中性粒細胞免疫衰老與老年病的相關性研究進展

邱雨璐 劉牧 王靈冰 滕欣越 毛露 陳艾東

(1南京醫(yī)科大學，江蘇 南京 211166;2東南大學)

免疫衰老是人類衰老進程中的重要過程，主要表現(xiàn)為固有免疫和適應性免疫的進行性退變〔1〕。使機體長期處于對細菌和病毒的易感狀態(tài)，并常伴隨動脈粥樣硬化、高血壓、糖尿病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性變、哮喘、肌萎縮等衰老相關性疾病或衰老狀態(tài)的產(chǎn)生〔2～4〕。中性粒細胞是機體固有免疫細胞，作為機體免疫防御的第一道防線，發(fā)揮極其重要的作用。最新研究表明中性粒細胞免疫衰老可能是許多老年病發(fā)生和發(fā)展的重要病因?qū)W基礎〔5，6〕。本文對中性粒細胞免疫衰老的功能代謝紊亂和導致老年病的相關分子機制進行綜述。

1 中性粒細胞免疫衰老

中性粒細胞在急性炎癥中發(fā)揮至關重要的作用，參與先天性〔7〕和適應性免疫反應〔8〕的激活和調(diào)節(jié)，并在感染、慢性炎癥、自身免疫性疾病、癌癥等免疫相關性疾病中發(fā)揮著極其重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，慢性、進行性炎癥通過活性氧(ROS)介導的端粒功能障礙促進轉(zhuǎn)基因小鼠早衰〔9〕；研究發(fā)現(xiàn)，氧化應激可通過損傷DNA前體分子，從而加速端粒縮短〔10〕。進一步研究發(fā)現(xiàn)，在衰老個體中，這種低度炎癥環(huán)境會導致中性粒細胞表觀遺傳的改變，使其代謝與功能呈現(xiàn)出特定的異常，即中性粒細胞免疫衰老〔11～13〕。

2 中性粒細胞免疫衰老的表現(xiàn)

2.1吞噬能力下降 中性粒細胞表面特異性受體——免疫球蛋白的Fc區(qū)或補體分子C3b和C3bi，與微生物上相關顆粒相互反應而發(fā)揮吞噬作用。研究顯示，中性粒細胞免疫衰老后吞噬能力顯著下降，可能與參與吞噬功能的肌動蛋白、微管蛋白、肌球蛋白減少及特征性Fc受體(CD16)的減少有關〔14～16〕。激活后的中性粒細胞則表現(xiàn)為釋放活性氧及蛋白酶的能力受損〔17〕，呼吸爆發(fā)減弱，細胞殺傷能力顯著降低。

2.2黏附和趨化功能異常 細菌產(chǎn)物及活化的補體分子，N-甲酰基-甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸(fMLP)形成趨化因子梯度使中性粒細胞在外周血中募集。研究顯示〔11〕，中性粒細胞免疫衰老后趨化能力降低，并與衰老個體的死亡率相關。在衰老個體中，甘油二酯(DAG)和三磷酸肌醇(IP3)合成不足〔18〕，導致fMLP介導的中性粒細胞趨化過程異常；與對照組相比，老年組中性粒細胞趨化蛋白(CINC)顯著高表達，提示其也可能參與異常趨化的過程。明確的證據(jù)表明，中性粒細胞免疫衰老遷移效率明顯降低，且這種特征性的遷移精確性異常與磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)信號通路的激活密切相關，靶向抑制PI3Kγ或PI3Kδ可以恢復其遷移精確性〔19〕。

中性粒細胞通過與血管內(nèi)皮細胞黏附而進入脈管系統(tǒng)。CD11b是β2整合素的亞單位之一，儲存于中性粒細胞胞質(zhì)顆粒中，可與血管內(nèi)皮細胞表面的配體黏附分子(ICAM)-1相結合，介導中性粒細胞的黏附。研究表明，中性粒細胞免疫衰老與內(nèi)皮細胞黏附情況顯著高于對照組〔20〕，這可能與CD11b的上調(diào)有關〔21〕。

