年龄依赖性胸腺萎缩的相关因素①

曾 艳 宋银宏

(三峡大学医学院病原与免疫学系，三峡大学感染与炎症损伤研究所，宜昌 443002)

胸腺是人体重要的免疫器官，也是T淋巴细胞发育、分化和成熟的主要场所。人类胸腺整体的大小在衰老期间保持相对恒定，胸腺中功能性淋巴组织虽然会随着年龄的增长而减少，但是周围的血管和脂肪组织会将其代替，以保持胸腺大小不变。在这个过程中，随着胸腺组织中淋巴细胞的死亡，胸腺髓质和皮质之间的分界线逐渐模糊。与人类不同，小鼠胸腺整体的大小会随着年龄的增长而明显变小[1]。胸腺萎缩是免疫系统衰老的重要标志之一，年龄依赖性胸腺萎缩最重要的表现就是新生的幼稚T细胞生成减少。在青中年期，胸腺萎缩对健康个体的影响或许不明显，但随着年龄的增长会显示出免疫系统功能逐渐降低，造成老年性疾病的增加，表现在机会性感染、自身免疫和癌症的发病率增高。因此，全面了解年龄依赖性胸腺萎缩与哪些因素有关以及这些因素在胸腺萎缩这一过程中发挥了什么作用及潜在的机制，对延缓胸腺萎缩，进而降低老年人的患病率并提高生活质量具有重要的意义。本文就年龄依赖性胸腺萎缩的相关因素做一简要综述。

1 FOXN1与年龄依赖性胸腺萎缩

特异性转录因子叉头框蛋白N1(Forkhead box protein N1,FOXN1)是Forkhead转录因子家族成员之一，主要表达于皮肤及胸腺上皮细胞(Thymic epithelial cells,TECs)，含有9个外显子，约1千碱基对(1 kb)，受多种微小RNA(microRNA,miRNA)调控[2]。FOXN1是TECs和T细胞发育的主要调节因子，在胸腺发育过程中发挥调节TECs发育的重要作用。除此之外，还发现FOXN1和抗凋亡蛋白(BCL-XL)是Wnt(Wingless-Int)信号通路作用的两个靶点，Wnt4基因转录水平的降低会导致FOXN1和BCL-XL的下调，进而引起胸腺细胞数量和功能的下降[3]。有研究发现，随着年龄的增加，胸腺中FOXN1的mRNA表达水平显著降低[3]。这一研究与Reis等[4]对FOXN1的研究发现相符，他们发现FOXN1基因操控着FOXN1的转录，致使出生后的小鼠胸腺和人类胸腺中的FOXN1的表达随着年龄的增长而显著减少。由此可知，年龄依赖性胸腺萎缩与TECs中FOXN1的表达降低呈正相关。此外，Zuklys等[5]研究发现，FOXN1在TECs的生成和胸腺器官的发育中，除了在胸腺早期的发育中有重要的作用外，还有维持成熟后胸腺中TECs稳定的功能，这对保持胸腺的再生能力有重要作用。近期有实验证明，胸腺内皮细胞通过其产生的骨形态发生蛋白4(Bone morphogenetic protein 4,BMP4)增强TECs中miR-205的表达，进而加强FOXN1的表达以及促进人胸腺表达趋化因子(CCL25)、基质细胞衍生因子-1(CXCL12)等关键性趋化因子的生成，使老化的胸腺恢复[6,7]。在衰老小鼠模型中，通过基因过表达FOXN1可以抑制胸腺细胞数量衰减和胸腺老化，甚至使老化的胸腺上皮微环境恢复到接近年轻时期的胸腺比例[8]。综上所述，FOXN1是负责TECs分化的关键转录因子，其表达降低是老龄胸腺萎缩的主要原因之一。然而，最新的研究仅停留在从基因层面调控FOXN1蛋白的表达，此过程复杂且可控性较低，不适宜大范围临床应用。Song等[9]克隆并表达了穿膜肽与FOXN1的重组蛋白(recombinant FOXN1,rFOXN1)，实验表明，通过胸腺内定量注射rFOXN1处理后的小鼠，早期胸腺祖细胞及所有胸腺细胞亚群的数量均有所增加。所以临床治疗中可以考虑利用rFOXN1直接增加胸腺中FOXN1蛋白的含量，以达到延缓胸腺衰老的作用。

