新聞詳情

衰老與免疫系統的關系

本文將討論免疫系統衰退和機體衰老的關系,同時探討免疫細胞療法在改善健康狀態和促進疾病康復中的作用。

衰老與免疫系統的關系撰文:細胞中心白澤


衰老是一個復雜的現象,以進行性的生理功能和組織內環境穩定能力下降為特征,導致退化性疾病和死亡的發生率增加。有關衰老的學說很多,包括基因學說、細胞突變學說、自由基理論,以及神經內分泌學說等。近年來很多學者注意到免疫與衰老的關系,提出了衰老的免疫學說。

衰老在機體的細胞和系統水平上表現出明顯的變化。細胞水平衰老的特點是分裂細胞的細胞周期阻滯,各種形式的細胞損傷或者壓力能夠誘發細胞衰老。此外,衰老細胞通常會下調增殖相關的基因,高表達炎癥因子和其他調節免疫反應的分子。衰老引起的最明顯的現象是免疫系統的失調,包括免疫衰退和慢性炎癥。

免疫系統的衰退減弱了對腫瘤細胞和病原體的免疫作用,同時慢性炎癥的狀態增加了人體患自身免疫性疾病的風險。

因此,人類衰老表現為衰老相關性疾病的發病率增高,例如腫瘤、代謝性綜合癥、自身免疫性疾病、感染、心腦血管疾病和神經退行性病變。因此有人稱衰老是一種流行性免疫病。

本文將討論免疫系統衰退和機體衰老的關系,同時探討免疫細胞療法在改善健康狀態和促進疾病康復中的作用。



免疫系統與衰老



固有性免疫是機體的第一道防御機制,獲得性免疫則是針對抗原的特異性免疫反應。和大多數的生物過程一樣,衰老會同時影響獲得性和固有性免疫。免疫系統的衰老是一個多因素的級聯事件,不同類型的免疫細胞表現出不同的敏感性。

值得注意的是免疫衰退還存在性別差異。IFN-γ在人體中有重要的保護作用,對固有免疫和獲得性免疫有多種調節效應,到老年期IFN-γ的產生有明顯的變化。體外試驗表明老年婦女的T細胞比老年男性的T細胞能夠產生更多的IFN-γ,甚至比健康年輕人的T細胞產生的還多。也許,這是女性平均壽限高于男性的原因之一。




胸腺與衰老



胸腺是中央型T淋巴器官,產生功能性的初始T淋巴細胞和免疫耐受。在大多數的哺乳動物中,衰老伴隨著胸腺的退化。在人類生命的第一年中,胸腺細胞數量和激素分泌水平達到高峰,然后出現數倍的下降,直到50~60歲之后,下降變緩慢。胸腺退化的明顯表現是從青春期開始,胸腺退化引起初始T細胞產生減少,記憶性T細胞增加,T細胞受體多樣性消失,伴隨著T細胞功能活性下降,進而引起免疫衰退。同時,伴有免疫耐受的缺陷,引起自身免疫反應。

衰老與免疫系統的關系


T淋巴細胞與衰老



老年期有一些生理事件的發生與獲得性免疫細胞的數量和功能減少有關,T細胞生成減少和TCR多樣性消失是胸腺萎縮的結果,包括胸腺皮質和髓質的減少和脂肪組織的增加。此外,衰老導致T細胞基因表達譜的改變,例如共刺激分子CD28表達下降,而CTLA-4上調。然而,衰老T細胞會高表達各種細胞因子和化學因子及其受體,如TNF和TGF-β家族。這些研究結果提示,衰老T細胞功能的下降可能是由于共刺激因子的表達不足。

老年人T細胞的某些共同變化構成了獲得性免疫減退的大部分基礎,削弱了機體防御能力。其后果可導致腫瘤易感性增加,自身免疫疾病發病率增加,傳染病易感性增加,恢復緩慢以及組織移植排斥減少。


