年齡依賴性胸腺萎縮的相關(guān)因素①

曾 艷 宋銀宏

(三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院病原與免疫學(xué)系，三峽大學(xué)感染與炎癥損傷研究所，宜昌 443002)

胸腺是人體重要的免疫器官，也是T淋巴細(xì)胞發(fā)育、分化和成熟的主要場所。人類胸腺整體的大小在衰老期間保持相對(duì)恒定，胸腺中功能性淋巴組織雖然會(huì)隨著年齡的增長而減少，但是周圍的血管和脂肪組織會(huì)將其代替，以保持胸腺大小不變。在這個(gè)過程中，隨著胸腺組織中淋巴細(xì)胞的死亡，胸腺髓質(zhì)和皮質(zhì)之間的分界線逐漸模糊。與人類不同，小鼠胸腺整體的大小會(huì)隨著年齡的增長而明顯變小[1]。胸腺萎縮是免疫系統(tǒng)衰老的重要標(biāo)志之一，年齡依賴性胸腺萎縮最重要的表現(xiàn)就是新生的幼稚T細(xì)胞生成減少。在青中年期，胸腺萎縮對(duì)健康個(gè)體的影響或許不明顯，但隨著年齡的增長會(huì)顯示出免疫系統(tǒng)功能逐漸降低，造成老年性疾病的增加，表現(xiàn)在機(jī)會(huì)性感染、自身免疫和癌癥的發(fā)病率增高。因此，全面了解年齡依賴性胸腺萎縮與哪些因素有關(guān)以及這些因素在胸腺萎縮這一過程中發(fā)揮了什么作用及潛在的機(jī)制，對(duì)延緩胸腺萎縮，進(jìn)而降低老年人的患病率并提高生活質(zhì)量具有重要的意義。本文就年齡依賴性胸腺萎縮的相關(guān)因素做一簡要綜述。

1 FOXN1與年齡依賴性胸腺萎縮

特異性轉(zhuǎn)錄因子叉頭框蛋白N1(Forkhead box protein N1,FOXN1)是Forkhead轉(zhuǎn)錄因子家族成員之一，主要表達(dá)于皮膚及胸腺上皮細(xì)胞(Thymic epithelial cells,TECs)，含有9個(gè)外顯子，約1千堿基對(duì)(1 kb)，受多種微小RNA(microRNA,miRNA)調(diào)控[2]。FOXN1是TECs和T細(xì)胞發(fā)育的主要調(diào)節(jié)因子，在胸腺發(fā)育過程中發(fā)揮調(diào)節(jié)TECs發(fā)育的重要作用。除此之外，還發(fā)現(xiàn)FOXN1和抗凋亡蛋白(BCL-XL)是Wnt(Wingless-Int)信號(hào)通路作用的兩個(gè)靶點(diǎn)，Wnt4基因轉(zhuǎn)錄水平的降低會(huì)導(dǎo)致FOXN1和BCL-XL的下調(diào)，進(jìn)而引起胸腺細(xì)胞數(shù)量和功能的下降[3]。有研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增加，胸腺中FOXN1的mRNA表達(dá)水平顯著降低[3]。這一研究與Reis等[4]對(duì)FOXN1的研究發(fā)現(xiàn)相符，他們發(fā)現(xiàn)FOXN1基因操控著FOXN1的轉(zhuǎn)錄，致使出生后的小鼠胸腺和人類胸腺中的FOXN1的表達(dá)隨著年齡的增長而顯著減少。由此可知，年齡依賴性胸腺萎縮與TECs中FOXN1的表達(dá)降低呈正相關(guān)。此外，Zuklys等[5]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXN1在TECs的生成和胸腺器官的發(fā)育中，除了在胸腺早期的發(fā)育中有重要的作用外，還有維持成熟后胸腺中TECs穩(wěn)定的功能，這對(duì)保持胸腺的再生能力有重要作用。近期有實(shí)驗(yàn)證明，胸腺內(nèi)皮細(xì)胞通過其產(chǎn)生的骨形態(tài)發(fā)生蛋白4(Bone morphogenetic protein 4,BMP4)增強(qiáng)TECs中miR-205的表達(dá)，進(jìn)而加強(qiáng)FOXN1的表達(dá)以及促進(jìn)人胸腺表達(dá)趨化因子(CCL25)、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子-1(CXCL12)等關(guān)鍵性趨化因子的生成，使老化的胸腺恢復(fù)[6,7]。在衰老小鼠模型中，通過基因過表達(dá)FOXN1可以抑制胸腺細(xì)胞數(shù)量衰減和胸腺老化，甚至使老化的胸腺上皮微環(huán)境恢復(fù)到接近年輕時(shí)期的胸腺比例[8]。綜上所述，F(xiàn)OXN1是負(fù)責(zé)TECs分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，其表達(dá)降低是老齡胸腺萎縮的主要原因之一。然而，最新的研究僅停留在從基因?qū)用嬲{(diào)控FOXN1蛋白的表達(dá)，此過程復(fù)雜且可控性較低，不適宜大范圍臨床應(yīng)用。Song等[9]克隆并表達(dá)了穿膜肽與FOXN1的重組蛋白(recombinant FOXN1,rFOXN1)，實(shí)驗(yàn)表明，通過胸腺內(nèi)定量注射rFOXN1處理后的小鼠，早期胸腺祖細(xì)胞及所有胸腺細(xì)胞亞群的數(shù)量均有所增加。所以臨床治療中可以考慮利用rFOXN1直接增加胸腺中FOXN1蛋白的含量，以達(dá)到延緩胸腺衰老的作用。

