炎性衰老與支氣管哮喘

胡肖依，袁平，劉錦銘

同濟大學(xué)附屬上海市肺科醫(yī)院肺循環(huán)科，上海 200433

由于醫(yī)療和生活條件的改善，預(yù)期壽命穩(wěn)步增加，老年人的比例越來越大。據(jù)報道，目前65歲以上老年人哮喘的患病率為4%～13%［1］。隨著年齡增長，肺功能會有生理性下降［2］。與年輕哮喘患者相比，老年哮喘患者表現(xiàn)出更嚴重的疾病表型。因此，哮喘相關(guān)的發(fā)病率和死亡率隨著年齡的增長而增加。與年輕人相比，老年哮喘患者頻繁住院的風(fēng)險增大，且后者死于疾病的可能性是前者的5倍［1］。由此可見，衰老與支氣管哮喘的發(fā)生密切相關(guān)［3］。炎性衰老（inflamm-aging）是指伴隨衰老過程的慢性低級別炎癥狀態(tài)。炎性衰老與許多與年齡相關(guān)的疾病有關(guān)，如動脈粥樣硬化、阿爾茨海默病、骨質(zhì)疏松癥和糖尿病等［4-5］。本文探討炎性衰老和支氣管哮喘的關(guān)系，為研究支氣管哮喘發(fā)生發(fā)展的機制和治療方法提供新的思路。

1 炎性衰老

英文“inflamm-aging”最早是由Franceschi等［4］在2000年提出，并由夏世金等［6］于2007年首次翻譯成中文名稱“炎性衰老”，目前得到公認。此后，人們對這個概念進行了深入研究，以確定其在老年性疾病中的分子機制。

炎性衰老被定義為慢性低級別無菌性炎癥，是1種與年齡相關(guān)的生理過程惡化現(xiàn)象［4］，在此過程中，促炎介質(zhì)水平持續(xù)升高，同時對免疫原性觸發(fā)的炎癥反應(yīng)減弱［7］。炎性衰老的標志包括先天免疫系統(tǒng)的慢性激活和促炎介質(zhì)循環(huán)水平的增加，如IL-1β、IL-6、TNF-α 和C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）［8-10］。相反，適應(yīng)性免疫隨著年齡的增長而減弱，老年人對流感疫苗的反應(yīng)減弱就是證明［11-12］。

炎性衰老的炎癥是低度的、可控的、無癥狀的、慢性的和系統(tǒng)的炎癥狀態(tài)。但國內(nèi)研究者認為，炎性衰老是非可控的，其炎癥無法從抗感染、組織損傷模式下轉(zhuǎn)變成平衡穩(wěn)定的狀態(tài)，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的持續(xù)進行［6］。

2 炎性衰老的機制

一些分子途徑參與炎性衰老。衰老同時影響先天和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致持續(xù)的低級別免疫激活和降低對適當免疫原性刺激的敏感性。這種惡化導(dǎo)致衰老細胞清除不足。因此，衰老細胞的積累誘導(dǎo)炎癥性衰老相關(guān)分泌表型（senescence associated secretory phenotype，SASP）蛋白的慢性暴露。由于自噬的缺陷，在衰老過程中也會發(fā)生異常的炎癥小體激活，從而進一步延續(xù)與年齡相關(guān)的促炎癥環(huán)境。雖然目前已經(jīng)確定了一些病理特征，但炎性衰老的確切機制尚未完全闡明。

2.1 免疫衰老免疫衰老和炎性衰老密切相關(guān)。衰老過程中，適應(yīng)性免疫顯著下降的現(xiàn)象稱為免疫衰老。免疫衰老在細胞和血清學(xué)水平上導(dǎo)致與年齡相關(guān)的免疫功能下降［13-14］。因此，對于老年人，對外來抗原和自身抗原的特異性反應(yīng)可導(dǎo)致其對包括感染、癌癥以及自身免疫在內(nèi)等疾病的易感性增加。另外老年人對疫苗反應(yīng)也較差，同時先天和適應(yīng)性免疫功能都受到影響。自身免疫、免疫缺陷和免疫調(diào)節(jié)等理論可以用來解釋這個生理現(xiàn)象。

2.2 細胞衰老衰老是指細胞不可逆的復(fù)制停滯［15］。衰老由各種內(nèi)在和外在的壓力源驅(qū)動，如端?？s短［16］。由于非編碼的重復(fù)核苷酸序列位于染色體的末端，端粒阻止了染色體端到端融合和不穩(wěn)定［17］。在增殖細胞中，每次細胞分裂，端粒長度都在逐漸縮短，直至到達臨界。短端粒引起染色體融合和轉(zhuǎn)錄因子p53激活，最終導(dǎo)致復(fù)制性衰老和細胞凋亡。另一方面，脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰老（stress-induced premature senescence，SIPS）是1種細胞表型，在內(nèi)源性和外源性應(yīng)激刺激下發(fā)展，如氧化應(yīng)激、炎癥和照射，獨立于端?？s短。

