19世紀(jì)起,有關(guān)人類平均壽命線性延伸的研究開始盛行,伴隨人類平均壽命的顯著增加,關(guān)于人類衰老的研究逐漸成為獨立的研究領(lǐng)域。衰老是因時間推移和與環(huán)境相互作用而引起的分子、細胞和機體結(jié)構(gòu)與功能的隨機改變[1-2]。衰老反映了人體一生中與環(huán)境之間的相互作用的結(jié)果,而且沒有兩個個體與環(huán)境的相互作用是相同的。20世紀(jì)50年代,Walford進行了開創(chuàng)性生物老年學(xué)的研究,并于1969年在其撰寫的《衰老的免疫學(xué)理論》中曾指出,免疫功能的下降可能引起正常的衰老,并首次提出了“免疫衰老(immunosenescence)”這一概念[3-4]。免疫衰老的研究也起源于此。

機體的免疫系統(tǒng)由固有免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)組成。固有免疫是人體免疫系統(tǒng)的第一道防線,可提供快速、大范圍、非特異性的保護,主要由單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞組成。適應(yīng)性免疫系統(tǒng)功能由T淋巴細胞和B淋巴細胞完成,包含細胞免疫和體液免疫,其特點是具有特異性、免疫記憶、多細胞參與以及個體特征[5-7]。免疫衰老進程中,機體的固有免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)均會受到影響。本文將對免疫衰老的分子假說以及有關(guān)固有免疫和適應(yīng)性免疫在免疫衰老中的研究進行綜述。

1 免疫衰老學(xué)說

免疫衰老最重要的特征是由于反復(fù)臨床和亞臨床感染引起的刺激和通過連續(xù)暴露于抗原(吸入性過敏原、食物等)而導(dǎo)致的記憶和效應(yīng)細胞在“免疫空間”的積累[8]。由免疫衰老引發(fā)的慢性炎癥、惡性腫瘤或其他進行性免疫缺陷病嚴(yán)重影響人類壽命的長短。事實上,頻頻發(fā)生于老年群體中的病毒性感染和寄生蟲疾病正與此相關(guān)。氧化應(yīng)激-炎癥-衰老學(xué)說在分子層面對免疫衰老進行了深入探討,在這一過程中,細胞凋亡起著核心作用[9-10]。細胞凋亡、炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答上調(diào)以及親炎癥淋巴因子的分泌是衰老或長壽的主要決定因素。Dela Fuente 等對免疫衰老學(xué)說在分子層面的補充和深入探討,提出了著名的氧化應(yīng)激-炎癥-衰老學(xué)說,指出由于細胞膜的結(jié)構(gòu)脆弱性,免疫細胞比其他的細胞更容易受到氧化應(yīng)激損傷,從而引發(fā)炎癥[7,9,11]。另有學(xué)者指出,免疫衰老與基因組不穩(wěn)定、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)丟失及線粒體功能紊亂、活性氧(reactive oxygen species,ROS)有直接的關(guān)系,即DNA 損傷和端粒損耗通過抑癌基因p53和過氧化物酶體增殖活化受體(peroxisome proliferators-activated receptors,PPARs)-γ輔助活化因子-1α(PGC-1α)調(diào)節(jié)線粒體的生物合成,導(dǎo)致ROS增加,蛋白質(zhì)、脂質(zhì)氧化和DNA損傷加重的惡性循環(huán)[12,13]。

