免疫衰老影響老年人重型新型冠狀病毒肺炎發(fā)病機制的研究進展

侯傳東,王紫寧,盧學春

(1解放軍醫(yī)學院,北京 100853;2中國人民解放軍總醫(yī)院第二醫(yī)學中心血液科,國家老年疾病臨床醫(yī)學研究中心,北京 100853)

免疫衰老是指個體衰老過程中發(fā)生的免疫失調現象,包括淋巴器官的重塑以及免疫系統功能的改變,此過程通常伴隨著感染、自身免疫性疾病和惡性腫瘤的發(fā)生[1]。研究發(fā)現,宿主是決定異質性傳染性疾病新型冠狀病毒肺炎(coronavirus disease 2019, COVID-19)的關鍵因素[2]。免疫衰老導致60歲及以上合并有基礎疾病的老年人容易進展成為重型COVID-19。本綜述主要闡述免疫衰老發(fā)生的病理學改變和加重老年患者病情的可能機制。

1 老年人COVID-19的流行病學特點及臨床表現

已有數據表明,老年人群COVID-19的發(fā)病率和重癥肺炎發(fā)病率顯著高于年輕人。在60歲及以上的老年群體中,發(fā)病率和死亡率隨年齡增加呈上升趨勢[3]?？梢?年齡是影響COVID-19預后及臨床分型的重要因素之一。盡管SARS-CoV-2具有多種變異,但老年人感染后具有普遍相似的臨床表現,包括:咳嗽、咳痰、咽痛、咽干等上呼吸道癥狀和發(fā)熱、肌肉酸痛、乏力等全身癥狀。在此基礎上,老年人重型COVID-19表現為進行性的呼吸困難、氣促和血氧飽和度降低,即急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)和其他全身系統性炎癥反應所導致的臨床表現。除免疫衰老的影響外,老年人多病共存也是影響COVID-19臨床表現及預后的關鍵因素之一[4]。合并高血壓、糖尿病、冠心病、慢性腎臟疾病及慢性阻塞性肺疾病的患者,與無基礎疾病的患者相比,其病程更長且病情更加嚴重?？赡茉驗?(1)SARS-CoV-2入侵的是表達血管緊張素轉化酶2(angiotensin-converting enzyme 2,ACE2)受體的細胞[5]。在小腸、睪丸、心臟、腎臟等組織中ACE2的表達水平最高,在肺組織、結腸、肝臟和胰腺等組織中ACE2表達水平中等[6]。若患者合并上述器官的基礎疾病,病毒入侵后可引起該器官及系統功能異常、加速炎癥反應導致器官功能衰竭,從而造成病情加重或死亡率增加。(2)患有基礎疾病的老年人,其體內單核細胞和巨噬細胞表面CD32a表達增多,CD32a介導了抗體依賴性增強,并通過信號轉導釋放促炎細胞因子,這些促炎因子包括γ-干擾素(interferon, IFN-γ)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素-1(interleukin-1,IL-1)和白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)等[7]。炎癥反應的增強可能會引發(fā)炎癥風暴進而導致老年人COVID-19病情加重。

2 重型COVID-19的病理學特征

重型COVID-19死亡患者尸檢組織學檢查顯示[8],全肺微血管通透性增高并伴有大量液體滲出,肺泡彌漫性損傷伴有組織壞死,左右肺均顯示透明膜形成且左肺伴有明顯肺水腫。除此之外,肺間質內出現大量單個核細胞炎性浸潤,主要為高度細胞毒性的CD8+T細胞和過度活化的Th17細胞[9]。一項COVID-19患者支氣管肺泡灌洗液(broncho alveloar lavage fluid, BALF)的單細胞層面實驗[8]發(fā)現T細胞在重型和普通型COVID-19的患者中具有不同的特征,重型COVID-19患者CD8+T細胞擴增較少、增值性更高且具有更多的表型異質性,而普通型COVID-19患者BALF存在較大比例的具有組織駐留特征和擴增特性的CD8+效應T細胞。研究發(fā)現重型COVID-19患者BALF中具有更高水平的IL-8、IL-6及IL-1β等[9]。同時發(fā)現重型COVID-19患者BALF內主要為單核細胞來源的巨噬細胞,這些巨噬細胞具有很強的促炎性質[9]?？傊?老年重型COVID-19患者肺部炎癥反應更加嚴重,炎癥損傷范圍更加廣泛。

3 免疫衰老對老年人重型COVID-19的影響

3.1 先天性免疫衰老的影響

通常認為衰老主要發(fā)生在適應性免疫系統,但先天性免疫系統衰老同樣與老年人發(fā)生重型COVID-19密切相關,其中包括單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞及樹突狀細胞的衰老等。