2.3凋亡增加 中性粒細胞是一種公認的短壽命細胞，其生命周期通常短于1 d〔22〕。細菌產(chǎn)物或細胞因子與中性粒細胞相互作用調(diào)節(jié)其壽命。中性粒細胞免疫衰老激活Fas/Fas配體(FasL)通路〔23〕或caspase3、8介導的線粒體凋亡通路可促進中性粒細胞的凋亡增加〔20〕；而粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)和腫瘤壞死因子(TNF)等炎癥介質(zhì)可延長中性粒細胞的壽命〔24〕。

GM-CSF是一種已被廣泛研究的中性粒細胞功能調(diào)節(jié)劑。研究發(fā)現(xiàn)，在健康狀態(tài)下，免疫衰老的中性粒細胞在數(shù)量上與成年人無顯著差異；然而在嚴重感染時，則表現(xiàn)為對GM-CSF反應遲鈍〔25〕，中性粒細胞數(shù)量減少，這被認為與非受體酪氨酸蛋白(Lyn)激酶(非受體酪氨酸蛋白激酶src家族成員)磷酸化的異常有關〔26〕。與此同時，以B細胞淋巴瘤(Bcl)-2〔20，27〕為核心的抗/促凋亡失衡可能在其中發(fā)揮了重要作用〔27，28〕，但是具體機制還尚未明確。此外，衰老個體抗氧化系統(tǒng)的受損〔29〕可加劇中性粒細胞凋亡。

在一項關于肺纖維化的研究中，發(fā)現(xiàn)肺部B細胞會通過β2整合素與中性粒細胞相互作用從而啟動其凋亡，老年個體B細胞功能障礙可導致中性粒細胞在肺部的大量積累，使病情惡化〔29〕，提示適應性免疫在調(diào)節(jié)中性粒細胞凋亡中的重要作用。

2.4中性粒細胞誘捕網(wǎng)(NETs)釋放異常 2004年，Brinkmann等〔30〕首先提出NETs概念。這種以核膜破裂為標志、由胞質(zhì)蛋白及核酸共同形成的網(wǎng)狀結構被認為是一種高效抗菌模式〔31〕。盡管NETs具體的形成機制尚未明確，在哮喘〔32〕、心血管疾病〔33〕中發(fā)揮的重要作用已經(jīng)在眾多研究中得到證實。中性粒細胞免疫衰老釋放NETs的能力尚無定論。有研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖(LPS)或白細胞介素(IL)-8誘導的NETs表現(xiàn)為年齡相關性減少；此外，toll樣受體(TLR)2配體參與的ROS依賴性NETs生成也出現(xiàn)異常，因此中性粒細胞激活后釋放ROS能力改變可能是NETs釋放異常的主要原因。此外，隨著機體的衰老，Atg5缺陷及其介導的自噬受損也被認為是NETs釋放減少的原因之一。

2.5TLR功能異常 中性粒細胞免疫衰老TLR1的負向調(diào)節(jié)可能在其功能改變中起著重要的作用，在65歲以上的老年個體中性粒細胞中，使用TLR1刺激后，黏附分子(整聯(lián)蛋白CD11b和CD18)減少，IL-8及p38磷酸激酶水平降低〔6〕，這種改變在另一項針對功能障礙老人的研究中表現(xiàn)得更為顯著〔34〕。然而，與衰老人類來源的中性粒細胞相比，衰老小鼠來源的細胞在白色念珠菌感染實驗中表現(xiàn)出不同的功能變化，例如，老年鼠中性粒細胞中的TLR2和Dectin-1發(fā)生改變，但在人類樣本中未能觀察到類似的變化。研究認為，鼠中性粒細胞功能的年齡相關性變化與人類存在一定差距，提示小鼠可能并不是研究免疫衰老最合適的模式動物〔35〕。