2 固有免疫在免疫衰老中的研究進展

固有免疫系統(tǒng)的功能在免疫衰老中至關(guān)重要,相當(dāng)多的研究表明,固有免疫系統(tǒng)功能的改變從皮膚上皮層、胃腸道和呼吸道黏膜的屏障作用的降低開始,局部免疫球蛋白的比值也隨之降低。皮膚作為人體固有免疫的第一道防線,其衰老的主要特征是:由于毛發(fā)的數(shù)量和覆蓋率的減少,防護功能“屏障”的結(jié)構(gòu)被破壞,隨著皮脂腺數(shù)量的減少,皮膚的彈性降低,嚴(yán)重損害了皮膚的免疫防御能力。此外,一些生理現(xiàn)象如胸腺體積的減小,似乎也證實了免疫系統(tǒng)在衰老過程中起著關(guān)鍵性作用的假說,也解釋了自身免疫性疾病、惡性腫瘤或感染性疾病的發(fā)病原因，老年感染性疾病的高發(fā)率也可能是繼發(fā)于吞噬細胞系統(tǒng)的改變。

2.1 免疫衰老過程中巨噬細胞的變化 巨噬細胞是一種位于組織內(nèi)的白血球細胞,源自單核細胞,而單核細胞來源于骨髓中的前體細胞。巨噬細胞發(fā)揮免疫機制的原理主要包括兩方面:其一,巨噬細胞能吞噬和殺滅胞內(nèi)寄生蟲、細菌、腫瘤細胞以及自身衰老和死亡的細胞,從而發(fā)揮機體的免疫防御、免疫自穩(wěn)、免疫監(jiān)視功能;其二,巨噬細胞還能夠產(chǎn)生促炎性細胞因子,如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素-1(interleukin-1,IL-1)、IL-6、IL-8等,這些細胞因子可以處理并向T細胞傳遞抗原[14-16]。由于T細胞通常不能識別天然蛋白抗原的決定簇,巨噬細胞通過內(nèi)吞作用攝取抗原,被吞噬的抗原細胞通過代謝被修飾成能與主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ類分子(major histocompatibility complex class Ⅱ,MHC-Ⅱ)結(jié)合的、具有強免疫原性的肽段,該類肽段被呈遞給輔助性T細胞(helper T cell,TH),T細胞抗原受體(T cell receptor,TCR)特異性地識別多肽-MHC-Ⅱ類分子的復(fù)合物,在此過程中,TH細胞表面的分化簇3(cluster of differentiation 3,CD3)參與刺激信號的傳遞并介導(dǎo)T細胞產(chǎn)生淋巴因子及發(fā)揮效應(yīng)功能[13,17-18]。

衰老過程中,前體細胞的數(shù)量大幅度減少,而單核細胞的數(shù)量似乎沒有改變[19]。老年人群中由于端?？s短導(dǎo)致粒細胞集落刺激因子(granulocyte-colony stimulating factor,G-CSF)和細胞因子如TNF-α和IL-6的產(chǎn)生受到抑制。老齡動物試驗發(fā)現(xiàn),由于γ-干擾素(interferon-γ,IFN-γ)的作用,機體產(chǎn)生的超氧陰離子的數(shù)量減少[20]。巨噬細胞吞噬功能的下降趨勢在一些特別因素如補體片段C5a類的刺激物存在時有所減緩。該類刺激因子由腸上皮細胞、肝細胞和脾細胞產(chǎn)生的20多種成分復(fù)雜的系統(tǒng)組成,在這些刺激因子的促進炎癥、溶菌、溶細胞的作用下,淋巴細胞源性趨化因子(lymphocyte-derived chemotactic factor,LDCF)的產(chǎn)生減少。在這種情況下,抑制機制似乎與衰老過程中大量產(chǎn)生的前列腺素有關(guān),并發(fā)揮抑制作用。而LDCF產(chǎn)量的減少可能與參與細胞因子合成的淋巴細胞比例降低有關(guān)[21-22]。

2.2 免疫衰老過程中中性粒細胞的變化 中性粒細胞可產(chǎn)生過氧化氫、氯化物以及過氧化物酶組成髓過氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)殺菌系統(tǒng),同時借助于補體片段或抗體的協(xié)同作用,對病原體具有強大的吞噬和殺傷作用。

