免疫衰老与心血管疾病①

宋雨薇 冯 娟

（北京大学基础医学院生理学与病理生理学系，北京100191）

衰老是生物体随着时间的推进，各种机能逐渐减弱或丧失直至死亡的生理过程或现象。衰老是一个复杂的相互关联的动态过程，并最终导致对急慢性疾病的易感性上升。随着社会经济条件和医疗水平改善，人类寿命不断延长，导致老龄化现象日益严重。因此机体衰老相关研究日益受到关注，逐渐成为相对独立的研究领域。免疫系统功能失调是衰老过程中多数生物变化的中心环节［1］。

机体免疫系统能够识别和清除“非己”物质，可分为固有免疫和适应性免疫两大类，两者相辅相成、密不可分。人体免疫衰老过程涉及的机制较为复杂，固有免疫细胞与适应性免疫细胞均在此过程中发生一定程度功能和数量的改变，更容易导致机体相关疾病的发生。

心血管疾病是一类与年龄密切相关的疾病，且免疫系统在其发生发展过程中起重要作用。因此，免疫衰老的概念在心血管疾病的研究中得到了越来越多的关注。本文将对免疫衰老基本特征，免疫衰老对固有免疫系统和适应性免疫系统的影响及免疫衰老导致心血管疾病的相关分子机制进行综述。

1 免疫衰老概述和基本特征

人体免疫系统在保护个体免受环境压力和其他生物攻击中发挥重要功能。但衰老状态下，免疫系统通常表现为相对持续的低度激活状态；当受到外界刺激时，其动态响应变弱，幅度降低，这种慢性炎症状态和有效防御能力降低的组合通常称为免疫衰老［2-3］。值得注意的是，免疫衰老是目前公认的对衰老机体内免疫系统变化的总称，这既不是一种分类标签，也不是对某种功能和机制的统一定义。

免疫衰老涉及免疫系统中一系列衰老引发的改变，主要有两个特征：①免疫反应缺陷。免疫能力的降低是老年人易患感染、肿瘤以及自身免疫性疾病的重要原因［2，4-5］。②系统性慢性炎症。机体持续低度的炎症状态是多种老年性疾病的发病机制之一，如动脉粥样硬化、阿尔兹海默病、骨质疏松症等。为进一步解释免疫衰老产生原因，明确免疫衰老与相关疾病在发病机制上的关系，本文首先对免疫衰老的这两种特征表现进行阐述。

1.1 免疫反应缺陷

1.1.1 骨髓退化 巨噬细胞、单核细胞等寿命较短的免疫细胞主要依赖于骨髓的补充。在骨髓中，造血干细胞（haematopoietic stem cells，HSCs）可分化为多种细胞类型，包括髓系细胞（即粒细胞、单核细胞和树突状细胞）和淋巴系细胞［即T 细胞、B 细胞和自然杀伤（natural killer，NK）细胞］等。 因此，HSCs的功能缺陷会影响许多免疫细胞类型，这是与年龄相关的免疫缺陷的原因之一。随着年龄的增长，人类的骨髓表现出显著的结构变化，包括骨髓密度降低和血管生成增加［6-7］。同时，HSCs 也发生了与年龄相关的细胞自主性改变，如再生潜能的降低和表观遗传标记的丧失，从而导致基因表达谱的改变［8-9］。重要的是，目前一些研究表明老年人体内的HSCs 更倾向于向髓系细胞分化，而向淋巴系细胞分化和成熟的能力降低，从而导致T 细胞和B 细胞的前体细胞数量随着年龄的增长而下降［10-11］。

1.1.2 胸腺退化 T 细胞的发育主要发生于胸腺。胸腺功能随着年龄增长而发生退化。尽管其能力显著降低，老年个体的胸腺仍保留了促进T 细胞分化和产生新生T细胞的能力。胸腺退化是老年人感染、癌症、疫苗接种失败等增加的主要原因之一［12］。这一变化被认为是由多种因素引起的，包括性激素和氧化应激诱导的损害，但确切的机制有待进一步研究阐明［6，13］。

1.1.3 次级淋巴器官退化 次级淋巴器官的结构呈现高度组织化，有助于建立分化的T 和B 细胞区。随着年龄增长，淋巴结和脾脏均表现出明显的纤维化，使T细胞和B细胞分布区域发生紊乱［14-15］。这些变化都可能对基质细胞和淋巴细胞之间的时空调控产生不利影响，从而损伤幼稚T细胞存活，并阻碍自身反应性淋巴细胞的清除［16-17］。

