機(jī)體衰老是由身體的大多數(shù)細(xì)胞、組織或器官的逐漸老化引起的，免疫系統(tǒng)也不例外。免疫系統(tǒng)的失調(diào)和惡化，即所謂的“免疫衰老”，使老年人對新病原體感染、自身免疫以及慢性非免疫性疾�。ò�括心血管和神經(jīng)退行性疾病、癌癥和2型糖尿�。┑挚沽�減弱。

T細(xì)胞和B細(xì)胞衰老表型

 

免疫細(xì)胞衰老機(jī)制

 

隨著步入老年，人體對感染、惡性腫瘤和疫苗接種的免疫反應(yīng)受損，并伴隨著慢性低度炎癥，一起稱為免疫衰老。免疫衰老的分子和細(xì)胞機(jī)制，大多是未知的。

 

1. 細(xì)胞周期

應(yīng)激源誘導(dǎo)的下游信號，最終匯聚到p53/p21CIP和/或p16INK4a/pRB通路，直接作用于周期蛋白依賴的激酶，來抑制細(xì)胞周期。

DNA損傷以p53依賴的方式上調(diào)p21CIP水平，而p38-MAPK介導(dǎo)的線粒體ROS水平的增加刺激p16INK4a的表達(dá)。

2. 端粒損耗

 

端粒是線性染色體末端的特殊結(jié)構(gòu)，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，它由典型的端粒DNA重復(fù)序列(TTAGGG)和相關(guān)蛋白組成。

 

在DNA復(fù)制過程中，復(fù)制機(jī)制不能完全復(fù)制端粒DNA，導(dǎo)致每次端�？s短，稱為“末端復(fù)制問題”。

 

一旦端粒DNA縮短到一個(gè)閾值以下，它可能會(huì)導(dǎo)致DNA斷裂和復(fù)制性衰老。因此，端�？s短是導(dǎo)致端粒功能障礙的一個(gè)原因。

 

Viruses 2017, 9, 289

在免疫系統(tǒng)中，淋巴細(xì)胞和粒細(xì)胞的平均端粒長度均隨著衰老而減少，淋巴細(xì)胞的端�？s短更明顯。

同亞型的人CD8+T淋巴細(xì)胞的端粒長度也有所不同。初始細(xì)胞通常比高分化細(xì)胞端粒更長，從而導(dǎo)致更高的增殖潛力。

端粒酶是一種維持端粒長度的逆轉(zhuǎn)錄酶。因?yàn)楦叨肆Ｃ富钚裕�所以永生�?xì)胞系、生殖細(xì)胞、干細(xì)胞或胎兒發(fā)育早期的細(xì)胞，可逃避端粒功能障礙引起的復(fù)制衰老。

而在靜息淋巴細(xì)胞中，端粒酶活性通常較低，但絲裂原刺激可以瞬時(shí)上調(diào)端粒酶活性。一項(xiàng)研究表明，隨著年齡的增長，靜止的T細(xì)胞和B細(xì)胞的端粒酶活性下降。

 

3. 衰老分泌表型因子

 

衰老相關(guān)的分泌表型（Senescence-associated secretory phenotype，SASP)是衰老細(xì)胞的另一個(gè)典型特征。衰老細(xì)胞分泌一系列可溶性因子，包括促炎細(xì)胞因子、趨化因子、生長因子和蛋白酶。

在年輕人中，SASP通過促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞分化和傷口愈合來促進(jìn)組織穩(wěn)態(tài)。然而，衰老細(xì)胞隨著年齡的增長而積累，慢性SASP促進(jìn)鄰近細(xì)胞的退行性變化和衰老相關(guān)病理。

SASP因子可能產(chǎn)生促炎環(huán)境并招募免疫細(xì)胞，免疫細(xì)胞可能進(jìn)一步產(chǎn)生更多的促炎細(xì)胞因子，并加重與衰老相關(guān)的病理。

人類終末分化的TEMRA細(xì)胞和小鼠的TEMRA-like虛擬記憶CD8+T細(xì)胞，在衰老晚期，表現(xiàn)出獨(dú)特的高炎癥分泌特征，SASP是由p38-MAPK信號通路調(diào)控的。

 

 Front. Cell Dev. Biol. 9:645593.