雖然在老年群體中，中性粒細胞的數(shù)量并未減少,但是CD16Fcγ受體的表達減少,隨之而來的后果是,由Fc受體產(chǎn)生的超氧化物的吞噬作用受到影響。這表明,Fc受體應(yīng)激效應(yīng)的下降嚴(yán)重影響了老年人中性粒細胞的免疫功能[23]。臨床試驗結(jié)果進一步表明,老年病人免疫衰老的重要特征是中性粒細胞對金黃色葡萄球菌的反應(yīng)減少,并因此增加了肺部感染的易感性。同時,在老齡小鼠試驗中,中性粒細胞向肺部遷移的數(shù)量減少,增加了肺部感染和復(fù)發(fā)的風(fēng)險。此外,最近的研究證實了病原體介導(dǎo)的中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng)(neutrophil extracellular traps,NETs)被破壞,是老年人肺部感染發(fā)病率增加的原因[18]。

2.3 免疫衰老過程中自然殺傷(NK)細胞的變化 NK細胞確切來源尚不十分明確。一般認為,NK細胞來源于淋巴造血干細胞,與機體的抗腫瘤、抗病毒感染和免疫調(diào)節(jié)有密切聯(lián)系。甚至在一些特殊情況下還可參與超敏反應(yīng)和自身免疫性疾病的發(fā)生,能夠非特異性識別靶細胞、殺傷穿孔素、NK細胞毒因子和TNF等介質(zhì)。NK細胞免疫功能的主要機理是抗體依賴的細胞介導(dǎo)的細胞毒性作用(antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity,ADCC),即NK細胞低親和力的CD16分子與靶細胞IgG抗體復(fù)合物結(jié)合后,活化蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase,PTK),使磷酯酶C-γ(phospholipase C-γ,PLC-γ)的酪氨酸磷酸化后裂解為1,4,5-三磷酸肌醇(inositol 1,4,5-triphosphate,IP3)和二酰甘油,IP3增加細胞內(nèi)游離鈣的濃度,進而釋放細胞毒性物質(zhì),如穿孔素和顆粒酶[16,19]。

老年人免疫增殖性疾病的高發(fā)生率表明,在該年齡段,免疫監(jiān)視的重要機制如NK細胞的活性缺陷是重要原因。1986年,通過對緩慢目標(biāo)——肝細胞癌細胞系的NK細胞功能評價試驗表明,在老年群體中,NK細胞自發(fā)性細胞毒性能力顯著下降。最近的研究指出,高NK細胞毒性與長壽和健康相關(guān),而低NK細胞功能與發(fā)病率和死亡率的增加有關(guān),同時也有證據(jù)表明,NK細胞毒性降低與感染、動脈粥樣硬化和神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生有關(guān)。此外,NK細胞裂解可導(dǎo)致穿孔素和顆粒酶的釋放,進而激活半胱氨酸天冬氨酸酶并誘導(dǎo)靶細胞凋亡。

NK細胞隨著CD56細胞的減少而重新分布,取決于在其表面CD56抗原的高密度,反之,NK細胞數(shù)量隨著CD56-CD16 NK細胞的增加而增加。與年輕病人相比,老年病人的IFN分泌量減少正是由于此原因。此外,在衰老過程中,受體表達激活減少,特別是與受體NKP30和NKP46(66)有關(guān)的受體[18]。這很容易聯(lián)想到通過改變NK細胞群的功能來改變衰老過程。實際上,NK細胞既可通過消除細胞因子和趨化因子,又可通過消除腫瘤或病毒感染的細胞而在固有免疫和適應(yīng)性免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。

