免疫衰老與慢性阻塞性肺疾病

林巧梅，袁益明

四川大學華西醫院老年醫學科，成都 610041

衰老是個復雜的過程，表現為生理結構完整性的逐漸退化，導致機體功能損害和死亡易感性增加[1]。哺乳動物衰老的主要特征包括基因組不穩定、端粒縮短、細胞外基質重塑、表現遺傳學改變、細胞通信改變和免疫功能失調等。老年人的免疫系統隨著年齡的增長而出現功能障礙，對感染和癌癥的易感性增加，疫苗反應性也降低，這種免疫功能的生理性下降被稱為“免疫衰老”。免疫衰老及其相關的慢性低度全身性炎癥(稱為“炎癥衰老”)可能導致老年人肺部疾病的發生和發展[2]。本文概述了免疫衰老以及它如何潛在地影響慢性阻塞性肺疾病(簡稱慢阻肺)的發生發展。

1 免疫衰老的概念

免疫衰老(immunosenescence)代表一種免疫缺陷狀態，其特征是胸腺退化，功能降低，T細胞增殖減少，輔助性T細胞活動減弱，導致體液免疫和細胞免疫反應減弱[3]。在衰老過程中，適應性免疫功能顯著下降，而固有免疫似乎被激活，導致一種稱為炎癥衰老(inflammaging)的促炎狀態[4]。老年人通常存在慢性低度炎癥、較高感染率及多種慢性病。慢阻肺以持續存在的氣流受限和呼吸道癥狀為特征，吸煙是其最常見的危險因素。慢阻肺的發病率隨著年齡增長而增加，65～74歲的患者發病率最高。因此，衰老被認為是其發生的關鍵因素。正常老年性肺氣腫與慢阻肺的區別就在于前者沒有肺泡壁的破壞和炎癥[5]。炎癥是慢阻肺穩定期的主要特征，導致氣道和肺結構細胞的激活、改變，以及浸潤性炎癥細胞的激活和募集[6]。免疫衰老所誘導輕度全身性炎癥反應，可能直接參與慢阻肺的發生發展。

2 固有免疫衰老與慢阻肺

固有免疫系統主要由組織屏障、固有免疫細胞和固有免疫分子組成。固有免疫應答是機體對抗入侵病原體的第一道防線，參與固有免疫的細胞如中性粒細胞，單核細胞/巨噬細胞，樹突狀細胞等，作用廣泛，無特異性，缺乏免疫記憶，通過模式識別受體識別病原體相關模式分子而發揮作用，是一切免疫應答的基礎。固有免疫系統在衰老過程中的主要特征是基礎水平的免疫刺激以及當需要特定功能(如產生自由基)時的免疫麻痹[7]。

氣道與外界相通，前者通過黏液纖毛清除系統將病原微生物等異物顆粒排出體外，從而發揮保護作用。有效地將黏液中的細胞碎屑和病原體清除出氣道依賴于：黏蛋白和其他黏液蛋白的合成和分泌，氣道表面的適當水化，以及纖毛的協調擺動[8]。隨著年齡的增長，纖毛功能下降與呼吸道上皮纖毛超微結構缺陷的發生率增加有關。Ho等[9]研究表明，隨著年齡增長，纖毛擺動頻率減少，鼻腔黏液纖毛清除時間延長，微管缺陷發生率顯著增加，包括微管的排列紊亂和額外的微管或單個微管的存在。Grubb等[8]發現與年輕小鼠相比，老年小鼠上呼吸道和下呼吸道的黏液纖毛清除功能都顯著降低。老年小鼠離體氣管和支氣管組織的生物電學特性測定顯示氯離子分泌顯著減少，提示其維持氣道表面充足水分能力降低，影響黏液纖毛清除效率。在老年小鼠的細支氣管肺泡灌洗液和離體氣管組織中黏蛋白Mucin 5B的水平都降低，黏液纖毛清除功能受到明顯抑制，提示老年小鼠Mucin 5B水平降低可能是黏液纖毛清除功能降低的原因之一。由纖毛結構和功能異常引起的黏液纖毛清除功能下降是慢阻肺的一個主要標志。Perotin等[10]發現慢阻肺患者肺組織中29%的纖毛基因表達異常，小氣道上皮細胞中16%的纖毛基因表達異常，提示纖毛結構和功能的改變是慢阻肺的一個重要特征。吸煙也損害纖毛結構和功能，增加黏液蛋白的產生，使水合作用減少，黏液黏度增加而清除率下降，黏液濃縮，阻塞氣道，成為感染及炎癥的病灶[11]，是慢阻肺發病或加重的原因之一。