 

大部分SASP因子可能起源于先天免疫系統(tǒng)。從小鼠骨髓中分離出的老化的CD14+髓系細(xì)胞顯示36個(gè)SASP相關(guān)mRNA的表達(dá)增加。同樣，老年中性粒細(xì)胞中促炎(IL1α、IL-1β、IL-6、TNFα和IFNγ)的合成顯著增加。
抑制SASP是抗衰老的重要策略之一。

 

4. 半乳糖苷酶

 

衰老相關(guān)半乳糖苷酶(SA-β-gal)活性和p16INK4a的表達(dá)，作為檢測細(xì)胞衰老的生物標(biāo)志物，正常情況下，溶酶體-半乳糖苷酶在pH4.0~4.5之間顯示出-半乳糖苷的水解活性峰值。在衰老細(xì)胞中，由于酶的積累，這種活性在pH值為6.0時(shí)可檢測到。

 

5. 脂褐質(zhì)

 

脂褐素是一種富集在老年神經(jīng)元、肌肉和皮膚的自身熒光脂肪色素。

 

雖然脂褐素的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出組織特異性和時(shí)間異質(zhì)性，但它普遍由脂質(zhì)、金屬和錯(cuò)誤折疊蛋白組成。

 

隨著時(shí)間的推移，脂質(zhì)色素在溶酶體和細(xì)胞質(zhì)中積累，這一方面，是一種特定的細(xì)胞衰老模式，另一方面，加重了衰老過程中溶酶體降解途徑的缺陷。

 

老年小鼠腹腔巨噬細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和T細(xì)胞中的脂褐素水平均顯著高于年輕小鼠。

 

 

6. 氧應(yīng)激及線粒體功能異常


活性氧(ROS)是指一類自由基和非自由基氧。大多數(shù)細(xì)胞ROS(cROS)是通過線粒體有氧呼吸內(nèi)源性產(chǎn)生的。其他環(huán)境刺激，如生長因子、炎癥細(xì)胞因子和電離輻射，也可以誘導(dǎo)cROS。

過量的ROS會(huì)對各種大分子造成氧化損傷，包括DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)。細(xì)胞通過多種抗氧化系統(tǒng)嚴(yán)格調(diào)節(jié)cROS水平，并維持氧化還原穩(wěn)態(tài)。然而，在衰老過程中，細(xì)胞的氧化劑/抗氧化比值變得不平衡，通常有利于氧化劑和過量的ROS累積，從而損害細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)和功能。

電子傳遞鏈中，線粒體ATP是cROS的主要生產(chǎn)者，線粒體DNA(mtDNA)和蛋白質(zhì)特別容易受到ROS的影響。


T細(xì)胞的激活和分化涉及代謝重編程。在人類初始記憶和中樞記憶CD8+T細(xì)胞中，mROS水平與衰老顯著相關(guān)，來自老年供體的抗體分泌細(xì)胞顯示出mROS的增加。

 

7. DNA損傷

 

細(xì)胞不斷暴露于DNA損傷劑中，包括化學(xué)誘變劑、輻照和氧化應(yīng)激。為了保持基因組的穩(wěn)定性，一種被稱為DNA損傷反應(yīng)(DDR)的進(jìn)化保守途徑可以感知DNA損傷，并招募修復(fù)機(jī)制來修復(fù)DNA損傷。

如果DNA損傷持續(xù)存在，細(xì)胞可能會(huì)發(fā)生凋亡或進(jìn)入細(xì)胞衰老。可以推斷，一些衰老細(xì)胞可能比非衰老細(xì)胞含有更多的DNA損傷和更高的DDR水平。