1.2 系统性低度慢性炎症——炎症衰老 免疫衰老的另一主要特征是机体表现为持续性的促炎状态，即炎症衰老［18］。主要有3个特点：①血液中多种促炎细胞因子浓度升高，包括C-反应蛋白（C-reactive protein，CRP）、IL-18、TNF-α 和IL-6［19-20］；②衰老血管的内皮、平滑肌及外膜细胞中促炎基因表达增加［21］；③炎症介质导致细胞NF-κB 信号通路的慢性激活［22］。

衰老机体内存在持续的抗原攻击。抗原主要包括病原体、内源性细胞碎片以及营养物质和肠道菌群。炎症衰老的主要原因之一即是由于这些慢性抗原刺激导致的记忆和效应T细胞克隆增多而过度填充免疫空间；巨噬细胞和大多数器官组织中的免疫细胞被激活，从而导致持续性的促炎状态。衰老过程中的氧化还原失衡是机体免疫系统持续激活的另一个原因。活性氧（reactive oxygen species，ROS）产量的增加和抗氧化防御系统的减少会导致ROS的净增加，继而上调促炎基因的表达［23］。

一方面，持续性的促炎状态通过多种机制降低机体免疫系统保护宿主免受感染的能力。例如，TNF-α作为一种在衰老过程中增加的全身性促炎介质，会损伤机体抗肺炎链球菌的免疫功能［24］。另一方面，炎症衰老促进骨髓中的干细胞更倾向于向髓样分化而减少向淋巴样细胞前体的分化，从而导致淋巴细胞减少和机体适应性免疫应答不良。随后，这些炎症反应发生恶性循环而放大，加剧免疫衰老，从而成为许多慢性疾病发生的高危因素。

2 免疫衰老发生机制

在衰老过程中，机体免疫功能发生逐步、整体的重构。与细胞衰老不同，免疫衰老作为一个更广泛的术语，涵盖了免疫系统的所有与年龄相关的变化，即先天性免疫、获得性免疫以及两者失衡，包括：先天性免疫中巨噬细胞、NK 细胞以及相关细胞因子等数量和功能变化；获得性免疫中T 细胞和B细胞数量和功能的降低［25］。研究发现衰老过程中获得性免疫显著下降，而先天性免疫的变化相对较小［26］。下文将从免疫细胞及相关免疫分子的角度，具体阐释免疫衰老的发生机理。

2.1 先天性免疫系统的免疫衰老 先天性免疫细胞激活过程中均观察到年龄相关的缺陷，且这些缺陷与受损的信号通路有关。另外，持续性低水平先天性免疫激活可能加重老年个体的组织损伤。因此，先天性免疫衰老表现为机体免疫功能失调或免疫功能受损。

2.1.1 中性粒细胞 中性粒细胞的寿命很短，在无刺激的情况下会在较短时间内发生凋亡。但老年人中性粒细胞数量相对较高。主要原因是老年人体内的慢性促炎环境可使率先激活的中性粒细胞凋亡减少，生存时间延长［27］。在机体老化过程中，中性粒细胞将从骨髓中迁移并渗透到外周组织，主要包括棕色脂肪组织、白色脂肪组织、肝组织和肾组织［28］。中性粒细胞在功能上的年龄相关变化主要表现为趋化性降低、吞噬功能障碍和杀菌特性降低、ROS 和中性粒细胞胞外诱捕网（neutrophil extracellular trap，NET）释放异常。中性粒细胞发生免疫衰老后，其参与吞噬功能的激动蛋白、微管蛋白、肌球蛋白减少以及细胞表面分子IgG Fc 受体Ⅲ（CD16）表达减少，从而影响由Fc 受体介导的超氧化物的吞噬作用［29-30］。另外，衰老中性粒细胞表面Toll 样受体（toll-like receptor，TLR）的表达降低，特别是TLR1，使其在炎症刺激后表现为较低的代谢活性，即糖酵解减少，也将进一步导致其激活适应性免疫反应能力降低［31］。

2.1.2 NK 细胞 在老年个体中，NK 细胞数量增加，且其表型也发生显著改变。例如，CD56 为NK细胞表面标志物，其存在于2 个不同的群体：CD56Bright和CD56Dim。CD56Dim亚群主要负责直接清除被病毒感染或转化的细胞；而CD56Bright亚群是细胞因子和趋化因子的主要来源，分泌TNF-α、IFN-γ以及巨噬细胞炎症蛋白-1α（macrophage inflammatory protein 1α，MIP-1α）和MIP-1β 等。随着年龄的增长，CD56Bright亚群逐渐减少，CD56Dim亚群逐渐增多［32］。另外，NK 细胞凝集素样受体亚家族G 成员1（killer cell lectin-like receptor subfamily G member 1，KLRG1）、天然细胞毒性触发受体（natural cytotoxicity triggering receptor，NCR）家族成员NKp46 的表达降低，这将导致其识别外界信号而激活的能力下降。因此，在单个细胞功能水平上，NK 细胞介导的细胞毒性下降［33］。