衰老與免疫系統的關系


B淋巴細胞與衰老



近年來的研究表明衰老時B細胞也有變化,B細胞的百分比好絕對數量下降,抗體類別轉化重組缺陷。此外,衰老時不僅產生抗體的質和量與年輕人有所不同,自身抗體明顯增多。除了產生抗體外,B細胞還有調節效應功能。記憶B細胞和初始B細胞能產生各種細胞因子和趨化因子,尤其是記憶B細胞產生高水平的促炎癥細胞因子IL-1α,IL-1β,IL-6和TNF-α。由于老年人的記憶B細胞增多,可能與老年人的炎性衰老(inflammaging)和慢性炎癥性疾患增多有關。

同時,衰老伴隨著在免疫反應中傾向于Th2細胞的產生,分泌過多的Th2型細胞因子,可能增強B細胞介導的自身免疫性疾病。隨著年齡的增長老年人的免疫效果明顯下降,在同樣抗原強度刺激下所動員的B細胞數僅及正常成年人的1/10~1/50。例如,接種流感疫苗后60~74歲組的血清陽性保護率為41%~58%,75歲以上的陽性保護率下降到29%~46%。年齡相關的B細胞系列細胞組成的變化是老年人疫苗接種和感染時抗體反應差的主要原因。

衰老與免疫系統的關系


自然殺傷細胞(NK)與衰老



固有免疫反應是非特異和沒有免疫記憶的,對病原體反應最早。固有免疫主要包括單核/巨噬細胞、NK細胞和自然殺傷T細胞(NKT)、樹突細胞、中性粒細胞等組成,它們隨著年齡增長有明顯的變化。

以NK細胞為例,老年人的NK細胞數增加,但是從每個細胞產生細胞因子和趨化因子的水平衡量,其NK細胞毒性下降,抗體依賴的細胞毒性不變。衰老的NK細胞殺傷毒力降低,成熟障礙,T-bet和Eomes表達明顯下降。在IL-2刺激下,衰老的NK細胞分泌IFN-γ和IFN-α不足,分泌較多的IL-1,IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, and TNF-α。有研究表明NK細胞毒性變化與老年人鋅平衡失調有關,補鋅后NK細胞的功能可以明顯改善。


衰老與免疫系統的關系




免疫細胞技術與衰老的預防及修復



早期研究顯示,隨著年齡的增長,衰老的T細胞在脾臟聚積,引起免疫衰退。動物實驗證實,和對照組相比,接受老年鼠的脾臟細胞后,年輕鼠出現生存期縮短。另一個實驗顯示,自身或者異體匹配的年輕的T細胞輸入到脾臟切除的老年鼠體內,可以明顯延長生存時間。因此有人設想將一個人青春期的免疫活性細胞低溫貯存,至其年老時再予輸回,修復衰退的免疫功能和延長生命。


衰老與免疫系統的關系


NK細胞技術及其作用機制



NK細胞是機體重要的免疫細胞,功能是清除癌變細胞、衰老細胞以及體內不正常細胞。NK細胞來源于造血干細胞,在骨髓內發育成熟。在外周血中約占淋巴細胞總數的10%~15%,脾內約有3%~4%,也可出現在肺臟、肝臟和腸粘膜,但在胸腺、淋巴結和胸導管中罕見。

NK細胞的作用是通過釋放顆粒酶和激活死亡受體殺傷靶細胞。衰老的細胞高表達NK細胞受體NKG2D的多個配體和NK細胞受體LFA-1的配體ICAM-1, 啟動激活NK細胞的殺傷作用。研究表明,穿孔素介導的胞吐作用是NK細胞清除衰老細胞的主要機制。NK細胞與衰老細胞表面的受體結合,釋放穿孔素、顆粒酶和細胞因子,誘導細胞凋亡信號的產生,促使衰老/病變細胞走向凋亡,恢復體內微環境的平衡,減輕炎癥狀態。同時,刺激和恢復機體新生細胞的產生,提高細胞活性,改善細胞質量,防止和延緩細胞的病變,恢復細胞、器官和免疫系統的功能,從而達到疾病預防、康復以及對抗衰老的目的。



