免疫衰老與慢性阻塞性肺疾病

林巧梅，袁益明

四川大學(xué)華西醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，成都 610041

衰老是個復(fù)雜的過程，表現(xiàn)為生理結(jié)構(gòu)完整性的逐漸退化，導(dǎo)致機體功能損害和死亡易感性增加[1]。哺乳動物衰老的主要特征包括基因組不穩(wěn)定、端粒縮短、細(xì)胞外基質(zhì)重塑、表現(xiàn)遺傳學(xué)改變、細(xì)胞通信改變和免疫功能失調(diào)等。老年人的免疫系統(tǒng)隨著年齡的增長而出現(xiàn)功能障礙，對感染和癌癥的易感性增加，疫苗反應(yīng)性也降低，這種免疫功能的生理性下降被稱為“免疫衰老”。免疫衰老及其相關(guān)的慢性低度全身性炎癥(稱為“炎癥衰老”)可能導(dǎo)致老年人肺部疾病的發(fā)生和發(fā)展[2]。本文概述了免疫衰老以及它如何潛在地影響慢性阻塞性肺疾病(簡稱慢阻肺)的發(fā)生發(fā)展。

1 免疫衰老的概念

免疫衰老(immunosenescence)代表一種免疫缺陷狀態(tài)，其特征是胸腺退化，功能降低，T細(xì)胞增殖減少，輔助性T細(xì)胞活動減弱，導(dǎo)致體液免疫和細(xì)胞免疫反應(yīng)減弱[3]。在衰老過程中，適應(yīng)性免疫功能顯著下降，而固有免疫似乎被激活，導(dǎo)致一種稱為炎癥衰老(inflammaging)的促炎狀態(tài)[4]。老年人通常存在慢性低度炎癥、較高感染率及多種慢性病。慢阻肺以持續(xù)存在的氣流受限和呼吸道癥狀為特征，吸煙是其最常見的危險因素。慢阻肺的發(fā)病率隨著年齡增長而增加，65～74歲的患者發(fā)病率最高。因此，衰老被認(rèn)為是其發(fā)生的關(guān)鍵因素。正常老年性肺氣腫與慢阻肺的區(qū)別就在于前者沒有肺泡壁的破壞和炎癥[5]。炎癥是慢阻肺穩(wěn)定期的主要特征，導(dǎo)致氣道和肺結(jié)構(gòu)細(xì)胞的激活、改變，以及浸潤性炎癥細(xì)胞的激活和募集[6]。免疫衰老所誘導(dǎo)輕度全身性炎癥反應(yīng)，可能直接參與慢阻肺的發(fā)生發(fā)展。

2 固有免疫衰老與慢阻肺

固有免疫系統(tǒng)主要由組織屏障、固有免疫細(xì)胞和固有免疫分子組成。固有免疫應(yīng)答是機體對抗入侵病原體的第一道防線，參與固有免疫的細(xì)胞如中性粒細(xì)胞，單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞，樹突狀細(xì)胞等，作用廣泛，無特異性，缺乏免疫記憶，通過模式識別受體識別病原體相關(guān)模式分子而發(fā)揮作用，是一切免疫應(yīng)答的基礎(chǔ)。固有免疫系統(tǒng)在衰老過程中的主要特征是基礎(chǔ)水平的免疫刺激以及當(dāng)需要特定功能(如產(chǎn)生自由基)時的免疫麻痹[7]。