2.1.3 单核/巨噬细胞 单核/巨噬细胞谱系表现出年龄相关变化。一方面，细胞效应功能下降，包括趋化性、细胞毒性、细胞内杀伤和抗原呈递作用等［34-35］。例如，在老年受试者的外周血单核细胞中发现，单核/巨噬细胞细胞膜的人白细胞DR 抗原（human leukocyte antigen-DR，HLA-DR）水平降低，提示其抗原呈递功能下降［36］。同时，单核/巨噬细胞表达的TLR1 水平降低，因此老年人对TLR1/2 特异性刺激的反应减弱，其诱导的TNF-α 和IL-6 的产生减少，提示单核/巨噬细胞谱系存在年龄相关性功能障碍［31］。另一方面，与前述炎症反应随衰老而减弱相反，免疫衰老还表现为一些单核细胞更倾向于促进炎症表型的M1极化。例如，来自老年个体的单核细胞在基础状态表达较高水平的细胞内TNF-α［37］。老年受试者的循环血单核细胞群中，CD14+CD16+非经典单核细胞比例增加，这类细胞亚群在没有特定刺激的情况下，会分泌更多的MIP-1α、MIP-1β、TNF-α、IL-6 和IFN-γ［38］。因此，单核/巨噬细胞在衰老个体中总体表现为静息状态下促炎细胞因子生成增加，而对外界刺激的反应能力减弱。

2.2 获得性免疫系统的免疫衰老 获得性免疫反应同样受衰老过程的影响。骨髓和胸腺中与年龄相关的变化导致T 细胞和B 细胞生成受损，从而损伤老年人体内T细胞和B细胞库的多样性和平衡。

2.2.1 T细胞 T细胞功能在衰老过程中经历了持续的变化。随着衰老进程，T 细胞的免疫库有逐渐缩小的趋势，幼稚T细胞比例降低，而记忆细胞比例提升［39］。CD4+T 细胞亚群的变化在于2 型辅助T 细胞（T-helper lymphocyte type-2，Th2）和调节性T 细胞（regulatory T cells，Tregs）的数量随着衰老而增加，导致对新抗原的适应性免疫应答进一步降低，记忆反应也随之改变。CD8+T 细胞随着年龄的增加而分泌更多促炎细胞因子，如IFN-γ、IL-2 和TNF-α［39］。已发现IFN-γ 高表达的T 细胞浸润于老年小鼠的神经系统，从而激活其附近细胞的干扰素信号，进而减少神经干细胞的数量［40］。

随着年龄的增长，具有衰老表型的T 细胞会不断积累并促进免疫衰老［41-42］。衰老表型T 细胞的产生与端粒功能障碍、丝裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）激活和线粒体功能障碍有关，继而导致NF-κB 驱动的促炎因子分泌增加，即表现出衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）［43］。衰老的T 细胞会表达程序性死亡受体-1（programmed cell death-1，PD-1）、T 细胞免疫球蛋白黏蛋白分子-3（T cell immunoglobulin and mucin domain containing molecule 3，Tim-3）以及共表达免疫衰老标志物CD244和CD57。目前联合PD-1/PDL-1 和Tim-3 阻断已被提出用于预防血液恶性肿瘤患者的T 细胞衰竭。另外，具有CD27-CD28-CD57+表型的晚期分化记忆CD8+T 细胞是目前已建立的衰老标志物［44］。这类亚群寿命更长，增殖更少，其免疫功能和T 细胞受体（T cell receptor，TCR）多样性降低。这一现象可能是由于来自微生物或机体内部改变的组织和分子碎片作为慢性抗原刺激所导致［45］。

2.2.2 B 细胞 免疫衰老过程中，B 细胞的功能和数量以及体液免疫也发生相应的改变。在数量上，促炎微环境和骨髓中造血组织的减少导致原B细胞的数量降低，从而分化为前B 细胞和成熟B 细胞的数量减少，因此外周血液循环的幼稚B 细胞数量减少，同时伴随着记忆B 细胞数量的相对增加［46］。在功能上，由于T细胞依赖性反应中Th的缺失，引起B细胞功能降低。反之，B 细胞本身是重要的抗原呈递细胞，对T细胞激活、发育等关键功能也具有重要调控作用。因此，T 细胞功能的受损可能部分也源于B 细胞的抗原呈递的辅助作用不充分，总之两者之间存在交互调控。

