fù)中的作用。



免疫系統(tǒng)與衰老



固有性免疫是機(jī)體的第一道防御機(jī)制,獲得性免疫則是針對(duì)抗原的特異性免疫反應(yīng)。和大多數(shù)的生物過(guò)程一樣,衰老會(huì)同時(shí)影響獲得性和固有性免疫。免疫系統(tǒng)的衰老是一個(gè)多因素的級(jí)聯(lián)事件,不同類(lèi)型的免疫細(xì)胞表現(xiàn)出不同的敏感性。

值得注意的是免疫衰退還存在性別差異。IFN-γ在人體中有重要的保護(hù)作用,對(duì)固有免疫和獲得性免疫有多種調(diào)節(jié)效應(yīng),到老年期IFN-γ的產(chǎn)生有明顯的變化。體外試驗(yàn)表明老年婦女的T細(xì)胞比老年男性的T細(xì)胞能夠產(chǎn)生更多的IFN-γ,甚至比健康年輕人的T細(xì)胞產(chǎn)生的還多。也許,這是女性平均壽限高于男性的原因之一。




胸腺與衰老



胸腺是中央型T淋巴器官,產(chǎn)生功能性的初始T淋巴細(xì)胞和免疫耐受。在大多數(shù)的哺乳動(dòng)物中,衰老伴隨著胸腺的退化。在人類(lèi)生命的第一年中,胸腺細(xì)胞數(shù)量和激素分泌水平達(dá)到高峰,然后出現(xiàn)數(shù)倍的下降,直到50~60歲之后,下降變緩慢。胸腺退化的明顯表現(xiàn)是從青春期開(kāi)始,胸腺退化引起初始T細(xì)胞產(chǎn)生減少,記憶性T細(xì)胞增加,T細(xì)胞受體多樣性消失,伴隨著T細(xì)胞功能活性下降,進(jìn)而引起免疫衰退。同時(shí),伴有免疫耐受的缺陷,引起自身免疫反應(yīng)。

衰老與免疫系統(tǒng)的關(guān)系


T淋巴細(xì)胞與衰老



老年期有一些生理事件的發(fā)生與獲得性免疫細(xì)胞的數(shù)量和功能減少有關(guān),T細(xì)胞生成減少和TCR多樣性消失是胸腺萎縮的結(jié)果,包括胸腺皮質(zhì)和髓質(zhì)的減少和脂肪組織的增加。此外,衰老導(dǎo)致T細(xì)胞基因表達(dá)譜的改變,例如共刺激分子CD28表達(dá)下降,而CTLA-4上調(diào)。然而,衰老T細(xì)胞會(huì)高表達(dá)各種細(xì)胞因子和化學(xué)因子及其受體,如TNF和TGF-β家族。這些研究結(jié)果提示,衰老T細(xì)胞功能的下降可能是由于共刺激因子的表達(dá)不足。

老年人T細(xì)胞的某些共同變化構(gòu)成了獲得性免疫減退的大部分基礎(chǔ),削弱了機(jī)體防御能力。其后果可導(dǎo)致腫瘤易感性增加,自身免疫疾病發(fā)病率增加,傳染病易感性增加,恢復(fù)緩慢以及組織移植排斥減少。


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B淋巴細(xì)胞與衰老



近年來(lái)的研究表明衰老時(shí)B細(xì)胞也有變化,B細(xì)胞的百分比好絕對(duì)數(shù)量下降,抗體類(lèi)別轉(zhuǎn)化重組缺陷。此外,衰老時(shí)不僅產(chǎn)生抗體的質(zhì)和量與年輕人有所不同,自身抗體明顯增多。除了產(chǎn)生抗體外,B細(xì)胞還有調(diào)節(jié)效應(yīng)功能。記憶B細(xì)胞和初始B細(xì)胞能產(chǎn)生各種細(xì)胞因子和趨化因子,尤其是記憶B細(xì)胞產(chǎn)生高水平的促炎癥細(xì)胞因子IL-1α,IL-1β,IL-6和TNF-α。由于老年人的記憶B細(xì)胞增多,可能與老年人的炎性衰老(inflammaging)和慢性炎癥性疾患增多有關(guān)。

同時(shí),衰老伴隨著在免疫反應(yīng)中傾向于Th2細(xì)胞的產(chǎn)生,分泌過(guò)多的Th2型細(xì)胞因子,可能增強(qiáng)B細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫性疾病。隨著年齡的增長(zhǎng)老年人的免疫效果明顯下降,在同樣抗原強(qiáng)度刺激下所動(dòng)員的B細(xì)胞數(shù)僅及正常成年人的1/10~1/50。例如,接種流感疫苗后60~74歲組的血清陽(yáng)性保護(hù)率為41%~58%,75歲以上的陽(yáng)性保護(hù)率下降到29%~46%。年齡相關(guān)的B細(xì)胞系列細(xì)胞組成的變化是老年人疫苗接種和感染時(shí)抗體反應(yīng)差的主要原因。