3 中性粒細胞免疫衰老與老年病的相關性

3.1心血管病 中性粒細胞免疫衰老可能是心血管病的一種重要的起始性因素。眾所周知，中性粒細胞免疫衰老可通過改變細胞內(nèi)環(huán)境，從而導致衰老個體中NETs含量異常，這種異常是由于其細胞線粒體氧化應激介導的7-酮基膽固醇上調(diào)，同時也會增加衰老個體罹患高脂或高膽固醇血癥及動脈粥樣硬化風險〔5，36，37〕。隨著血管病變的加劇，大動脈彈性下降、外周阻力增強；當病變進一步累及到冠狀動脈，或是隨著高血壓狀態(tài)的逐漸惡化，機體患冠心病和慢性心功能衰竭等常見老年病的概率將升高。此外，隨著血管彈性下降和脆性的增加及血管內(nèi)壓力的增加，心和腦血管意外的發(fā)生風險會大大增加，而中性粒細胞免疫衰老即可能在其中發(fā)揮著重要作用。

3.2腫瘤 腫瘤是公認的衰老相關疾病，免疫衰老的中性粒細胞和腫瘤的相關性已成為新的研究熱點。普遍認為，中性粒細胞的不同表型在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。蘇格蘭鄧迪大學的研究人員通過分析200萬例18～70歲癌癥患者的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，中性粒細胞免疫衰老是導致癌癥病發(fā)的主要原因〔38〕。中性粒細胞作為一種重要的免疫細胞，當其發(fā)生免疫衰老時，自身功能下降、凋亡增加，可能會造成其免疫識別、清除腫瘤細胞能力異常。綜上推測，中性粒細胞免疫衰老、功能下降，導致釋放NETs能力的異常，可能是導致老年個體腫瘤易感性增加的重要原因。

3.3糖尿病 值得注意的是，中性粒細胞發(fā)生免疫衰老時，細胞葡萄糖攝取減少，胞內(nèi)葡萄糖水平顯著降低，一方面通過干擾糖酵解而影響細胞功能，另一方面，中性粒細胞免疫衰老時的類似胰島素抵抗的狀態(tài)〔6〕，會干擾機體對血糖的調(diào)節(jié)，可能會增加老年個體罹患2型糖尿病的風險。研究指出，TLR介導的生物能量代謝異常可能是老年高血糖、高血脂和高血壓的重要病因〔39〕，在這方面仍有待進一步研究證實。

柯薩奇病毒、風疹病毒、腮腺病毒等感染機體后，通過誘導自身免疫反應，破壞胰島素β細胞造成1型糖尿病。文獻報道，1型糖尿病常伴隨中性粒細胞數(shù)量減少，而其發(fā)生可能促進糖尿病的發(fā)生發(fā)展〔40〕。免疫衰老所導致的中性粒細胞功能改變可能是老年1型糖尿病的始動環(huán)節(jié)。深入探究中性粒細胞在血糖調(diào)節(jié)中的作用，可能將為老年個體1型糖尿病帶來新型治療策略。

3.4感染相關性疾病 研究表明，黏附、趨化作用的增強及遷移精確性的異常是導致老年機體廣泛性炎癥的重要原因〔19〕。肺部感染是老年人最常見的感染性疾病，約占50%以上〔41〕。肺部感染時，老年患者肺炎鏈球菌易感性增加，與中性粒細胞遷移能力受損密切相關〔42〕。臨床研究發(fā)現(xiàn)，60歲以上的燒傷患者較年輕患者更容易發(fā)生肺部并發(fā)癥。利用燒傷模型小鼠，Nomellini等〔43〕發(fā)現(xiàn)細胞表面趨化因子(CXCR)2介導的趨化作用在燒傷后肺部并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展中起關鍵作用，給予CXCR2抗體后，中性粒細胞數(shù)量恢復正常，組織損傷減少。Brubaker等〔44〕發(fā)現(xiàn)老年患者皮膚傷口處中性粒細胞趨化能力下降，組織浸潤減少，細菌大量定植，傷口愈合延遲。

在研究社區(qū)獲得性肺炎相關膿毒癥時，研究人員發(fā)現(xiàn)，老年個體中性粒細胞形成NETs能力下降，抗微生物功能受損，最終導致膿毒血癥的發(fā)展〔45〕。此由可見老年個體免疫防御機能下降，尤其是中性粒細胞免疫衰老，易誘發(fā)幽門螺桿菌感染導致的消化性潰瘍及大腸埃希菌、克雷白桿菌和變形桿菌感染引起的慢性前列腺炎。值得注意的是，中性粒細胞免疫監(jiān)視功能的下降，會增加老年患者的癌變風險。這提示靶向中性粒細胞治療意義深遠。