2 脂肪与年龄依赖性胸腺萎缩

目前尚不完全清楚脂肪引起年龄相关的胸腺萎缩的内在机制。但有研究表明，板层素相关多肽2α(Lamina-associated polypeptide 2alpha,LAP2α)过表达会引起过氧化物酶体增殖物激活受体γ(Peroxisome proliferator-activated receptor,PPARγ)表达的激增，PPARγ是在前体脂肪细胞中表达的转录因子。相反，增加Wnt4活性可以降低PPARγ的靶基因脂肪分化相关蛋白(Adipose differentiation-related protein,ADRP)mRNA的水平[10]。不论是降低Wnt4的活性或者是增加LAP2α的表达，这些变化都会造成脂肪累积，为胸腺的衰老提供分子基础，从而引起胸腺衰老。随后的研究证实了年龄相关的Wnt4下调会导致细胞增殖和细胞凋亡平衡的破坏[3]，Wnt4的过表达可以阻止脂肪分化相关衰老标志物的上调，这表明Wnt4是脂肪分化的关键因素之一。先前的研究发现衰老胸腺皮质中脂肪细胞增加，前体脂肪细胞或储脂细胞可以在老化的胸腺微环境中活跃的迁移和分化，表明这些脂肪细胞可能是胸腺老化过程中胸腺基质细胞的活性成分。而Langhi等[11]最新的研究评估了老化胸腺中的载脂多房细胞(Lipid-laden multilocular cells,LLMC)密度，并表征了它们的分布、超微结构和表型。实验研究了3到24月龄的小鼠胸腺，结果表明小鼠胸腺内的LLMC在青年期就已经存在，并且它们的密度随着年龄的增长而显著增加，表示这些脂肪细胞可能促进了胸腺基质细胞的衰老。之后de Mello-Coelho等[12]的研究也同样证实了脂肪对胸腺衰老的促进作用，实验发现在4月龄(年轻)和18月龄(老年)小鼠胸腺中三酰基甘油酯、游离胆固醇、胆固醇酯和4-羟基壬烯醛(4-HNE)的含量随着年龄的增加而增加。与年轻小鼠相比，在12～14月龄的(中年)小鼠中，鞘磷脂和神经酰胺的水平升高，而老年小鼠胸腺中硫苷脂神经酰胺、神经节苷脂1a、胆固醇酯和4-HNE复合物的水平增加。这表明在小鼠衰老的过程中，胸腺中累积的脂肪种类也会产生变化。而近期研究发现通过热量限制可以维持胸腺上皮细胞的完整性，减少胸腺内脂质的产生，从而减缓胸腺衰老[13]。由此可知，胸腺脂肪含量随着年龄增长而增加，且与年龄依赖性胸腺萎缩有显著的负相关性。严格控制机体脂肪的含量，可以减少脂肪组织对胸腺组织的损伤及取代，这对于延缓胸腺的衰老是最简单且行之有效的方式。

3 过氧化氢酶缺乏和活性氧积累与年龄依赖性胸腺萎缩

在生长发育的过程中，人体许多器官和组织都处于缓慢的、渐进的正常衰老过程中，这是由与有氧代谢和氧自由基密切相关的损伤累积引起的，直到生命晚期才变得明显，并且除了骨骼肌之外，大部分机体衰老还未被注意到[14]。Griffith等[15]最近研究发现胸腺组织的萎缩相比其他组织更早更快，而纯化后的TECs相对机体其他组织更加缺乏过氧化氢酶，这表明活性氧在年龄依赖性胸腺退化的过程中会导致TECs的早期衰老。由于机体终生暴露于有氧代谢的氧化副产物中，导致胸腺细胞大分子损伤，从而造成胸腺萎缩。因此，加用抗氧化剂处理的实验组小鼠的胸腺明显大于对照组小鼠胸腺。在TECs中，特别是在皮质胸腺上皮细胞(cortical thymic epithelial cells,cTECs)中，过氧化氢酶的表达随年龄的增加而减少。利用转基因或者内源性增加过氧化氢酶表达的方法，都能延缓胸腺的萎缩。近期，Saba等[16]的研究发现，红参提取物可以增加超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶的含量，进而增加小鼠胸腺中T淋巴细胞的含量。上述实验结果证明，无论是过氧化氢酶缺乏，还是活性氧积累，均会对cTECs造成代谢损伤，这与年龄依赖性胸腺萎缩密切相关。众所周知，活性氧的积累会导致机体的衰老，而胸腺更是首当其冲。使用过氧化氢酶可以减少活性氧对cTECs的伤害，进而延缓胸腺组织的衰老。

4 细胞因子与年龄依赖性胸腺萎缩的关系

近期有实验发现胸腺中的细胞因子在调节胸腺萎缩中起重要作用，不同的胸腺细胞因子会随年龄的增加而发生不同的变化。在此，将细胞因子大致分为以下两类。

4.1随年龄增加，表达升高的细胞因子 Sempo-wski等[17]获取了50个人类老化期间的正常胸腺，研究了这些个体中的14种细胞因子的mRNA表达谱。结果表明在人类胸腺中，包括白细胞介素6(IL-6)在内的促炎细胞因子会随着年龄的增加而分泌增多。随着胸腺老化，TECs、脂肪细胞或其他基质细胞的抑制性细胞因子，如白血病抑制因子(Leukemia inhibitory factor,LIF)、抑瘤素M(Oncostain M,OSM)、干细胞因子(Stem cell factor,SCF)和IL-6的上调，可能直接或间接地通过皮质类固醇等途径来抵抗IL-7等细胞因子的抗细胞凋亡信号，这些作用机制可能在胸腺萎缩的过程中起促进作用。利用基因探针富集分析(Gene set enrichment analysis,GSEA)来鉴定与衰老相关的基因集，结果显示随着年龄的增长，胸腺具有越来越多的促炎特征。而在小鼠体内的许多促炎细胞因子，如IL-1a、IL-1b、IL-6、IL-12b、IL-18、趋化因子配体2(CXCL2)和肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor,TNF)，在衰老胸腺内的树突状细胞(Dendritic cell,DC)中升高，这表明衰老胸腺中的DC会产生大量的炎症细胞因子，形成炎症累积的环境，这种环境会导致早期的胸腺退化[18,19]。此外，由于炎性小体Nlrp3可以调节Caspase-1的活化，它的激活会促进促炎细胞因子的分泌。有实验研究了缺乏炎性小体Nlrp3的小鼠，实验结果显示，促炎细胞因子IL-1b在衰老胸腺中表达的活跃程度明显下降，使胸腺基质的微环境在衰老过程中得到改善，TECs得以维持[20]。