衰老與免疫系統的關系


例如:肝臟損傷后激活肝星狀細胞,但是衰老的肝星狀細胞的持續存在是造成肝纖維化的主要原因。部分研究表明激活的NK細胞可起到抗肝纖維化的作用,其機理是:①產生IFN-γ。NK細胞是IFN-γ的主要制造者,而IFN-γ可抑制纖維化并引起肝星狀細胞的凋亡及細胞周期停滯;②通過與NK細胞上的NKG2D受體結合,直接殺傷活化的肝星狀細胞;③活化的NK細胞可通過增強NKG2D及TRAIL的表達來產生IFN-γ,放大其細胞毒作用。




免疫療法在衰老相關性疾病治療中的應用



在衰老相關性疾病中,隨著老齡化的迅速發展,老年人的腫瘤發病率增高,原因是復雜的,其中固有免疫和獲得性免疫系統的衰退是重要因素。

腫瘤的發生、發展是一種新生物在機體有限的空間和時間內的進化過程,腫瘤細胞的基因組在腫瘤生活的微環境中與機體免疫系統磨合,共進化博弈,生存、發展或被限制、消滅。免疫系統在防御外來生物入侵的同時還承擔著維護機體的內部穩定,對于異常的或喪失功能的細胞及時反應、處理。

深入研究的結果提示免疫系統在腫瘤發展中起到了雙刃劍作用。除非免疫系統將功能失調的組織或細胞及時根除,慢性的免疫監督可以導致腫瘤免疫雕塑,其結果可以有兩個方面:免疫逃逸和侵襲。即通過免疫編輯導致腫瘤免疫逃逸;通過不完全的炎癥反應促進腫瘤生長,兩種機制相互作用促進腫瘤的發展。

因此及時清除衰老、病變的細胞,防止腫瘤的進一步發生、發展,是非常重要的環節。




過繼性T細胞(ACT)技術



ACT主要包括TIL、TCR、CAR、LAK、CIK、DC、NK細胞等幾大類,是將免疫細胞輸注給患者以期增強抗腫瘤能力。T細胞能夠通過在血液中“游走巡查”找到腫瘤并定居在那里,而理論上來說,T細胞既能夠在體外擴增以達到臨床要求的數目,又能夠提供較持久的抗瘤效果。




腫瘤浸潤淋巴細胞(TIL)



TIL是最早的ACT回輸細胞,將TIL從腫瘤細胞中分離出來,在體外用IL-2擴增,再系統回輸給淋巴細胞清除的進展期黑色素瘤患者。結果顯示:TIL能夠通過MHC-I和T細胞受體(TCR)的相互作用識別細胞內的腫瘤抗原,患者臨床反應率50%~70%,甚至有22%見到了腫瘤完全退縮。




樹突狀細胞(DCs)



DCs是獲得性免疫反應的主要成分,T細胞介導的腫瘤免疫主要依賴于特異性的DCs提呈腫瘤抗原,從而激活殺傷性T細胞。生成高效DCs的關鍵是腫瘤抗原的選擇和優化的細胞培養條件,同時采用聯合免疫治療方案以達到治療腫瘤的目的。DC細胞療法并非對所有人都可行,其更偏向于個體精準化治療,對不同類型病患療效差異化顯著。




細胞毒性T細胞(CTL)



與DC細胞相關的T細胞療法,在病毒相關的腫瘤中取得進展。從外周血中分離CTL細胞,體外擴增/賦予腫瘤特異性后回輸給患者。CTL的MHC-I上有腫瘤來源的多肽,能夠“鎖定”并激活和它結合的T細胞受體(TCR),讓T細胞增殖并產生抗腫瘤的特性。目前已經進入臨床實驗的探索階段的有針對巨細胞病毒(CMV)特異性的CTL用于治療膠質母細胞瘤。




自然殺傷細胞(NK)



NK 細胞表面表達多種抑制性受體(例如Ly49A, Ly49C, Ly49G2和 KLRG1)和激活性受體(例如NK1.1, Ly49D, Ly49H, NKG2D, NKp46)。臨床上異基因造血干細胞移植后,應用供體NK細胞治療血液腫瘤,增加造血干細胞植入,降低移植物排斥反應,增強抗白血病作用。選擇適當的NK細胞供者,可提高腫瘤治療效果。