氣道與外界相通，前者通過黏液纖毛清除系統(tǒng)將病原微生物等異物顆粒排出體外，從而發(fā)揮保護(hù)作用。有效地將黏液中的細(xì)胞碎屑和病原體清除出氣道依賴于：黏蛋白和其他黏液蛋白的合成和分泌，氣道表面的適當(dāng)水化，以及纖毛的協(xié)調(diào)擺動[8]。隨著年齡的增長，纖毛功能下降與呼吸道上皮纖毛超微結(jié)構(gòu)缺陷的發(fā)生率增加有關(guān)。Ho等[9]研究表明，隨著年齡增長，纖毛擺動頻率減少，鼻腔黏液纖毛清除時間延長，微管缺陷發(fā)生率顯著增加，包括微管的排列紊亂和額外的微管或單個微管的存在。Grubb等[8]發(fā)現(xiàn)與年輕小鼠相比，老年小鼠上呼吸道和下呼吸道的黏液纖毛清除功能都顯著降低。老年小鼠離體氣管和支氣管組織的生物電學(xué)特性測定顯示氯離子分泌顯著減少，提示其維持氣道表面充足水分能力降低，影響?zhàn)ひ豪w毛清除效率。在老年小鼠的細(xì)支氣管肺泡灌洗液和離體氣管組織中黏蛋白Mucin 5B的水平都降低，黏液纖毛清除功能受到明顯抑制，提示老年小鼠Mucin 5B水平降低可能是黏液纖毛清除功能降低的原因之一。由纖毛結(jié)構(gòu)和功能異常引起的黏液纖毛清除功能下降是慢阻肺的一個主要標(biāo)志。Perotin等[10]發(fā)現(xiàn)慢阻肺患者肺組織中29%的纖毛基因表達(dá)異常，小氣道上皮細(xì)胞中16%的纖毛基因表達(dá)異常，提示纖毛結(jié)構(gòu)和功能的改變是慢阻肺的一個重要特征。吸煙也損害纖毛結(jié)構(gòu)和功能，增加黏液蛋白的產(chǎn)生，使水合作用減少，黏液黏度增加而清除率下降，黏液濃縮，阻塞氣道，成為感染及炎癥的病灶[11]，是慢阻肺發(fā)病或加重的原因之一。

雖然外周循環(huán)中的中性粒細(xì)胞數(shù)量不隨年齡變化，但有證據(jù)表明其趨化作用、吞噬功能以及超氧化物生成可能受損[12]。Fulop等[13]證明，相較于其他細(xì)胞，中性粒細(xì)胞膜的流動性隨著年齡的增長而增加，這是由于細(xì)胞膜中磷脂含量增加，而膽固醇含量未變。膜流動性增加將影響脂筏的功能。脂筏是磷脂雙分子層內(nèi)流動性相對較低的區(qū)域，富含膽固醇和鞘磷脂。脂筏對細(xì)胞信號的調(diào)節(jié)很重要，膜受體的活性受到脂筏相關(guān)信號小體中內(nèi)含子或外顯子信號元件的調(diào)節(jié)[14]。在衰老過程中，膜流動性增加將影響脂筏的形成和完整性，從而影響一系列膜受體的信號傳導(dǎo)。隨著年齡的增長，中性粒細(xì)胞功能缺陷與其特定受體引起的信號減少和細(xì)胞膜上脂筏的改變有關(guān)[15]。與年輕人相比，老年人的中性粒細(xì)胞表現(xiàn)出細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子1(SOCS1)和SOCS3(負(fù)向調(diào)節(jié)JAK-STAT信號通路)的基礎(chǔ)表達(dá)減少，并且對介導(dǎo)細(xì)胞因子、趨化因子和活性氧產(chǎn)生的髓樣細(xì)胞觸發(fā)性受體1反應(yīng)減弱。這種異常的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可能與膜脂成分和脂筏的改變導(dǎo)致膜信號域的不恰當(dāng)定位或滯留有關(guān)。隨年齡增長，磷脂酰肌醇3-激酶活性增強，損害骨髓來源的中性粒細(xì)胞對特定趨化信號的趨化能力。但Kulkarni等[16]發(fā)現(xiàn)，在流感病毒感染期間，由于老年小鼠的肺泡上皮細(xì)胞分泌更高水平的趨化因子CXCL1和CXCL2，以及肺泡巨噬細(xì)胞對中性粒細(xì)胞清除率下降，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞在其肺泡腔中數(shù)量比年輕小鼠更高。活化的中性粒細(xì)胞在慢阻肺患者的痰和支氣管肺泡灌洗液中增加，并與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。當(dāng)痰上清液中髓過氧化物酶和人中性粒細(xì)胞載脂蛋白等顆粒蛋白濃度升高時，招募到慢阻肺患者氣道內(nèi)的中性粒細(xì)胞被激活。中性粒細(xì)胞分泌多種絲氨酸蛋白酶，包括中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶G和蛋白酶3，以及基質(zhì)金屬蛋白酶8和基質(zhì)金屬蛋白酶9，這些蛋白酶可破壞肺泡壁。氣道中性粒細(xì)胞增多還能導(dǎo)致黏液高分泌，因為中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶G和蛋白酶3是黏膜下腺和杯狀細(xì)胞分泌黏液的強力刺激因素[17]。