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自然殺傷細(xì)胞(NK)與衰老



固有免疫反應(yīng)是非特異和沒(méi)有免疫記憶的,對(duì)病原體反應(yīng)最早。固有免疫主要包括單核/巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞和自然殺傷T細(xì)胞(NKT)、樹(shù)突細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等組成,它們隨著年齡增長(zhǎng)有明顯的變化。

以NK細(xì)胞為例,老年人的NK細(xì)胞數(shù)增加,但是從每個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子和趨化因子的水平衡量,其N(xiāo)K細(xì)胞毒性下降,抗體依賴(lài)的細(xì)胞毒性不變。衰老的NK細(xì)胞殺傷毒力降低,成熟障礙,T-bet和Eomes表達(dá)明顯下降。在IL-2刺激下,衰老的NK細(xì)胞分泌IFN-γ和IFN-α不足,分泌較多的IL-1,IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, and TNF-α。有研究表明NK細(xì)胞毒性變化與老年人鋅平衡失調(diào)有關(guān),補(bǔ)鋅后NK細(xì)胞的功能可以明顯改善。


衰老與免疫系統(tǒng)的關(guān)系




免疫細(xì)胞技術(shù)與衰老的預(yù)防及修復(fù)



早期研究顯示,隨著年齡的增長(zhǎng),衰老的T細(xì)胞在脾臟聚積,引起免疫衰退。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí),和對(duì)照組相比,接受老年鼠的脾臟細(xì)胞后,年輕鼠出現(xiàn)生存期縮短。另一個(gè)實(shí)驗(yàn)顯示,自身或者異體匹配的年輕的T細(xì)胞輸入到脾臟切除的老年鼠體內(nèi),可以明顯延長(zhǎng)生存時(shí)間。因此有人設(shè)想將一個(gè)人青春期的免疫活性細(xì)胞低溫貯存,至其年老時(shí)再予輸回,修復(fù)衰退的免疫功能和延長(zhǎng)生命。


衰老與免疫系統(tǒng)的關(guān)系


NK細(xì)胞技術(shù)及其作用機(jī)制



NK細(xì)胞是機(jī)體重要的免疫細(xì)胞,功能是清除癌變細(xì)胞、衰老細(xì)胞以及體內(nèi)不正常細(xì)胞。NK細(xì)胞來(lái)源于造血干細(xì)胞,在骨髓內(nèi)發(fā)育成熟。在外周血中約占淋巴細(xì)胞總數(shù)的10%~15%,脾內(nèi)約有3%~4%,也可出現(xiàn)在肺臟、肝臟和腸粘膜,但在胸腺、淋巴結(jié)和胸導(dǎo)管中罕見(jiàn)。

NK細(xì)胞的作用是通過(guò)釋放顆粒酶和激活死亡受體殺傷靶細(xì)胞。衰老的細(xì)胞高表達(dá)NK細(xì)胞受體NKG2D的多個(gè)配體和NK細(xì)胞受體LFA-1的配體ICAM-1, 啟動(dòng)激活NK細(xì)胞的殺傷作用。研究表明,穿孔素介導(dǎo)的胞吐作用是NK細(xì)胞清除衰老細(xì)胞的主要機(jī)制。NK細(xì)胞與衰老細(xì)胞表面的受體結(jié)合,釋放穿孔素、顆粒酶和細(xì)胞因子,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡信號(hào)的產(chǎn)生,促使衰老/病變細(xì)胞走向凋亡,恢復(fù)體內(nèi)微環(huán)境的平衡,減輕炎癥狀態(tài)。同時(shí),刺激和恢復(fù)機(jī)體新生細(xì)胞的產(chǎn)生,提高細(xì)胞活性,改善細(xì)胞質(zhì)量,防止和延緩細(xì)胞的病變,恢復(fù)細(xì)胞、器官和免疫系統(tǒng)的功能,從而達(dá)到疾病預(yù)防、康復(fù)以及對(duì)抗衰老的目的。