雖然外周循環中的中性粒細胞數量不隨年齡變化，但有證據表明其趨化作用、吞噬功能以及超氧化物生成可能受損[12]。Fulop等[13]證明，相較于其他細胞，中性粒細胞膜的流動性隨著年齡的增長而增加，這是由于細胞膜中磷脂含量增加，而膽固醇含量未變。膜流動性增加將影響脂筏的功能。脂筏是磷脂雙分子層內流動性相對較低的區域，富含膽固醇和鞘磷脂。脂筏對細胞信號的調節很重要，膜受體的活性受到脂筏相關信號小體中內含子或外顯子信號元件的調節[14]。在衰老過程中，膜流動性增加將影響脂筏的形成和完整性，從而影響一系列膜受體的信號傳導。隨著年齡的增長，中性粒細胞功能缺陷與其特定受體引起的信號減少和細胞膜上脂筏的改變有關[15]。與年輕人相比，老年人的中性粒細胞表現出細胞因子信號轉導抑制因子1(SOCS1)和SOCS3(負向調節JAK-STAT信號通路)的基礎表達減少，并且對介導細胞因子、趨化因子和活性氧產生的髓樣細胞觸發性受體1反應減弱。這種異常的信號轉導可能與膜脂成分和脂筏的改變導致膜信號域的不恰當定位或滯留有關。隨年齡增長，磷脂酰肌醇3-激酶活性增強，損害骨髓來源的中性粒細胞對特定趨化信號的趨化能力。但Kulkarni等[16]發現，在流感病毒感染期間，由于老年小鼠的肺泡上皮細胞分泌更高水平的趨化因子CXCL1和CXCL2，以及肺泡巨噬細胞對中性粒細胞清除率下降，導致中性粒細胞在其肺泡腔中數量比年輕小鼠更高。活化的中性粒細胞在慢阻肺患者的痰和支氣管肺泡灌洗液中增加，并與疾病嚴重程度相關。當痰上清液中髓過氧化物酶和人中性粒細胞載脂蛋白等顆粒蛋白濃度升高時，招募到慢阻肺患者氣道內的中性粒細胞被激活。中性粒細胞分泌多種絲氨酸蛋白酶，包括中性粒細胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶G和蛋白酶3，以及基質金屬蛋白酶8和基質金屬蛋白酶9，這些蛋白酶可破壞肺泡壁。氣道中性粒細胞增多還能導致黏液高分泌，因為中性粒細胞彈性蛋白酶、組織蛋白酶G和蛋白酶3是黏膜下腺和杯狀細胞分泌黏液的強力刺激因素[17]。