單核細(xì)胞來源于骨髓，從血液移行至全身組織器官，成為巨噬細(xì)胞。普遍認(rèn)為外周血中的單核-巨噬細(xì)胞數(shù)量不隨年齡變化，但其殺菌能力、吞噬活性和抗原提呈功能下降。在免疫衰老中的研究多集中在細(xì)胞表面或內(nèi)部Toll樣受體(TLRs)表達(dá)、炎癥細(xì)胞因子及趨化因子分泌等方面。TLRs是一個針對病原體高度保守的模式識別受體家族；配體包括來自細(xì)菌、分枝桿菌和真菌的脂肽、脂多糖(LPS)、細(xì)菌鞭毛蛋白和核酸(雙鏈和單鏈RNA以及未甲基化的CpG寡核苷酸)[14]。Hearps等[18]發(fā)現(xiàn)，與年輕人比較，老年人單核細(xì)胞吞噬作用下降，且端?？s短，細(xì)胞內(nèi)腫瘤壞死因子的基線水平及膜受體TLR4活化水平顯著提高，表明衰老與固有免疫的慢性激活和單核細(xì)胞功能下降有關(guān)。隨年齡增長，巨噬細(xì)胞抗原提呈能力受損與其主要組織相容性抗原Ⅱ類分子(MHC-Ⅱ)表面表達(dá)減少有關(guān)。Herrero等[19]發(fā)現(xiàn)，由于轉(zhuǎn)錄因子與啟動子的W盒和X盒的結(jié)合減少，干擾素γ(INF-γ)誘導(dǎo)的老年小鼠巨噬細(xì)胞MHC-Ⅱ類分子基因的表達(dá)受損。Plowden等[20]觀察到老年人和老年小鼠的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生更多的前列腺素E2，抑制了MHC-Ⅱ類分子的表面表達(dá)，從而導(dǎo)致其抗原提呈能力下降。單核-巨噬細(xì)胞通過分泌多種細(xì)胞因子、趨化因子等來應(yīng)對入侵的病原體與“危險”信號。但衰老對單核-巨噬細(xì)胞活化后細(xì)胞因子和趨化因子分泌的影響尚不清楚。van Duin等[21]在對154名青年和老年人的分析中，觀察到在TLR1/2異源二聚體激動劑刺激下，單核細(xì)胞中腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細(xì)胞介素6(IL-6)的產(chǎn)生隨年齡的增加而減少。老年人單核細(xì)胞TLR1/2功能下降，這與TLR1表面表達(dá)減少有關(guān)。在免疫系統(tǒng)老化的背景下，TLR1/2信號的缺陷可能影響老年人對感染性疾病和疫苗反應(yīng)的免疫應(yīng)答。在體外經(jīng)有絲分裂原激活后，老年人外周血單個核細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子水平增加，如IL-1、IL-6和TNF-α。慢阻肺患者支氣管肺泡灌洗液中巨噬細(xì)胞的數(shù)量最多，且與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)。巨噬細(xì)胞分泌的TNF-α、IL-8、白三烯B4和活性氧會刺激產(chǎn)生高水平的組織蛋白酶和基質(zhì)金屬蛋白酶，從而破壞肺實質(zhì)。此外，慢阻肺患者氣道巨噬細(xì)胞對凋亡細(xì)胞的吞噬功能受損，對已招募的炎癥細(xì)胞清除減少，導(dǎo)致持續(xù)的抗原刺激和炎癥反應(yīng)[22]。