FRASCA 等［47］发现，B 细胞在对于疫苗的特异性反应均随着年龄的增长而降低，即B 细胞会发生年龄相关的免疫缺陷。这些变化包括免疫球蛋白类别转换重组（class switch recombination，CSR）的减少、胞苷脱氨酶（activation-induced cytidine deaminase，AID）表达以及转录因子E47 表达的降低［48］。同时，与TCR 类似，B 细胞抗原受体（B cell receptor，BCR）仅表现出有限的多样性。与年轻个体相比，老年人中免疫球蛋白M（immunoglobulin M，IgM）和IgD水平降低，这一现象与从幼稚细胞向记忆B 细胞的分化有关［49］。相反，在衰老过程中，IgG 水平增加，特别是IgG1、IgG2 和IgG3［50］。而各IgA 亚类也显著变化，但各自变化不同，血清和唾液中单体IgA1 显著增加，聚合IgA2 减少，特别是在痰液中［51］。总之，老年人骨髓中B细胞前体数量减少将最终导致抗体多样性缺乏，使得对病毒和细菌的反应能力降低以及对疫苗的反应性减弱。

3 免疫衰老与心血管疾病的发生

随着年龄的增长，高血压、动脉粥样硬化和腹主动脉瘤等心血管疾病的发病率急剧上升。免疫衰老至少在一定程度上促进心血管系统的一系列不良结构重构和功能改变。FERRUCCI等［52］研究了老年人中炎症标志物水平的上升与心血管疾病发病率的关系，结果发现心血管危险因素、发病率和患病率随着年龄的增长而提高，并与促炎标志物水平的升高有关。

3.1 动脉粥样硬化 动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病，也是多种心血管疾病的共同病理基础，在老年人中更为常见。已有研究发现，人体颈动脉和冠状动脉中的效应记忆CD4+T细胞的浸润程度与动脉粥样硬化的严重程度相关，且循环中衰老的CD4+T 细胞增加与亚临床动脉粥样硬化程度呈正相关。此外，临床研究数据表明衰老的CD4+CD28-T细胞数量与不稳定的冠状动脉疾病相关，并与缺血性心脏病的炎症过程的严重程度相关。由此可见，免疫衰老过程中产生的具有衰老相关分泌表型的衰老T 细胞群有助于动脉粥样硬化的发生和进展［45］。免疫衰老过程中大量产生的单核-巨噬细胞同样是动脉粥样硬化发生发展的重要参与者。炎症巨噬细胞会通过分泌细胞因子、蛋白酶和其他因子，加剧斑块病灶的形成，也参与调控斑块形态变化、斑块破裂和急性内腔血栓形成过程［53］。目前认为，外周血单核细胞的炎症表型可能预示心血管事件［54］。

在上述慢性炎症刺激下，一方面可能导致血管内皮功能障碍，这是血管衰老的早期标志，利于动脉粥样硬化的发展［55］；另一方面，血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）被激活，由收缩表型向合成表型转变，继而从血管中膜迁移到血管内膜，产生大量细胞外基质（extracellular matrix，ECM），从而使动脉壁增厚［56］。另外，炎症刺激的VSMCs 还可转分化为成骨细胞表型，从而使动脉发生矿化和钙沉积。同时，免疫衰老造成的炎症环境激活基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP），从而降解弹性蛋白和血管壁的胶原蛋白，造成血管壁重构［57］。以上机制都导致动脉硬度增加，且随着时间推移，可能发展为动脉粥样硬化及相关疾病。因此，衰老过程中免疫系统的改变与动脉粥样硬化发生和发展存在密切联系，但具体机制仍未被阐明。

3.2 高血压 高血压在老年人群中也有较高的发病率，其原因至少在一定程度上与免疫衰老所导致的心血管系统一系列不良重构有关。部分病例的发病机制与动脉粥样硬化具有一定的相似性。例如，当体内血管斑块引起肾动脉血流受阻时，可能导致继发性高血压［58］。在实验性高血压中，血管紧张素Ⅱ通过激活T细胞产生TNF-α而引发机体血管慢性炎症，继而导致血压升高；阻断TNF-α 下游信号可预防高血压和血管紧张素Ⅱ引起的血管ROS产生增加［59］。由此可见，靶向炎症衰老相关因素的治疗能够在一定程度上预防或缓解高血压发生。