3 適應(yīng)性免疫在免疫衰老中的研究進展

適應(yīng)性免疫應(yīng)答的過程為:體內(nèi)抗原特異性細胞T/B細胞在接受抗原刺激后,活化、增殖、分化為效應(yīng)細胞,產(chǎn)生相應(yīng)的生物效應(yīng)過程,從而起到殺菌免疫作用。免疫應(yīng)答的重要特征是識別“自身”和“非己”,有效排除抗原性異物。適應(yīng)性免疫應(yīng)答一般過程可分為3個階段:識別活化階段、增殖分化階段、效應(yīng)階段。這一過程中起關(guān)鍵作用的是具有特異性識別功能的淋巴T細胞和B細胞。適應(yīng)性免疫主要發(fā)生在淋巴結(jié)、脾臟等外周免疫器官,抗原經(jīng)血流或淋巴循環(huán)進入淋巴結(jié)后,被脾臟邊緣區(qū)域的巨噬細胞、淋巴結(jié)中的樹突細胞、并指狀細胞等捕獲,經(jīng)過加工處理后在抗原提呈細胞(antigen presenting cell,APC)表面表達產(chǎn)生抗原肽-MHC-Ⅰ類/Ⅱ類分子復(fù)合體,供相應(yīng)T/B淋巴細胞識別結(jié)合,產(chǎn)生體液和(或)細胞免疫應(yīng)答[12]。

3.1 免疫衰老過程中淋巴T細胞的變化 T細胞產(chǎn)生于胸腺,可根據(jù)與其相結(jié)合的受體分為CD4+和CD8+兩種形態(tài),這兩種細胞亞型比例在衰老過程中呈現(xiàn)一定的變化趨勢:CD8+細胞數(shù)量在衰老過程中呈增加趨勢。CD4+和CD8+T細胞表達產(chǎn)生的CD45 RA和CD45 RO是相互排斥的,第一個表型可以識別原始T細胞,而第二個表型可以激活T細胞。原始淋巴細胞的減少可能是胸腺退化和慢性抗原刺激的結(jié)果,這一結(jié)果也揭示了老年人抵抗新感染的能力下降的原因[24]。此外,在衰老過程中,原始T細胞顯示多種變化特征:端粒縮短、IL-2產(chǎn)生減少以及分化為效應(yīng)細胞的能力減弱。約30%的老年人中,隨著效應(yīng)物“記憶”細胞的擴展和進行疫苗接種,T細胞 CD8+、CD45 RO+、CD25+克隆擴增,原始T細胞數(shù)量和功能的喪失得到補償,能夠產(chǎn)生IL-2,并具有保護性體液免疫能力。

CD28細胞可產(chǎn)生促炎細胞因子，具有抗凋亡作用,其起源尚未完全闡明,但有假說認為它們是由于端?？s短和增殖能力降低而經(jīng)歷復(fù)制衰老的細胞。CD4+/CD8+比值、記憶效應(yīng)細胞數(shù)目增加和血清巨細胞病毒(cytomegalovirus,CMV)的陽性率是鑒定老年病人的免疫風(fēng)險表型(immunological risk phenotypes,IRP)的重要指標(biāo)。同時在老年病人中已顯示,IL-1、IL-4、IL-6和IFN-γ的生成增加,這些細胞因子通過同種型開關(guān)和免疫球蛋白產(chǎn)生從而控制B細胞分化[24]。

T細胞的進一步改變涉及到對氧化應(yīng)激的損害反應(yīng),這導(dǎo)致誘導(dǎo)細胞死亡的易感性和鈣流動力學(xué)增加。當(dāng)前的研究指出,衰老過程中,miR 181(microRNA前體)的減少,使得T細胞對抗原識別的能力減弱。調(diào)節(jié)型T細胞(Regulatory cells,Tregs)是一種具有識別功能的轉(zhuǎn)錄因子,由于CD25 and FOXP3高度表達而產(chǎn)生的子型。老年病人體內(nèi)CD4+、FOXP3+、淋巴細胞的數(shù)量增加,這些細胞的累積在激活慢性感染防御機制中具有重要作用,同時改變T17/Treg的比值,會引起機體對炎癥或自身免疫性疾病的炎癥反應(yīng)[25]。