3.1.1 單核細胞和巨噬細胞 隨著年齡的增長,表型為CD16+的促炎單核細胞數量增加,這與老年人的慢性炎癥狀態(tài)有關[10]。此外,單核細胞Toll樣受體的表達水平隨著年齡的上升而下降[11],損害了先天免疫應答過程。老年人重型COVID-19患者肺組織內巨噬細胞數量增多,且衰老的巨噬細胞比例升高,但抗炎能力降低如分泌IL-10量減少[12]。與此同時,衰老的巨噬細胞在早期階段具有免疫抑制性,降低了SARS-CoV-2入侵后第一時間的免疫效率,且加速肺組織纖維化的發(fā)生[13]。

3.1.2 中性粒細胞 老年人的中性粒細胞殺菌活性和呼吸爆發(fā)降低,中性粒細胞胞外誘捕網形成減少[14],且衰老中性粒細胞具有異常定植和脫顆粒增加的特點[15]。因此,衰老中性粒細胞不僅在免疫功能方面存在缺陷,而且產生許多的炎性物質加重炎癥反應。

3.1.3 樹突狀細胞 試驗發(fā)現急性COVID-19患者外周血單核細胞和樹突狀細胞的抗原提呈能力降低[16]。樹突狀細胞數量與年齡增長呈負相關,且樹突狀細胞分泌炎癥因子水平上升,如髓樣樹突狀細胞中磷酸肌醇3-激酶激活減少會導致老年人體內一些炎癥因子數量增加[11]。重型COVID-19患者樹突狀細胞低表達人類白細胞抗原,且其表達水平也低于輕型患者[17]。上述衰老改變使老年人在感染SARS-CoV-2早期不能及時產生免疫應答,導致疾病進展和病情加重。

3.1.4 自然殺傷細胞 自然殺傷(nature killer,NK)細胞是先天免疫系統中不需要預先致敏即可產生非特異性細胞毒性殺傷作用的淋巴細胞。NK細胞可分為CD56dim和CD56bright兩個亞群。隨著年齡增長,CD56dim亞群隨之擴大而CD56bright亞群隨之減少[18],并伴隨整體復制能力下降。CD56dim亞群分泌穿孔素和粒酶B殺傷靶細胞的細胞毒作用更強。NK細胞衰老后,分泌細胞因子能力和殺傷靶細胞作用增強,加重COVID-19炎癥反應[11]。研究發(fā)現,重型COVID-19患者NK細胞數目明顯減少[19],且NK細胞表型和功能的改變導致在老年人感染早期無法產生有效的免疫反應。實際上先天免疫反應與適應性免疫反應的協調對于控制病毒早期感染至關重要,而輕型和普通型COVID-19患者可以產生足夠的先天免疫反應對抗早期感染[20]。先天免疫系統功能失調和免疫衰老共同導致炎癥反應失衡,最終加重老年人COVID-19病情[16]。

3.2 適應性免疫衰老的影響

適應性免疫由漿細胞產生抗體維持的體液免疫和T細胞介導殺傷作用的細胞免疫共同組成。體液免疫衰老和細胞免疫衰老都對老年人COVID-19造成了不利影響。

3.2.1 體液免疫衰老 體液免疫所產生抗體水平隨著年齡的增長而降低,實驗發(fā)現衰老B細胞維持物理突變的能力減弱,降低了抗體的有效滴度[21]。動物實驗中同樣證實感染SARS-CoV-2初期,老年獼猴產生的IgG量明顯少于年輕獼猴[22]。老年人重型COVID-19患者存在淋巴細胞絕對值減少的現象,導致CD4+T細胞與B細胞之間信號傳導發(fā)生障礙,且老年人T細胞受體(T cell receptor, TCR)與B細胞受體的多樣性降低會影響有效抗體滴度。此外,體液免疫衰老過程中抗體壽命降低和自身抗體水平的升高會導致抗病毒能力降低和自身免疫疾病的發(fā)生。實驗發(fā)現,COVID-19患者傾向于產生多種自身抗體[23],如抗心磷脂抗體、狼瘡抗凝物和β2糖蛋白I,這些自身抗體與細胞膜上蛋白質結合,導致凝血功能障礙甚至微血管血栓形成。研究發(fā)現,重型COVID-19患者自身抗體水平明顯高于輕型和普通型疾病患者[24]。