2 脂肪與年齡依賴性胸腺萎縮

目前尚不完全清楚脂肪引起年齡相關(guān)的胸腺萎縮的內(nèi)在機(jī)制。但有研究表明，板層素相關(guān)多肽2α(Lamina-associated polypeptide 2alpha,LAP2α)過表達(dá)會(huì)引起過氧化物酶體增殖物激活受體γ(Peroxisome proliferator-activated receptor,PPARγ)表達(dá)的激增，PPARγ是在前體脂肪細(xì)胞中表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子。相反，增加Wnt4活性可以降低PPARγ的靶基因脂肪分化相關(guān)蛋白(Adipose differentiation-related protein,ADRP)mRNA的水平[10]。不論是降低Wnt4的活性或者是增加LAP2α的表達(dá)，這些變化都會(huì)造成脂肪累積，為胸腺的衰老提供分子基礎(chǔ)，從而引起胸腺衰老。隨后的研究證實(shí)了年齡相關(guān)的Wnt4下調(diào)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞增殖和細(xì)胞凋亡平衡的破壞[3]，Wnt4的過表達(dá)可以阻止脂肪分化相關(guān)衰老標(biāo)志物的上調(diào)，這表明Wnt4是脂肪分化的關(guān)鍵因素之一。先前的研究發(fā)現(xiàn)衰老胸腺皮質(zhì)中脂肪細(xì)胞增加，前體脂肪細(xì)胞或儲(chǔ)脂細(xì)胞可以在老化的胸腺微環(huán)境中活躍的遷移和分化，表明這些脂肪細(xì)胞可能是胸腺老化過程中胸腺基質(zhì)細(xì)胞的活性成分。而Langhi等[11]最新的研究評(píng)估了老化胸腺中的載脂多房細(xì)胞(Lipid-laden multilocular cells,LLMC)密度，并表征了它們的分布、超微結(jié)構(gòu)和表型。實(shí)驗(yàn)研究了3到24月齡的小鼠胸腺，結(jié)果表明小鼠胸腺內(nèi)的LLMC在青年期就已經(jīng)存在，并且它們的密度隨著年齡的增長而顯著增加，表示這些脂肪細(xì)胞可能促進(jìn)了胸腺基質(zhì)細(xì)胞的衰老。之后de Mello-Coelho等[12]的研究也同樣證實(shí)了脂肪對(duì)胸腺衰老的促進(jìn)作用，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在4月齡(年輕)和18月齡(老年)小鼠胸腺中三?；视王?、游離膽固醇、膽固醇酯和4-羥基壬烯醛(4-HNE)的含量隨著年齡的增加而增加。與年輕小鼠相比，在12～14月齡的(中年)小鼠中，鞘磷脂和神經(jīng)酰胺的水平升高，而老年小鼠胸腺中硫苷脂神經(jīng)酰胺、神經(jīng)節(jié)苷脂1a、膽固醇酯和4-HNE復(fù)合物的水平增加。這表明在小鼠衰老的過程中，胸腺中累積的脂肪種類也會(huì)產(chǎn)生變化。而近期研究發(fā)現(xiàn)通過熱量限制可以維持胸腺上皮細(xì)胞的完整性，減少胸腺內(nèi)脂質(zhì)的產(chǎn)生，從而減緩胸腺衰老[13]。由此可知，胸腺脂肪含量隨著年齡增長而增加，且與年齡依賴性胸腺萎縮有顯著的負(fù)相關(guān)性。嚴(yán)格控制機(jī)體脂肪的含量，可以減少脂肪組織對(duì)胸腺組織的損傷及取代，這對(duì)于延緩胸腺的衰老是最簡單且行之有效的方式。