細胞因子誘導的殺傷細胞(CIK)



CIK是人體外周血中的T淋巴細胞,膜表面標志為CD3+和CD56+,抗瘤活性非MHC限制。CIK通過釋放穿孔素及顆粒酶而直接殺傷腫瘤細胞,或是通過分泌多種細胞因子而間接殺傷腫瘤細胞,除此之外還能通過激活凋亡基因誘導腫瘤細胞凋亡。CIK療法應用于清除殘余癌細胞,預防復發和轉移,降低放化療的毒副作用。




T細胞受體(TCR)技術



TCR的作用機制是向普通T細胞中引入新的基因,使得新的T細胞能夠表達TCR從而有效識別腫瘤細胞,引導T細胞殺死腫瘤細胞。TCR技術受限于分離腫瘤特異性的抗原肽。逆轉錄病毒表達的識別黑色素瘤MART1抗原的αβTCR-T細胞首次在臨床上顯示效果。此外,TCR技術也在肝癌、乳腺癌、卵巢癌等治療中取得了一定的成效。




嵌合抗原受體(CAR)技術



CAR是T細胞表面的嵌合抗原受體,通常包含胞外單鏈抗體識別區域和胞內的信號肽。CAR識別腫瘤抗原具有非MHC限制的特點,而且不需要進行抗原加工和呈遞。然而,只有少數的腫瘤特異性靶點能夠被識別,且嵌合抗體具有潛在的免疫原性。CAR-T首先被用于血液惡性腫瘤,目前最成功的成果就是識別CD19的CAR-T了。但是在實體腫瘤中,CART進展有限。大多數的實體CARs僅有短暫的抗腫瘤活性。




免疫檢查點阻斷藥物




PD-1和PD-L1單抗

PD-1作為負性調控點,在體內與特異性配體(PD-L1、PD-L2) 結合起作用,下調抗原刺激的淋巴細胞增殖、細胞因子的產生和生存蛋白的表達,最終導致淋巴細胞“耗盡”以及誘導免疫耐受的產生,同時上調免疫抑制細胞因子白細胞介素10的分泌,最終導致免疫逃逸,抑制T細胞的抗腫瘤作用。腫瘤細胞通過PD-L1觸發T細胞表面的PD-1,導致T細胞的失活。將人單克隆抗體用于封閉PD-1,或封閉PD-L1,結果PD-L1將無法觸發PD-1,從而強化了T細胞的戰斗力。


CTLA-4單抗

細胞毒T淋巴細胞抗原4(CTLA-4)又名CD152,是由CTLA-4基因編碼的一種跨膜蛋白質,表達于活化的CD4+和CD8+T細胞。CTLA-4與其配體B7分子結合后產生抑制性信號,抑制T細胞激活,使腫瘤細胞免受T淋巴細胞攻擊。因此阻斷CTLA-4的免疫效應可刺激免疫細胞大量增殖,從而誘導或增強抗腫瘤免疫反應。目前兩種靶向CTLA-4的抗體已進入Ⅲ期臨床試驗,已廣泛用于治療黑色素瘤、腎癌、前列腺癌、肺癌等。




科技防癌未來已來 華大基因發布泛癌種早篩、腸癌早篩技術
2019年3月27日,由深圳華大基因股份有限公司(以下簡稱華大基因,300676.SZ)主辦的“科技...
一圖讀懂丨抗血小板 VS 抗凝
一圖讀懂丨抗血小板 VS 抗凝
膠原蛋白流失,皮膚衰老?Nature揭示:這與“干細胞競爭”有關
來源生物探索“優勝劣汰,適者生存”——這是達爾文對于自然選擇提出的一條普遍規律。除了進化之外,這一“...
衰老與免疫系統的關系
本文將討論免疫系統衰退和機體衰老的關系,同時探討免疫細胞療法在改善健康狀態和促進疾病康復中的作用。撰...

相關新聞