樹突狀細(xì)胞(DC)起源自骨髓多能造血干細(xì)胞，根據(jù)分化途徑可分為2種亞型，即髓樣DC(MDC)和漿細(xì)胞樣DC(PDC)。DC是機體功能最強的專職抗原遞呈細(xì)胞，它能高效地攝取、加工處理和遞呈抗原，是連接固有免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)的橋梁。DC的數(shù)量和表型不隨年齡增長而變化，但其功能在衰老過程中部分受到損害。Agrawal等[23]在所研究的人群中發(fā)現(xiàn)，老年人和年輕人的MDC和PDC的數(shù)量和表型是相似的。但老年人DC吞噬和遷移功能較年輕人下降。磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)信號通路在DC吞噬和遷移過程中起正向調(diào)節(jié)作用，同時也通過誘導(dǎo)p38MAPK的激活來負(fù)向調(diào)節(jié)TLR信號。老年人DC中絲氨酸/蘇氨酸激酶磷酸化水平降低，間接提示PI3K信號通路激活減少，這可能解釋了老年人DC功能異常的原因。雖然老年組和青年組MDC的TLR4水平相似，但在LPS刺激下，老年組MDC TNF-α、IL-6分泌水平較青年組高，這可能是由于TLRs下游細(xì)胞內(nèi)信號的改變所致。氣道內(nèi)未成熟的DC與上皮細(xì)胞相鄰，延伸胞漿突起以攝取氣道腔內(nèi)抗原并逐漸分化成熟。DC在成熟過程中遷移到局部淋巴組織，如區(qū)域淋巴結(jié)或黏膜淋巴集合體，將處理后的抗原呈遞給淋巴細(xì)胞，啟動對病原體的適應(yīng)性免疫反應(yīng)[12]。DC的吞噬作用可分為2種：一種是感知和攝取入侵病原體，啟動適應(yīng)性免疫反應(yīng)；另一種是吞噬自身抗原，如凋亡細(xì)胞，是維持外周自身免疫耐受的關(guān)鍵。隨年齡增長，DC的吞噬和遷移功能受損，無法刺激幼稚CD4+T細(xì)胞對新抗原產(chǎn)生有效的適應(yīng)性免疫反應(yīng)，不僅會導(dǎo)致病原體的清除減少，而且會引起與衰老相關(guān)的外周自我耐受性喪失和慢性炎癥[24]。

3 適應(yīng)性免疫衰老與慢阻肺

適應(yīng)性免疫應(yīng)答是指體內(nèi)抗原特異性T/B淋巴細(xì)胞接受抗原刺激后，自身活化、增殖、分化為效應(yīng)細(xì)胞，產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)的全過程。免疫應(yīng)答的重要生物學(xué)意義是通過識別自身和非己，有效排除體內(nèi)抗原性異物，以保持機體內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)發(fā)揮作用的兩個關(guān)鍵武器為：幼稚淋巴細(xì)胞和記憶淋巴細(xì)胞。前者確保機體對任何外來入侵的抗原產(chǎn)生特異性免疫反應(yīng)，而后者則對再次入侵的抗原做出更快、更強的反應(yīng)。