3.5白內(nèi)障 白內(nèi)障是常見的老年病，而氧化損傷是白內(nèi)障發(fā)生發(fā)展的關鍵機制。研究表明：與青年組相比，老年組未激活狀態(tài)中性粒細胞釋放活性氧含量顯著上調(diào)。可能是因為衰老個體中升高的IL-6水平將中性粒細胞置于一種預激活的狀態(tài)〔17〕。隨著年齡增長，中性粒細胞傾向于在血管壁內(nèi)皮細胞周圍組織中釋放更多的ROS和一氧化氮(NO)，這種失調(diào)的氧化還原反應會極大地削弱細胞功能，加快氧化損傷和衰老的進程〔20〕。Masuda等〔46〕發(fā)現(xiàn)，在遺傳性白內(nèi)障大鼠模型中，隨著刺激物(佛波醇肉豆蔻酸酯乙酸酯)濃度的增加，中性粒細胞釋放大量的活性氧，導致血管內(nèi)皮細胞受損。由此可見中性粒細胞免疫衰老可能在老年個體白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展中起到了重要的作用。

3.6退行性疾病 體力衰退及肌肉退行性改變是老年人常見的病理狀態(tài)〔5〕。體力衰退表現(xiàn)為機體維持穩(wěn)態(tài)的能力下降，中性粒細胞免疫衰老時CD11b和TNF-α的上調(diào)參與該病理狀態(tài)的形成〔13〕。PI3K-蛋白激酶B(AKT)通路失調(diào)所導致的白細胞無效遷移參與衰老個體肌肉組織的廣泛炎癥損傷，可能是因為細胞高表達IL-6、TNF-α通過促使皮質(zhì)醇活化，導致肌肉的進一步退化〔3〕。

研究顯示老年患者的中性粒細胞改變可能在老年認知功能障礙的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用〔47〕。與對照組相比，老年患者的中性粒細胞表現(xiàn)為一種特殊的低反應性，其殺傷功能也存在不同程度的降低，可能與老年癡呆的發(fā)展密切相關。由此猜想，中性粒細胞免疫衰老時免疫自穩(wěn)功能下降，異常代謝產(chǎn)物無法及時清除，最終造成腦內(nèi)β淀粉樣蛋白或α-突觸核蛋白的大量沉積，促進阿爾茲海默癥或帕金森病的發(fā)生發(fā)展。同理，中性粒細胞發(fā)生免疫衰老也可導致關節(jié)內(nèi)代謝產(chǎn)物或衰老細胞清除障礙，最終誘發(fā)關節(jié)退行性病變。

3.7精神性疾病 值得注意的是，一項針對老年個體中性粒細胞功能變化的研究指出，精神性疾病發(fā)病率與中性粒細胞吞噬能力成負相關〔48〕。提示中性粒細胞免疫衰老與精神性疾病的發(fā)生存在聯(lián)系，詳細的機制有待進一步研究。由此可見，在特定的社會背景下，中性粒細胞免疫衰老會增加上述老年病發(fā)病概率，加重精神負擔，引起精神情緒失控，最終增加老年個體精神性疾病發(fā)生概率。

4 展 望

近年來，中性粒細胞免疫衰老在老年病中所發(fā)揮的重要作用正逐漸受到重視，以中性粒細胞免疫衰老異常信號轉(zhuǎn)導為靶標的藥物研制也有了較好的進展〔19〕。活化的SHIP1通過抑制PI3K信號傳導可以調(diào)節(jié)免疫衰老中性粒細胞的遷移和活化，洛司普托(AQX-1125)可通過與SHIP1 C2結構域結合發(fā)揮作用，目前已處于臨床試驗階段，其對老年病的治療作用值得期待〔49〕。此外，研究表明，microRNA(如miR-146a/b、miR-223等)可以靶向調(diào)節(jié)凋亡相關基因，進而延緩中性粒細胞的免疫衰老〔50，51〕。目前，臨床上很多老年疾病只能對癥治療，療效并不理想；而靶向干預中性粒細胞免疫衰老過程的最新治療手段，為老年病的防治指明了新方向，意義重大〔50〕。