單核細胞來源于骨髓，從血液移行至全身組織器官，成為巨噬細胞。普遍認為外周血中的單核-巨噬細胞數量不隨年齡變化，但其殺菌能力、吞噬活性和抗原提呈功能下降。在免疫衰老中的研究多集中在細胞表面或內部Toll樣受體(TLRs)表達、炎癥細胞因子及趨化因子分泌等方面。TLRs是一個針對病原體高度保守的模式識別受體家族；配體包括來自細菌、分枝桿菌和真菌的脂肽、脂多糖(LPS)、細菌鞭毛蛋白和核酸(雙鏈和單鏈RNA以及未甲基化的CpG寡核苷酸)[14]。Hearps等[18]發現，與年輕人比較，老年人單核細胞吞噬作用下降，且端粒縮短，細胞內腫瘤壞死因子的基線水平及膜受體TLR4活化水平顯著提高，表明衰老與固有免疫的慢性激活和單核細胞功能下降有關。隨年齡增長，巨噬細胞抗原提呈能力受損與其主要組織相容性抗原Ⅱ類分子(MHC-Ⅱ)表面表達減少有關。Herrero等[19]發現，由于轉錄因子與啟動子的W盒和X盒的結合減少，干擾素γ(INF-γ)誘導的老年小鼠巨噬細胞MHC-Ⅱ類分子基因的表達受損。Plowden等[20]觀察到老年人和老年小鼠的巨噬細胞產生更多的前列腺素E2，抑制了MHC-Ⅱ類分子的表面表達，從而導致其抗原提呈能力下降。單核-巨噬細胞通過分泌多種細胞因子、趨化因子等來應對入侵的病原體與“危險”信號。但衰老對單核-巨噬細胞活化后細胞因子和趨化因子分泌的影響尚不清楚。van Duin等[21]在對154名青年和老年人的分析中，觀察到在TLR1/2異源二聚體激動劑刺激下，單核細胞中腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細胞介素6(IL-6)的產生隨年齡的增加而減少。老年人單核細胞TLR1/2功能下降，這與TLR1表面表達減少有關。在免疫系統老化的背景下，TLR1/2信號的缺陷可能影響老年人對感染性疾病和疫苗反應的免疫應答。在體外經有絲分裂原激活后，老年人外周血單個核細胞產生促炎細胞因子水平增加，如IL-1、IL-6和TNF-α。慢阻肺患者支氣管肺泡灌洗液中巨噬細胞的數量最多，且與疾病嚴重程度相關。巨噬細胞分泌的TNF-α、IL-8、白三烯B4和活性氧會刺激產生高水平的組織蛋白酶和基質金屬蛋白酶，從而破壞肺實質。此外，慢阻肺患者氣道巨噬細胞對凋亡細胞的吞噬功能受損，對已招募的炎癥細胞清除減少，導致持續的抗原刺激和炎癥反應[22]。

樹突狀細胞(DC)起源自骨髓多能造血干細胞，根據分化途徑可分為2種亞型，即髓樣DC(MDC)和漿細胞樣DC(PDC)。DC是機體功能最強的專職抗原遞呈細胞，它能高效地攝取、加工處理和遞呈抗原，是連接固有免疫和適應性免疫反應的橋梁。DC的數量和表型不隨年齡增長而變化，但其功能在衰老過程中部分受到損害。Agrawal等[23]在所研究的人群中發現，老年人和年輕人的MDC和PDC的數量和表型是相似的。但老年人DC吞噬和遷移功能較年輕人下降。磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)信號通路在DC吞噬和遷移過程中起正向調節作用，同時也通過誘導p38MAPK的激活來負向調節TLR信號。老年人DC中絲氨酸/蘇氨酸激酶磷酸化水平降低，間接提示PI3K信號通路激活減少，這可能解釋了老年人DC功能異常的原因。雖然老年組和青年組MDC的TLR4水平相似，但在LPS刺激下，老年組MDC TNF-α、IL-6分泌水平較青年組高，這可能是由于TLRs下游細胞內信號的改變所致。氣道內未成熟的DC與上皮細胞相鄰，延伸胞漿突起以攝取氣道腔內抗原并逐漸分化成熟。DC在成熟過程中遷移到局部淋巴組織，如區域淋巴結或黏膜淋巴集合體，將處理后的抗原呈遞給淋巴細胞，啟動對病原體的適應性免疫反應[12]。DC的吞噬作用可分為2種：一種是感知和攝取入侵病原體，啟動適應性免疫反應；另一種是吞噬自身抗原，如凋亡細胞，是維持外周自身免疫耐受的關鍵。隨年齡增長，DC的吞噬和遷移功能受損，無法刺激幼稚CD4+T細胞對新抗原產生有效的適應性免疫反應，不僅會導致病原體的清除減少，而且會引起與衰老相關的外周自我耐受性喪失和慢性炎癥[24]。

3 適應性免疫衰老與慢阻肺

適應性免疫應答是指體內抗原特異性T/B淋巴細胞接受抗原刺激后，自身活化、增殖、分化為效應細胞，產生一系列生物學效應的全過程。免疫應答的重要生物學意義是通過識別自身和非己，有效排除體內抗原性異物，以保持機體內環境的相對穩定。適應性免疫系統發揮作用的兩個關鍵武器為：幼稚淋巴細胞和記憶淋巴細胞。前者確保機體對任何外來入侵的抗原產生特異性免疫反應，而后者則對再次入侵的抗原做出更快、更強的反應。