3.2.2 細胞免疫衰老 TCR的多樣性有利于細胞免疫應對多種未知的病原體,但是隨著年齡的增長,老年人體內na?ve T細胞的受體多樣性減少[25]。一方面,青春期后成人胸腺萎縮導致TCR多樣性、T細胞輸出數量減少,且T細胞免疫活性和記憶T細胞數量降低[26]。另一方面,其他慢性抗原刺激會產生克隆性T細胞記憶庫,即克隆性TCR增多,老年人感染巨細胞病毒后可出現這一現象[26]。實驗發(fā)現,重型COVID-19患者T細胞對SARS-CoV-2 S蛋白N端片段的反應性低于普通型患者反應性[27],且這種低反應性與COVID-19患者的病情嚴重程度密切相關。

COVID-19患者外周血淋巴細胞數量降低與病情嚴重程度密切相關。胸腺萎縮使T細胞輸出降低和衰老的T細胞復制能力降低導致老年人T細胞數量下降[16]。還存在其他可能的機制如重型COVID-19患者T細胞異常遷移和SARS-CoV-2 S蛋白介導T細胞凋亡[28]。試驗證實,輕型COVID-19患者組織中CD8+T細胞總數高于重型患者[8]。除此之外,一項流感病毒實驗發(fā)現,老年人CD8+T細胞增殖減少會導致抗病毒藥物療效減低[29]。

T細胞表型隨年齡增長發(fā)生改變,衰老T細胞表面CD28分子表達量逐漸降低[30],CD28分子表達缺失導致協同刺激信號通路障礙和SARS-CoV-2入侵人體后T細胞增殖效能下降。衰老CD4+T細胞的BCL-6表達量降低和RUNX3表達量增加導致CD39表達增加[31]。CD39可以增大ATP酶活性,通過產生腺苷和激活cAMP/PKA途徑抑制記憶和濾泡輔助T細胞分化[31]。衰老的CD8+T細胞復制能力在逐漸降低的同時上調抑制性受體,如程序性死亡受體-1,抑制CD8+T細胞抗病毒能力[32]。

3.3 炎癥衰老

衰老細胞產生過量的細胞因子,加重了組織內微環(huán)境炎癥狀態(tài),還通過自分泌和旁分泌方式分泌細胞因子加速周圍細胞衰老,這種異常的炎癥反應稱為炎癥衰老。炎癥衰老是低度、無菌性、慢性、全身性和系統性的炎癥反應,常伴有循環(huán)IL-6水平升高。重型COVID-19患者中IL-6水平常常高于輕型患者,因此IL-6被認為是評估COVID-19病情嚴重程度的指標之一。臨床證據顯示,糖皮質激素治療對IL-6等其他炎癥因子水平升高的患者有積極的治療作用。一項研究指出,地塞米松可以降低重型COVID-19患者28d死亡率[33]。直接證據顯示重癥COVID-19患者支氣管肺泡灌洗液中顆粒酶A、顆粒酶K、整合素α1和趨化因子受體6等有關白細胞活化、遷移等分子表達水平升高,且促炎細胞因子如IL-6、IL-8等水平也高于輕型和普通型患者,反映了重型COVID-19患者肺內過度炎癥反應的狀態(tài)[9]。

4 免疫治療重癥COVID-19現狀

據免疫學原理,免疫治療通過增強或抑制免疫功能以達到免疫系統穩(wěn)態(tài)并治療疾病。糖皮質激素在治療COVID-19方面已得到廣泛的應用,并且對于合并嚴重細菌感染的患者有非常好的治療效果。糖皮質激素治療可以降低重型COVID-19患者體內過度的炎癥反應,減輕組織損傷。但是使用糖皮質激素藥物治療會增加輕度患者的死亡風險[33],這提示適當的免疫反應是抵抗病毒的有效方式。有研究提出輸注COVID-19恢復期患者血漿可以抑制病毒復制并改善炎癥反應[34]。此外,實驗發(fā)現IFN-β治療對冠狀病毒感染有效,COVID-19住院患者接受霧化吸入IFN-β后臨床改善和康復的可能性顯著增加[35]?；颊哐h(huán)IL-6水平與COVID-19病情嚴重程度相關,在重癥監(jiān)護室的重型COVID-19患者中使用IL-6受體拮抗劑可以改善生存狀況和預后結局[36]。

綜上,老年人群存在免疫細胞數量及功能的不同改變,是老年人體內炎癥反應失衡與免疫功能障礙的主要免疫病理學機制之一,并增加了老年人COVID-19的疾病嚴重程度和預后不良風險。探討免疫衰老的發(fā)生機制及影響,有望為尋找預防危重癥COVID-19的發(fā)生和制定更為有效的COVID-19治療策略提供依據。