8-氧鳥嘌呤(8-oxoG)是由鳥嘌呤被ROS修飾引起的最常見的DNA損傷之一。
DNA損傷也會(huì)導(dǎo)致表觀遺傳學(xué)的變化。H2AX是組蛋白H2A變異，檢測H2AX病灶可以反映DNA雙鏈斷裂、基因組不穩(wěn)定性和端粒功能障礙。

 

8. 蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)

 

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)具有未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)，這是一種重要的應(yīng)激觸發(fā)途徑，可以抑制蛋白質(zhì)聚集，并促進(jìn)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。

三個(gè)重要的感受器：IRE1α（inositol-requiring enzyme 1α），PERK（PKR-like ER-resident kinase），ATF6α（activating transcription factor 6α）。

它們的激活與結(jié)合免疫球蛋白蛋白(BiP，GRP-78)的分離有關(guān)，增加分子伴侶活性、翻譯抑制、改善蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)依賴于UPR下游的降解和再循環(huán)機(jī)制的激活，如泛素蛋白酶體系統(tǒng)和自噬，這決定了細(xì)胞的死亡或存活。

衰老伴隨著UPR的失調(diào)，這導(dǎo)致了蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的喪失。檢測到低BiP水平(包括mRNA或蛋白質(zhì))是分子識別免疫細(xì)胞衰老的指標(biāo)。較低水平的BiP也會(huì)引起UPR激活，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯受損。

8.1 泛素蛋白酶體系統(tǒng)

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)是細(xì)胞內(nèi)蛋白分解代謝途徑的主要組成部分。通過去除錯(cuò)誤折疊或損傷的蛋白質(zhì)，它有助于在各種形式的細(xì)胞應(yīng)激下維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。

UPS介導(dǎo)的降解包括兩個(gè)階段：泛素化和蛋白酶體介導(dǎo)的降解。泛素標(biāo)記蛋白質(zhì)底物，將其傳遞到蛋白酶體進(jìn)行降解。蛋白酶體包含20S“核心”催化室和19S“帽”調(diào)節(jié)顆粒，它們結(jié)合多泛素化底物并將其轉(zhuǎn)移到中央腔室中。

在免疫細(xì)胞中，一種特殊形式的蛋白酶體，被稱為免疫蛋白酶體，在消化病毒來源的細(xì)胞內(nèi)蛋白中起著至關(guān)重要的作用，它有助于產(chǎn)生小肽，進(jìn)一步MHC-I介導(dǎo)的抗原遞呈。
衰老的人類淋巴細(xì)胞顯示蛋白酶體功能下降，主要是由于蛋白酶體亞基的翻譯后修飾（糖基化、脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物偶聯(lián)和泛素化）。此外，TCR刺激的衰老CD4+T細(xì)胞也不能誘導(dǎo)蛋白酶體亞基基因的轉(zhuǎn)錄上調(diào)。在來自老年供體的T細(xì)胞中，蛋白酶體活性降低導(dǎo)致TNFα刺激下IκBa降解受損，導(dǎo)致NF-κB信號通路增加和IL2R上調(diào)。

8.2 自噬
自噬與免疫可以閱讀之前文章：自噬決定免疫細(xì)胞分化及功能執(zhí)行

總結(jié)：細(xì)胞衰老標(biāo)志物及檢測方法

 

 

 

延伸閱讀：T細(xì)胞衰老的四個(gè)起因

 

主要參考文獻(xiàn)

 

1. Shay, J. W., & Wright, W. E. (2019). Telomeres and telomerase: Three decades of progress. Nature Reviews Genetics, 20, 299–309. https:// doi.org/10.1038/s41576-019-0099-1 

2. Marcia Bellon and Christophe Nicot ，Telomere Dynamics in Immune Senescence and Exhaustion Triggered by Chronic Viral Infection，Viruses 2017, 9, 289

3. Kumari R and Jat P (2021) Mechanisms of Cellular Senescence: Cell Cycle Arrest and Senescence Associated Secretory Phenotype. Front. Cell Dev. Biol. 9:645593. doi: 10.3389/fcell.2021.645593

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