3 過氧化氫酶缺乏和活性氧積累與年齡依賴性胸腺萎縮

在生長發(fā)育的過程中，人體許多器官和組織都處于緩慢的、漸進(jìn)的正常衰老過程中，這是由與有氧代謝和氧自由基密切相關(guān)的損傷累積引起的，直到生命晚期才變得明顯，并且除了骨骼肌之外，大部分機(jī)體衰老還未被注意到[14]。Griffith等[15]最近研究發(fā)現(xiàn)胸腺組織的萎縮相比其他組織更早更快，而純化后的TECs相對(duì)機(jī)體其他組織更加缺乏過氧化氫酶，這表明活性氧在年齡依賴性胸腺退化的過程中會(huì)導(dǎo)致TECs的早期衰老。由于機(jī)體終生暴露于有氧代謝的氧化副產(chǎn)物中，導(dǎo)致胸腺細(xì)胞大分子損傷，從而造成胸腺萎縮。因此，加用抗氧化劑處理的實(shí)驗(yàn)組小鼠的胸腺明顯大于對(duì)照組小鼠胸腺。在TECs中，特別是在皮質(zhì)胸腺上皮細(xì)胞(cortical thymic epithelial cells,cTECs)中，過氧化氫酶的表達(dá)隨年齡的增加而減少。利用轉(zhuǎn)基因或者內(nèi)源性增加過氧化氫酶表達(dá)的方法，都能延緩胸腺的萎縮。近期，Saba等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，紅參提取物可以增加超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶的含量，進(jìn)而增加小鼠胸腺中T淋巴細(xì)胞的含量。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，無論是過氧化氫酶缺乏，還是活性氧積累，均會(huì)對(duì)cTECs造成代謝損傷，這與年齡依賴性胸腺萎縮密切相關(guān)。眾所周知，活性氧的積累會(huì)導(dǎo)致機(jī)體的衰老，而胸腺更是首當(dāng)其沖。使用過氧化氫酶可以減少活性氧對(duì)cTECs的傷害，進(jìn)而延緩胸腺組織的衰老。

4 細(xì)胞因子與年齡依賴性胸腺萎縮的關(guān)系

近期有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)胸腺中的細(xì)胞因子在調(diào)節(jié)胸腺萎縮中起重要作用，不同的胸腺細(xì)胞因子會(huì)隨年齡的增加而發(fā)生不同的變化。在此，將細(xì)胞因子大致分為以下兩類。

4.1隨年齡增加，表達(dá)升高的細(xì)胞因子 Sempo-wski等[17]獲取了50個(gè)人類老化期間的正常胸腺，研究了這些個(gè)體中的14種細(xì)胞因子的mRNA表達(dá)譜。結(jié)果表明在人類胸腺中，包括白細(xì)胞介素6(IL-6)在內(nèi)的促炎細(xì)胞因子會(huì)隨著年齡的增加而分泌增多。隨著胸腺老化，TECs、脂肪細(xì)胞或其他基質(zhì)細(xì)胞的抑制性細(xì)胞因子，如白血病抑制因子(Leukemia inhibitory factor,LIF)、抑瘤素M(Oncostain M,OSM)、干細(xì)胞因子(Stem cell factor,SCF)和IL-6的上調(diào)，可能直接或間接地通過皮質(zhì)類固醇等途徑來抵抗IL-7等細(xì)胞因子的抗細(xì)胞凋亡信號(hào)，這些作用機(jī)制可能在胸腺萎縮的過程中起促進(jìn)作用。利用基因探針富集分析(Gene set enrichment analysis,GSEA)來鑒定與衰老相關(guān)的基因集，結(jié)果顯示隨著年齡的增長，胸腺具有越來越多的促炎特征。而在小鼠體內(nèi)的許多促炎細(xì)胞因子，如IL-1a、IL-1b、IL-6、IL-12b、IL-18、趨化因子配體2(CXCL2)和腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor,TNF)，在衰老胸腺內(nèi)的樹突狀細(xì)胞(Dendritic cell,DC)中升高，這表明衰老胸腺中的DC會(huì)產(chǎn)生大量的炎癥細(xì)胞因子，形成炎癥累積的環(huán)境，這種環(huán)境會(huì)導(dǎo)致早期的胸腺退化[18,19]。此外，由于炎性小體Nlrp3可以調(diào)節(jié)Caspase-1的活化，它的激活會(huì)促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的分泌。有實(shí)驗(yàn)研究了缺乏炎性小體Nlrp3的小鼠，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，促炎細(xì)胞因子IL-1b在衰老胸腺中表達(dá)的活躍程度明顯下降，使胸腺基質(zhì)的微環(huán)境在衰老過程中得到改善，TECs得以維持[20]。