與年齡相關的胸腺退化、萎縮與T細胞免疫功能的受損直接相關；退化始于青春期，在T細胞免疫開始下降之前。增齡相關的胸腺退化與老年人胸腺組織中營養細胞因子(如IL-7)的缺乏有關。當胸腺隨著年齡增長而退化，幼稚的T細胞和B細胞會消失，端粒也會變短，從而降低對新抗原的反應。CD4+/CD8+比值降低，共刺激分子CD28丟失，CD4+CD28-、CD8+CD28-細胞增加，降低了免疫和疫苗反應[25]。Hodge等[26]發現，慢阻肺患者外周血中CD8+/CD28-T細胞明顯升高，產生高水平的促炎細胞因子IFN-γ，以及細胞毒介質顆粒酶b和穿孔素，與從大氣道到肺泡壁的整個肺部的損傷有關。組蛋白乙酰轉移酶(HAT)和組蛋白去乙酰化酶(HDAC)分別是上調和下調促炎基因轉錄的酶。糖皮質激素需要HDAC2來關閉激活的炎癥基因。在慢阻肺患者中肺巨噬細胞、CD8+CD28-T細胞HDAC2表達減少，對皮質類固醇容易產生抵抗。慢阻肺患者痰中Th17/Treg細胞的比例升高。Th17細胞表達IL-17，通過刺激氣道上皮細胞產生中性粒細胞趨化介質如CXCL-1、CXCL-8和IL-6，促進氣道炎癥反應。Th17和Treg細胞之間的失衡可能是慢阻肺氣道慢性炎癥反應原因之一[27]。

有幾種機制可以解釋老年人B細胞數量減少。在衰老過程中，由于轉錄因子E1、轉錄因子E47的表達和活性降低，以及祖B細胞向前B細胞轉化所需的重組激活基因的表達和活性降低，前B細胞數量減少。此外，與年輕小鼠相比，老年小鼠的骨髓基質細胞釋放更少的IL-7，導致體外淋巴細胞生成減少[28]。隨著年齡的增長，由于B細胞增殖能力下降，幼稚B細胞減少，記憶B細胞增加，B細胞活性下降和表面Ig/B細胞受體親和力和信號的缺陷，導致對新抗原的反應能力降低，主要表現為抗體反應降低，高親和力抗體產生減少[29-30]。記憶性和幼稚B細胞可以產生不同的細胞因子和趨化因子，特別是記憶B細胞能產生高水平的促炎細胞因子IL-1α、IL-1β、IL-6和TNF-α，這提示B細胞可能參與老年人炎癥環境的產生或維持[30-31]。免疫衰老誘導Th1細胞因子向Th2細胞因子轉變，Th2細胞因子的過度產生可能會加劇B細胞介導的自身免疫性疾病[2,32]。

4 結論

衰老與慢性阻塞性肺疾病存在多個相同機制。因此，人們可以合理地推測衰老和慢阻肺之間可能存在因果關系。慢阻肺可被認為是一種“加速衰老”的表型，但同時衰老也可能導致慢阻肺的變化。而衰老過程中出現的免疫功能失調可能是鞏固這一關系的關鍵。在衰老過程中，上皮屏障功能降低、纖毛結構和功能異常，肺泡巨噬細胞、中性粒細胞和樹突狀細胞功能降低，T/B淋巴細胞從頭生成減少，幼稚淋巴細胞比例下降，記憶淋巴細胞比例升高，抗原識別譜系的多樣性顯著減少，機體對新抗原的反應能力受損，使老年人中代謝性疾病和自身免疫性疾病、癌癥和神經系統疾病發病率逐漸增加，對疫苗反應力降低，發生嚴重感染的易感性增加。然而，盡管衰老和慢阻肺之間存在顯著的分子相似性和相關性，但如果沒有明確的流行病學數據來描述老年人群中慢阻肺的流行模式，就很難推斷或得出因果關系。