3.2 免疫衰老過程中B淋巴細胞的變化 機體的特異性體液免疫主要由B淋巴細胞介導(dǎo),B淋巴細胞可識別胸腺依賴性抗原(thymus dependent antigen,TD-Ag)和胸腺非依賴性抗原(thymus independent antigen,TI-Ag),其對抗原的應(yīng)答需要Th細胞的輔助而完成。B淋巴細胞對TD抗原的免疫應(yīng)答過程為:B細胞抗原受體(B cell receptor,BCR)和抗原結(jié)合后,產(chǎn)生的信號由CD79a/CD79b轉(zhuǎn)導(dǎo)至細胞內(nèi),作為B細胞活化的第一信號,B細胞通過APC加工處理提呈抗原,供Th細胞識別,活化后的Th細胞為B細胞活化提供第二信號,即CD40L+、CD40L,由Th細胞和B細胞表面的共刺激分子相互作用而產(chǎn)生免疫應(yīng)答[21,23]。

事實上,在免疫衰老過程中,B細胞的儲備受到年齡的影響,體液免疫因而受到定性或定量的改變。B細胞功能降低被認為是由于T細胞的缺乏而導(dǎo)致的,而另一方面,B細胞的功能與T細胞是獨立的,典型的例子是多糖反應(yīng),這對抗菌保護至關(guān)重要,而且似乎很少需要T細胞的輔助功能[26]。

此外,一些數(shù)據(jù)表明,B細胞是重要的APC,并且具有調(diào)節(jié)T細胞發(fā)育的關(guān)鍵功能。T細胞某些功能的缺失可能是由于B細胞的調(diào)節(jié)不足所致。有報道B細胞的數(shù)量在衰老時發(fā)生了變化,且免疫球蛋白M(immunoglobulin M,IgM)和IgD的水平亦降低,這與從原始細胞到記憶B細胞區(qū)域的轉(zhuǎn)變有關(guān)。相反地,在衰老過程中,IgG尤其是IgG1、IgG2和IgG3的水平升高,同時IgA水平也增加。在IgA的變化中,單體IgA1在血清和唾液中含量顯著增加,痰液中聚合物IgA2減少。這種不平衡被認為是由于胃腸道黏膜上的派爾集合淋巴結(jié)(peyer’s patches,PP)減少,如IgA2;而IgA1的增加可能是T“抑制子”活性和B淋巴細胞功能過度所致。這一缺陷很大程度上會導(dǎo)致老年人患感染性疾病,特別是胃腸道和呼吸道感染。研究發(fā)現(xiàn),老年人骨髓細胞數(shù)減少導(dǎo)致抗體缺乏,降低了B細胞對病毒和細菌的反應(yīng)能力和對乙型肝炎病毒疫苗的應(yīng)答反應(yīng)[25-26]。

綜上所述,免疫衰老是生命存在的典型過程,許多免疫系統(tǒng)(細胞)不可避免地經(jīng)歷這一過程,然而,衰老過程伴隨著復(fù)雜的、多因素作用的免疫系統(tǒng)功能的退化。正確地研究并掌握衰老過程中免疫系統(tǒng)的變化具有重要意義。比如促炎性細胞因子表型的發(fā)展以及抗炎作用的平衡可以使老年人免于殘疾困擾;免疫應(yīng)答和細胞凋亡的正確調(diào)節(jié)可能有助于減少與年齡相關(guān)的退行性疾病以及炎癥和腫瘤疾病的發(fā)生,使機體健康步入晚年期。

但是當(dāng)前有關(guān)機體免疫衰老的研究主要是基于大量的動物試驗,其結(jié)論可以合理的推廣到人體中,但確切的實驗數(shù)據(jù)的獲得還有待于納入大量人群的研究樣本體系,且需要考慮到老年人群樣本分布的差異性和復(fù)雜性。能否在基于臨床試驗和理論探索的基礎(chǔ)上,尋找到提高老年人對病原體和疫苗的應(yīng)答能力的有效措施至關(guān)重要[27]。另外,通過對應(yīng)答分子機制的研究,研發(fā)具有抗衰老作用的藥物或者化合物大有裨益。