與年齡相關(guān)的胸腺退化、萎縮與T細(xì)胞免疫功能的受損直接相關(guān)；退化始于青春期，在T細(xì)胞免疫開始下降之前。增齡相關(guān)的胸腺退化與老年人胸腺組織中營養(yǎng)細(xì)胞因子(如IL-7)的缺乏有關(guān)。當(dāng)胸腺隨著年齡增長而退化，幼稚的T細(xì)胞和B細(xì)胞會消失，端粒也會變短，從而降低對新抗原的反應(yīng)。CD4+/CD8+比值降低，共刺激分子CD28丟失，CD4+CD28-、CD8+CD28-細(xì)胞增加，降低了免疫和疫苗反應(yīng)[25]。Hodge等[26]發(fā)現(xiàn)，慢阻肺患者外周血中CD8+/CD28-T細(xì)胞明顯升高，產(chǎn)生高水平的促炎細(xì)胞因子IFN-γ，以及細(xì)胞毒介質(zhì)顆粒酶b和穿孔素，與從大氣道到肺泡壁的整個肺部的損傷有關(guān)。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)和組蛋白去乙?；?HDAC)分別是上調(diào)和下調(diào)促炎基因轉(zhuǎn)錄的酶。糖皮質(zhì)激素需要HDAC2來關(guān)閉激活的炎癥基因。在慢阻肺患者中肺巨噬細(xì)胞、CD8+CD28-T細(xì)胞HDAC2表達(dá)減少，對皮質(zhì)類固醇容易產(chǎn)生抵抗。慢阻肺患者痰中Th17/Treg細(xì)胞的比例升高。Th17細(xì)胞表達(dá)IL-17，通過刺激氣道上皮細(xì)胞產(chǎn)生中性粒細(xì)胞趨化介質(zhì)如CXCL-1、CXCL-8和IL-6，促進(jìn)氣道炎癥反應(yīng)。Th17和Treg細(xì)胞之間的失衡可能是慢阻肺氣道慢性炎癥反應(yīng)原因之一[27]。

有幾種機制可以解釋老年人B細(xì)胞數(shù)量減少。在衰老過程中，由于轉(zhuǎn)錄因子E1、轉(zhuǎn)錄因子E47的表達(dá)和活性降低，以及祖B細(xì)胞向前B細(xì)胞轉(zhuǎn)化所需的重組激活基因的表達(dá)和活性降低，前B細(xì)胞數(shù)量減少。此外，與年輕小鼠相比，老年小鼠的骨髓基質(zhì)細(xì)胞釋放更少的IL-7，導(dǎo)致體外淋巴細(xì)胞生成減少[28]。隨著年齡的增長，由于B細(xì)胞增殖能力下降，幼稚B細(xì)胞減少，記憶B細(xì)胞增加，B細(xì)胞活性下降和表面Ig/B細(xì)胞受體親和力和信號的缺陷，導(dǎo)致對新抗原的反應(yīng)能力降低，主要表現(xiàn)為抗體反應(yīng)降低，高親和力抗體產(chǎn)生減少[29-30]。記憶性和幼稚B細(xì)胞可以產(chǎn)生不同的細(xì)胞因子和趨化因子，特別是記憶B細(xì)胞能產(chǎn)生高水平的促炎細(xì)胞因子IL-1α、IL-1β、IL-6和TNF-α，這提示B細(xì)胞可能參與老年人炎癥環(huán)境的產(chǎn)生或維持[30-31]。免疫衰老誘導(dǎo)Th1細(xì)胞因子向Th2細(xì)胞因子轉(zhuǎn)變，Th2細(xì)胞因子的過度產(chǎn)生可能會加劇B細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫性疾病[2,32]。

4 結(jié)論

衰老與慢性阻塞性肺疾病存在多個相同機制。因此，人們可以合理地推測衰老和慢阻肺之間可能存在因果關(guān)系。慢阻肺可被認(rèn)為是一種“加速衰老”的表型，但同時衰老也可能導(dǎo)致慢阻肺的變化。而衰老過程中出現(xiàn)的免疫功能失調(diào)可能是鞏固這一關(guān)系的關(guān)鍵。在衰老過程中，上皮屏障功能降低、纖毛結(jié)構(gòu)和功能異常，肺泡巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞功能降低，T/B淋巴細(xì)胞從頭生成減少，幼稚淋巴細(xì)胞比例下降，記憶淋巴細(xì)胞比例升高，抗原識別譜系的多樣性顯著減少，機體對新抗原的反應(yīng)能力受損，使老年人中代謝性疾病和自身免疫性疾病、癌癥和神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病率逐漸增加，對疫苗反應(yīng)力降低，發(fā)生嚴(yán)重感染的易感性增加。然而，盡管衰老和慢阻肺之間存在顯著的分子相似性和相關(guān)性，但如果沒有明確的流行病學(xué)數(shù)據(jù)來描述老年人群中慢阻肺的流行模式，就很難推斷或得出因果關(guān)系。