4.2隨年齡增加，表達(dá)降低的細(xì)胞因子 在衰老胸腺細(xì)胞因子的檢測中發(fā)現(xiàn)，除了促炎細(xì)胞因子增加外，還有許多細(xì)胞因子隨年齡的增加而降低。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，幼年時(shí)期胸腺中表達(dá)的5種細(xì)胞因子(IL-2、IL-9、IL-10、IL-13和IL-14)在老年胸腺中不再表達(dá)[17]。除此之外，Youm等[21]研究還發(fā)現(xiàn)胸腺中成纖維細(xì)胞生長因子21(Fibroblast growth factors,FGF21)的表達(dá)隨著年齡的增長而下降，而中年小鼠胸腺中FGF21的減少或喪失會(huì)加速胸腺的衰老，這增加了小鼠的死亡率。過表達(dá)FGF21可以在增加胸腺中棕色脂肪組織的同時(shí)減少胸腺空間內(nèi)的異位脂質(zhì)，使胸腺在經(jīng)歷脂肪萎縮時(shí)維持胸腺微環(huán)境。

上述實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)胞因子的表達(dá)與機(jī)體的衰老密切相關(guān)，其通過間接調(diào)控胸腺內(nèi)環(huán)境，成為導(dǎo)致年齡依賴性胸腺萎縮的因素之一。胸腺衰老所涉及的細(xì)胞因子紛繁復(fù)雜，不是單一的細(xì)胞因子就能完成調(diào)節(jié)功能的，在考慮用細(xì)胞因子途徑來延緩胸腺衰老時(shí)，需綜合考慮眾多細(xì)胞因子的聯(lián)合作用。

5 激素與年齡依賴性胸腺萎縮的關(guān)系

5.1類固醇激素 有研究表明，性類固醇激素、睪丸激素、黃體酮和雌激素通過胸腺細(xì)胞的核受體起調(diào)節(jié)作用[22]，這些激素表達(dá)水平的增加會(huì)引起胸腺的退化，其中雄激素水平的變化與年齡依賴性胸腺萎縮的關(guān)系最為密切。雄激素水平的上升往往伴隨著胸腺組織的快速萎縮，在青春期時(shí)可以觀察到最明顯的胸腺退化。最近，Velardi等[23]已經(jīng)證明雄激素可以直接抑制TECs中的某些細(xì)胞因子，特別是包括CCL25(一種對(duì)T細(xì)胞祖細(xì)胞進(jìn)入胸腺至關(guān)重要的配體)以及Delta樣配體4(DLL4)在內(nèi)的胸腺生成因子。他們還發(fā)現(xiàn)通過抑制性類固醇可以促進(jìn)CCL25和DLL4的表達(dá)，從而使老年胸腺恢復(fù)活力，而且可以增強(qiáng)造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞的功能[24]。這表明類固醇激素對(duì)胸腺的生成有抑制作用，與年齡依賴性的胸腺萎縮有十分緊密的關(guān)聯(lián)。

5.2生長激素釋放肽 人類生長激素釋放肽(Ghrelin)是一種由28個(gè)氨基酸組成的新的內(nèi)源性腦腸肽。通過其與生長激素釋放激素受體-1a(Growth hormone secretagogue receptor-1a,GHSR-1a)結(jié)合，促進(jìn)生長激素(Growth hormone,GH)的釋放[25]。隨著年齡的增加，Ghrelin和GHSR-1a表達(dá)會(huì)減少，胸腺內(nèi)早期胸腺細(xì)胞祖細(xì)胞(Early thymic progenitor cells,ETP)也會(huì)減少，導(dǎo)致胸腺內(nèi)脂肪細(xì)胞浸潤和胸腺萎縮。有實(shí)驗(yàn)研究了Ghrelin和GHSR-1a基因缺陷小鼠[26]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)此激素的缺乏會(huì)加速與年齡相關(guān)的胸腺退化[26]。此外，還研究了胸腺退化的小鼠，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Ghrelin有阻止促凋亡蛋白(如Caspase-3)的作用，可以有效阻斷胸腺細(xì)胞的凋亡。通過補(bǔ)充外源性Ghrelin可以增加ETP的含量，減少脂肪細(xì)胞的沉積，使老化的胸腺恢復(fù)活力，提高T細(xì)胞抗原受體(T cell receptor,TCR)的多樣性。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ghrelin和GHSR-1a是影響胸腺年齡依賴性萎縮的重要因素。

6 結(jié)論

隨著年齡的增加，F(xiàn)OXN1減少、脂肪累積、氧化損傷累積、炎性因子增加等因素都會(huì)造成胸腺的萎縮，而在除去相應(yīng)的負(fù)面刺激后，胸腺可以保持顯著的再生能力[22,27]，受年齡影響的胸腺可逐漸恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。胸腺的大小和功能的持續(xù)再生可以增強(qiáng)老年人免疫系統(tǒng)功能，提高老年人的健康水平，為健康的延續(xù)提供巨大的希望。但是治療胸腺萎縮的方法仍然有待解決。更全面了解年齡依賴性胸腺萎縮的相關(guān)因素，可以為逆轉(zhuǎn)或預(yù)防老齡胸腺萎縮的研究提供更多的信息和理論基礎(chǔ)。