衰老參與了組織再生和腫瘤抑制等生理過程［18］，越來越多的人認為衰老是炎性衰老的基本因素。事實上，衰老細胞表現(xiàn)出SASP，其特征是通過NF-κB增加促炎細胞因子、趨化因子和蛋白酶的表達和釋放，如IL-6、IL-1β、IL-1α 和TGF-β［19-20］。SASP的具體構(gòu)成取決于細胞的類型和誘導(dǎo)衰老的物質(zhì)。然而，SASP的生理目標是激活免疫細胞，促進衰老細胞的清除。免疫系統(tǒng)的老化導(dǎo)致衰老細胞的消除不足，衰老細胞在多個器官呈指數(shù)級積累，從而導(dǎo)致持續(xù)的促炎狀態(tài)［20］。

2.3 NLRP3炎癥小體激活NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎癥體復(fù)合物由NLRP3、凋亡斑點樣蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）和pro-caspase 1組成。受到刺激后，NLRP3炎癥體激活了caspase-1，后者會裂解炎癥細胞因子的前體，如IL-1β、IL-1α 和IL-18［21］。NLRP3炎癥體的激活包括2個基本步驟，即啟動和激活。包括內(nèi)源性損傷相關(guān)分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）和外源性病原相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）分子的應(yīng)激信號啟動NLRP3，這導(dǎo)致NF-κB的激活和NLRP3上調(diào)［22］。NLRP3的上調(diào)觸發(fā)一系列事件，導(dǎo)致NLRP3炎癥體復(fù)合物的組裝和激活［22］。當NLRP3炎癥小體缺乏時，與對照組相比，健康的老年動物呈現(xiàn)出更低的IL-1β和IL-18的表達，這表明NLRP3炎癥小體參與了炎性衰老［23］。所以，這種與年齡有關(guān)的NLRP3炎癥小體的激活可能與年齡增長和DAMPs積累有關(guān)。

自噬是細胞內(nèi)的過程，致力于清除受損或老化的細胞器、錯誤折疊的蛋白質(zhì)，并最終調(diào)節(jié)炎癥小體的激活［24-25］。衰老過程中，自噬基因的功能喪失，導(dǎo)致自噬活性降低。因此，受損的細胞器通常會逐漸積累［26］，而自噬水平的降低可加速衰老進程，從而形成惡性循環(huán)。線粒體在衰老和與年齡相關(guān)的疾病中發(fā)揮重要作用。衰老過程中，線粒體自噬會受損［27］。

先前的研究已經(jīng)確定了受損線粒體釋放的mtROS和mtDNA參與觸發(fā)NLRP3炎癥小體激活［25，28］，這 種 機 制 將 導(dǎo) 致1個 惡 性 循 環(huán)。 其 中，caspase-1進一步抑制了線粒體自噬，從而放大了線粒體損傷［29］。氧化的mtDNA直接與NLRP3炎癥小體結(jié)合，導(dǎo)致NLRP3炎癥體激活并增加IL-1β的產(chǎn)生［30］。此外，mtROS還通過間接誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體激活NF-κB通路［19］。

3 炎性衰老與支氣管哮喘

支氣管哮喘是由多種細胞以及細胞組分參與的慢性氣道炎癥性疾病，臨床表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的喘息、氣急，伴或不伴胸悶或咳嗽等癥狀，同時伴有氣道高反應(yīng)性和可變的氣流受限，隨著病程延長可導(dǎo)致氣道結(jié)構(gòu)改變，即氣道重塑。哮喘是1種異質(zhì)性疾病，具有不同的臨床表型，接下來將從免疫細胞、促炎介質(zhì)和氣道微生物介紹炎性衰老和支氣管哮喘的關(guān)系。

3.1 免疫細胞和支氣管哮喘雖然哮喘在生命早期遵循Th2細胞因子的偏向性誘導(dǎo)，但來自老年哮喘患者的研究表明，Th1在中性粒細胞為主的哮喘中可能起作用，為炎癥和免疫環(huán)境的年齡相關(guān)變化提供了潛在證據(jù)［31］。小鼠模型的研究表明，B細胞數(shù)量減少，并從幼稚B細胞轉(zhuǎn)變?yōu)楸磉_抗原的B細胞隊列［32］。老年人中觀察到抗原持久性和特異性增強，其原因可能是抗體減少。胸腺退化進一步導(dǎo)致T細胞數(shù)量轉(zhuǎn)移，B細胞抗原處理改變，嗜酸性粒細胞功能與吞噬能力降低相結(jié)合，所有這些都促成了老年人哮喘中存在的獨特免疫環(huán)境［33］。此外，T細胞在老年人中高度激活，人白細胞抗原-（HLA-）DR和CD69表達增加。在老年哮喘受試者中也觀察到氣道中性粒細胞的增加，提示隨著年齡的增長哮喘表型的不同。