衰老與免疫系統(tǒng)的關(guān)系


例如:肝臟損傷后激活肝星狀細(xì)胞,但是衰老的肝星狀細(xì)胞的持續(xù)存在是造成肝纖維化的主要原因。部分研究表明激活的NK細(xì)胞可起到抗肝纖維化的作用,其機(jī)理是:①產(chǎn)生IFN-γ。NK細(xì)胞是IFN-γ的主要制造者,而IFN-γ可抑制纖維化并引起肝星狀細(xì)胞的凋亡及細(xì)胞周期停滯;②通過(guò)與NK細(xì)胞上的NKG2D受體結(jié)合,直接殺傷活化的肝星狀細(xì)胞;③活化的NK細(xì)胞可通過(guò)增強(qiáng)NKG2D及TRAIL的表達(dá)來(lái)產(chǎn)生IFN-γ,放大其細(xì)胞毒作用。




免疫療法在衰老相關(guān)性疾病治療中的應(yīng)用



在衰老相關(guān)性疾病中,隨著老齡化的迅速發(fā)展,老年人的腫瘤發(fā)病率增高,原因是復(fù)雜的,其中固有免疫和獲得性免疫系統(tǒng)的衰退是重要因素。

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是一種新生物在機(jī)體有限的空間和時(shí)間內(nèi)的進(jìn)化過(guò)程,腫瘤細(xì)胞的基因組在腫瘤生活的微環(huán)境中與機(jī)體免疫系統(tǒng)磨合,共進(jìn)化博弈,生存、發(fā)展或被限制、消滅。免疫系統(tǒng)在防御外來(lái)生物入侵的同時(shí)還承擔(dān)著維護(hù)機(jī)體的內(nèi)部穩(wěn)定,對(duì)于異常的或喪失功能的細(xì)胞及時(shí)反應(yīng)、處理。

深入研究的結(jié)果提示免疫系統(tǒng)在腫瘤發(fā)展中起到了雙刃劍作用。除非免疫系統(tǒng)將功能失調(diào)的組織或細(xì)胞及時(shí)根除,慢性的免疫監(jiān)督可以導(dǎo)致腫瘤免疫雕塑,其結(jié)果可以有兩個(gè)方面:免疫逃逸和侵襲。即通過(guò)免疫編輯導(dǎo)致腫瘤免疫逃逸;通過(guò)不完全的炎癥反應(yīng)促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng),兩種機(jī)制相互作用促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。

因此及時(shí)清除衰老、病變的細(xì)胞,防止腫瘤的進(jìn)一步發(fā)生、發(fā)展,是非常重要的環(huán)節(jié)。




過(guò)繼性T細(xì)胞(ACT)技術(shù)



ACT主要包括TIL、TCR、CAR、LAK、CIK、DC、NK細(xì)胞等幾大類(lèi),是將免疫細(xì)胞輸注給患者以期增強(qiáng)抗腫瘤能力。T細(xì)胞能夠通過(guò)在血液中“游走巡查”找到腫瘤并定居在那里,而理論上來(lái)說(shuō),T細(xì)胞既能夠在體外擴(kuò)增以達(dá)到臨床要求的數(shù)目,又能夠提供較持久的抗瘤效果。




腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞(TIL)



TIL是最早的ACT回輸細(xì)胞,將TIL從腫瘤細(xì)胞中分離出來(lái),在體外用IL-2擴(kuò)增,再系統(tǒng)回輸給淋巴細(xì)胞清除的進(jìn)展期黑色素瘤患者。結(jié)果顯示:TIL能夠通過(guò)MHC-I和T細(xì)胞受體(TCR)的相互作用識(shí)別細(xì)胞內(nèi)的腫瘤抗原,患者臨床反應(yīng)率50%~70%,甚至有22%見(jiàn)到了腫瘤完全退縮。




樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)



DCs是獲得性免疫反應(yīng)的主要成分,T細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤免疫主要依賴(lài)于特異性的DCs提呈腫瘤抗原,從而激活殺傷性T細(xì)胞。生成高效DCs的關(guān)鍵是腫瘤抗原的選擇和優(yōu)化的細(xì)胞培養(yǎng)條件,同時(shí)采用聯(lián)合免疫治療方案以達(dá)到治療腫瘤的目的。DC細(xì)胞療法并非對(duì)所有人都可行,其更偏向于個(gè)體精準(zhǔn)化治療,對(duì)不同類(lèi)型病患療效差異化顯著。




細(xì)胞毒性T細(xì)胞(CTL)



與DC細(xì)胞相關(guān)的T細(xì)胞療法,在病毒相關(guān)的腫瘤中取得進(jìn)展。從外周血中分離CTL細(xì)胞,體外擴(kuò)增/賦予腫瘤特異性后回輸給患者。CTL的MHC-I上有腫瘤來(lái)源的多肽,能夠“鎖定”并激活和它結(jié)合的T細(xì)胞受體(TCR),讓T細(xì)胞增殖并產(chǎn)生抗腫瘤的特性。目前已經(jīng)進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)的探索階段的有針對(duì)巨細(xì)胞病毒(CMV)特異性的CTL用于治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤。