4.2随年龄增加，表达降低的细胞因子 在衰老胸腺细胞因子的检测中发现，除了促炎细胞因子增加外，还有许多细胞因子随年龄的增加而降低。实验发现，幼年时期胸腺中表达的5种细胞因子(IL-2、IL-9、IL-10、IL-13和IL-14)在老年胸腺中不再表达[17]。除此之外，Youm等[21]研究还发现胸腺中成纤维细胞生长因子21(Fibroblast growth factors,FGF21)的表达随着年龄的增长而下降，而中年小鼠胸腺中FGF21的减少或丧失会加速胸腺的衰老，这增加了小鼠的死亡率。过表达FGF21可以在增加胸腺中棕色脂肪组织的同时减少胸腺空间内的异位脂质，使胸腺在经历脂肪萎缩时维持胸腺微环境。

上述实验表明，细胞因子的表达与机体的衰老密切相关，其通过间接调控胸腺内环境，成为导致年龄依赖性胸腺萎缩的因素之一。胸腺衰老所涉及的细胞因子纷繁复杂，不是单一的细胞因子就能完成调节功能的，在考虑用细胞因子途径来延缓胸腺衰老时，需综合考虑众多细胞因子的联合作用。

5 激素与年龄依赖性胸腺萎缩的关系

5.1类固醇激素 有研究表明，性类固醇激素、睾丸激素、黄体酮和雌激素通过胸腺细胞的核受体起调节作用[22]，这些激素表达水平的增加会引起胸腺的退化，其中雄激素水平的变化与年龄依赖性胸腺萎缩的关系最为密切。雄激素水平的上升往往伴随着胸腺组织的快速萎缩，在青春期时可以观察到最明显的胸腺退化。最近，Velardi等[23]已经证明雄激素可以直接抑制TECs中的某些细胞因子，特别是包括CCL25(一种对T细胞祖细胞进入胸腺至关重要的配体)以及Delta样配体4(DLL4)在内的胸腺生成因子。他们还发现通过抑制性类固醇可以促进CCL25和DLL4的表达，从而使老年胸腺恢复活力，而且可以增强造血干细胞和祖细胞的功能[24]。这表明类固醇激素对胸腺的生成有抑制作用，与年龄依赖性的胸腺萎缩有十分紧密的关联。

5.2生长激素释放肽 人类生长激素释放肽(Ghrelin)是一种由28个氨基酸组成的新的内源性脑肠肽。通过其与生长激素释放激素受体-1a(Growth hormone secretagogue receptor-1a,GHSR-1a)结合，促进生长激素(Growth hormone,GH)的释放[25]。随着年龄的增加，Ghrelin和GHSR-1a表达会减少，胸腺内早期胸腺细胞祖细胞(Early thymic progenitor cells,ETP)也会减少，导致胸腺内脂肪细胞浸润和胸腺萎缩。有实验研究了Ghrelin和GHSR-1a基因缺陷小鼠[26]，结果发现此激素的缺乏会加速与年龄相关的胸腺退化[26]。此外，还研究了胸腺退化的小鼠，实验发现Ghrelin有阻止促凋亡蛋白(如Caspase-3)的作用，可以有效阻断胸腺细胞的凋亡。通过补充外源性Ghrelin可以增加ETP的含量，减少脂肪细胞的沉积，使老化的胸腺恢复活力，提高T细胞抗原受体(T cell receptor,TCR)的多样性。这些实验结果表明，Ghrelin和GHSR-1a是影响胸腺年龄依赖性萎缩的重要因素。

6 结论

随着年龄的增加，FOXN1减少、脂肪累积、氧化损伤累积、炎性因子增加等因素都会造成胸腺的萎缩，而在除去相应的负面刺激后，胸腺可以保持显著的再生能力[22,27]，受年龄影响的胸腺可逐渐恢复到稳定状态。胸腺的大小和功能的持续再生可以增强老年人免疫系统功能，提高老年人的健康水平，为健康的延续提供巨大的希望。但是治疗胸腺萎缩的方法仍然有待解决。更全面了解年龄依赖性胸腺萎缩的相关因素，可以为逆转或预防老龄胸腺萎缩的研究提供更多的信息和理论基础。