3.2 促炎介質(zhì)和支氣管哮喘Th17是T細胞的1個亞群，分泌IL-17A、IL-17F、TNF-α 和IL-22［33］。 過敏性哮喘的小鼠模型表明，IL-17A和IL-17F在氣道炎癥調(diào)節(jié)中都有關(guān)鍵作用，促進了中性粒細胞的招募，增強了Th2驅(qū)動的嗜酸性粒細胞增多，并增加了MUC5A表達。此外，IL-17A和IL-17F在哮喘氣道中表達。Th17細胞由IL-23維持，該軸在宿主對細菌和病毒感染的反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，此外可能在“遲發(fā)型哮喘”的感染中也起作用。最近的研究一致認為，IL-17的表達隨著年齡的增長而增加，而小鼠研究表明，與主要表達Th1的年輕小鼠相比，感染HSV2和流產(chǎn)布魯氏菌的老年小鼠會產(chǎn)生更高水平的IL-17。這些數(shù)據(jù)表明免疫衰老和哮喘之間存在潛在的聯(lián)系；然而，這種關(guān)系尚未明確［34］。

3.3 氣道微生物群和支氣管哮喘微生物影響健康和疾病，它們之間相互作用對治療至關(guān)重要［35］。先進的分子基礎(chǔ)技術(shù)，包括16S rRNA測序、全微生物基因組測序和元基因組學(xué)，已經(jīng)徹底改變了人們對微生物的研究。微生物物種豐富度、群落均勻度和多樣性與正常和患病狀態(tài)的變化有關(guān)；然而，直接的因果關(guān)系尚未確定。由于“無菌氣道”的先入為主的觀念，以及采樣時避免下氣道和口咽污染的挑戰(zhàn)，對氣道微生物組的理解較為落后。然而，已經(jīng)清楚的是，細菌負荷、組成和結(jié)構(gòu)的異常發(fā)生在氣道疾病中，如囊性纖維化、慢性阻塞性氣道疾病和哮喘［36］。

最初對哮喘微生物學(xué)的研究集中在單一致病因子上，如肺炎分枝桿菌；然而，除此之外還有1種更復(fù)雜的微生物群落存在。Hilty等［37］進行了1項開創(chuàng)性的研究，確定了哮喘和慢性阻塞性肺疾病患者中紊亂的氣道細菌群落，說明變形菌門成員（特別是血友病菌）在慢性阻塞性肺疾病和哮喘患者中患病率較高。細菌門成員（如普雷沃氏菌）在健康受試者中占主導(dǎo)地位。該研究分別評估了上氣道和下氣道標本，結(jié)果說明氣道不是無菌的，特定的微生物組是氣道疾病的1個特征。

1項使用支氣管刷的更大的研究隨后發(fā)現(xiàn)了一致的結(jié)果，并進一步將氣道高反應(yīng)性的嚴重程度與哮喘氣道中的細菌多樣性聯(lián)系起來。與該臨床發(fā)現(xiàn)相關(guān)的類群包括假單胞菌科、腸桿菌科、伯克氏菌科和奈瑟氏菌科［38］。已確認的幾個與哮喘功能相關(guān)的屬包括：刺激自然殺手細胞反應(yīng)的鞘脂單胞菌科，具有NO還原酶的亞硝基單胞菌，對大環(huán)內(nèi)酯敏感的草酸桿菌和能夠進行類固醇代謝的叢毛單胞菌科［38］。后1組在糖皮質(zhì)激素耐藥哮喘中進一步評估，提示某些哮喘表型中治療、感染和疾病之間的潛在關(guān)系［39］。在嚴重哮喘中，哮喘控制欠佳和痰中性粒細胞增多與變形菌門增多有關(guān)。

除了細菌，其他具有更大致敏潛力的氣道微生物組成員，如真菌，還有待全面研究。這是由于缺乏真菌參考序列數(shù)據(jù)庫；然而，哮喘中有真菌豐度增加的報道，除了持續(xù)的過敏原外，還有其他機制，包括與人類5-脂氧合酶同源的真菌脂氧合酶的表達。微生物很可能影響哮喘，特別是中性粒細胞顯性哮喘和耐藥哮喘，兩者都具有老年人哮喘的特征［38］。

4 小結(jié)與展望

在老年人中，哮喘仍然是1個臨床挑戰(zhàn)。識別、診斷和治療都很復(fù)雜。哮喘治療主要包括客觀監(jiān)測、避免哮喘誘因、藥物治療和患者教育。盡管目前還沒有針對老年人哮喘的治療方案，未來的研究中，可涉及通過清除衰老細胞治療支氣管哮喘。本文從炎性衰老入手，總結(jié)了炎性衰老的定義、特征與機制，并從免疫細胞、促炎介質(zhì)和氣道微生物等方面介紹了炎性衰老和支氣管哮喘的關(guān)系，為研究支氣管哮喘發(fā)生發(fā)展的機制和治療方法提供新的思路。