自然殺傷細(xì)胞(NK)



NK 細(xì)胞表面表達(dá)多種抑制性受體(例如Ly49A, Ly49C, Ly49G2和 KLRG1)和激活性受體(例如NK1.1, Ly49D, Ly49H, NKG2D, NKp46)。臨床上異基因造血干細(xì)胞移植后,應(yīng)用供體NK細(xì)胞治療血液腫瘤,增加造血干細(xì)胞植入,降低移植物排斥反應(yīng),增強(qiáng)抗白血病作用。選擇適當(dāng)?shù)腘K細(xì)胞供者,可提高腫瘤治療效果。




細(xì)胞因子誘導(dǎo)的殺傷細(xì)胞(CIK)



CIK是人體外周血中的T淋巴細(xì)胞,膜表面標(biāo)志為CD3+和CD56+,抗瘤活性非MHC限制。CIK通過(guò)釋放穿孔素及顆粒酶而直接殺傷腫瘤細(xì)胞,或是通過(guò)分泌多種細(xì)胞因子而間接殺傷腫瘤細(xì)胞,除此之外還能通過(guò)激活凋亡基因誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。CIK療法應(yīng)用于清除殘余癌細(xì)胞,預(yù)防復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移,降低放化療的毒副作用。




T細(xì)胞受體(TCR)技術(shù)



TCR的作用機(jī)制是向普通T細(xì)胞中引入新的基因,使得新的T細(xì)胞能夠表達(dá)TCR從而有效識(shí)別腫瘤細(xì)胞,引導(dǎo)T細(xì)胞殺死腫瘤細(xì)胞。TCR技術(shù)受限于分離腫瘤特異性的抗原肽。逆轉(zhuǎn)錄病毒表達(dá)的識(shí)別黑色素瘤MART1抗原的αβTCR-T細(xì)胞首次在臨床上顯示效果。此外,TCR技術(shù)也在肝癌、乳腺癌、卵巢癌等治療中取得了一定的成效。




嵌合抗原受體(CAR)技術(shù)



CAR是T細(xì)胞表面的嵌合抗原受體,通常包含胞外單鏈抗體識(shí)別區(qū)域和胞內(nèi)的信號(hào)肽。CAR識(shí)別腫瘤抗原具有非MHC限制的特點(diǎn),而且不需要進(jìn)行抗原加工和呈遞。然而,只有少數(shù)的腫瘤特異性靶點(diǎn)能夠被識(shí)別,且嵌合抗體具有潛在的免疫原性。CAR-T首先被用于血液惡性腫瘤,目前最成功的成果就是識(shí)別CD19的CAR-T了。但是在實(shí)體腫瘤中,CART進(jìn)展有限。大多數(shù)的實(shí)體CARs僅有短暫的抗腫瘤活性。




免疫檢查點(diǎn)阻斷藥物




PD-1和PD-L1單抗

PD-1作為負(fù)性調(diào)控點(diǎn),在體內(nèi)與特異性配體(PD-L1、PD-L2) 結(jié)合起作用,下調(diào)抗原刺激的淋巴細(xì)胞增殖、細(xì)胞因子的產(chǎn)生和生存蛋白的表達(dá),最終導(dǎo)致淋巴細(xì)胞“耗盡”以及誘導(dǎo)免疫耐受的產(chǎn)生,同時(shí)上調(diào)免疫抑制細(xì)胞因子白細(xì)胞介素10的分泌,最終導(dǎo)致免疫逃逸,抑制T細(xì)胞的抗腫瘤作用。腫瘤細(xì)胞通過(guò)PD-L1觸發(fā)T細(xì)胞表面的PD-1,導(dǎo)致T細(xì)胞的失活。將人單克隆抗體用于封閉PD-1,或封閉PD-L1,結(jié)果PD-L1將無(wú)法觸發(fā)PD-1,從而強(qiáng)化了T細(xì)胞的戰(zhàn)斗力。


CTLA-4單抗

細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞抗原4(CTLA-4)又名CD152,是由CTLA-4基因編碼的一種跨膜蛋白質(zhì),表達(dá)于活化的CD4+和CD8+T細(xì)胞。CTLA-4與其配體B7分子結(jié)合后產(chǎn)生抑制性信號(hào),抑制T細(xì)胞激活,使腫瘤細(xì)胞免受T淋巴細(xì)胞攻擊。因此阻斷CTLA-4的免疫效應(yīng)可刺激免疫細(xì)胞大量增殖,從而誘導(dǎo)或增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)。目前兩種靶向CTLA-4的抗體已進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn),已廣泛用于治療黑色素瘤、腎癌、前列腺癌、肺癌等。




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