原发性高血压患者外周血中的CD8+CD28-或CD8+CD57+T 细胞频率提高，这些均为衰老T 细胞表型。同时趋化因子（C-X-C 基序）配体9［chemokine（C-X-C motif）ligand 9，CXCL9］、CXCL10 和CXCL11这3 种趋化因子在血液循环的表达水平增加，促进炎症反应的发生。此外，在高血压患者的外周血中，产生IFN-γ、TNF-α、穿孔素或颗粒酶B 的CD8+T细胞的数量增加［60］。对于这一临床现象，可通过免疫衰老的过程进行部分解释，即持续的抗原刺激导致T 细胞表面CD28 的丧失和CD57 的增加，使衰老的T细胞积累。这些细胞通过释放促炎细胞因子和细胞毒性介质促进血管内皮细胞增生、增厚以及血管活性物质的释放，导致高血压的发生。但是，目前尚不清楚衰老的T细胞是原发性高血压的诱因还是仅仅是该疾病的伴随现象。同时造成衰老T细胞积累的具体原因仍有待研究。

3.3 腹主动脉瘤（abdominal aortic aneurysm，AAA）

AAA 是一种与年龄相关的疾病，其导致主动脉壁薄弱且扩张，并可能发展为致命的主动脉壁突然破裂点。慢性炎症目前被认为是AAA 发病的驱动力。一方面，随着年龄的增长，先天性免疫和适应性免疫应答的改变降低了免疫系统迅速行动和适时消退的能力，从而导致引发AAA 的慢性炎症发生。细胞外基质和外膜的炎症特征在于嗜中性粒细胞、肥大细胞、巨噬细胞和淋巴细胞的浸润。其释放出的多种免疫反应性介质可降解主动脉壁弹性纤维，并引发血管壁的进一步扩张和破裂［61］。另一方面，在衰老过程中，氧化应激激活血管壁各种细胞的NF-κB信号通路，即免疫衰老基本表型。该表型将导致促炎细胞因子以及基质金属蛋白酶MMPs的表达和释放增加，继而降解主动脉壁细胞外基质，导致主动脉中层退行性变。抑制NF-κB活性则抑制了实验性动脉瘤的形成［62］。此外，在衰老过程中，可诱导细胞因子释放和促进免疫招募的促炎性介质前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）在动脉瘤壁内合成增加，浸润的巨噬细胞对环氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX2）呈阳性染色，表明在动脉瘤发育过程中COX2 介导产生PG 的代谢途径增强［63］。COX 合成PG 的过程中产生高水平的ROS，从而加剧免疫衰老［64］。ROS 产生和PG 表达的增加导致了机体免疫衰老状态，从而促成老年人主动脉壁内慢性免疫活化的发展，导致动脉瘤的形成。

3.4 慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）CHF 是心血管疾病的终末期表现和主要死亡原因之一，其发病机制同样与免疫衰老引发的慢性炎症有关。心肌和外周组织中TNF、IL-6和IL-1β的积累在心衰的发生和发展中发挥重要作用［65］。血浆促炎细胞因子水平在一定程度上预测CHF 患者的短期或长期生存率。已有研究发现，在CHF 患者的心肌组织中检测到TLR-4调控的促炎细胞因子的增加和TLR-4 受体的表达增加；患者的单核细胞也存在TLR-4 和TLR-2 表达的上调，这表明CHF 患者体内发生过度激活的先天免疫反应和促炎细胞因子的增加［27］。细胞因子的上调通过损伤心肌成纤维细胞重塑心脏结构［66］。另外，这种慢性炎症状态的长期维持也将进一步促进T 细胞的持续活化和增殖，从而导致T 细胞的分化和衰老［65］。目前，晚期CHF患者的外周血中已经观察到中性粒细胞数量显著增加和淋巴细胞计数降低的现象，具体表现为B 细胞、细胞毒性T 细胞以及幼稚T 细胞数量显著减少，而记忆性T 细胞数量显著增加，这表明晚期CHF 患者中存在明显的免疫衰老现象［67］。因此，及时监测CHF 患者机体的免疫衰老状态，将有利于防止其产生与免疫应答受损有关的病理或感染。

4 总结

免疫衰老作为一个生理过程，其涉及的机制较为复杂，包括先天性免疫和适应性免疫细胞的表型和功能的多种改变，同时伴随慢性低度炎症，即炎症衰老。但是，目前关于免疫衰老发生的具体原因尚不明确，免疫衰老这一现象似乎也不局限于老年人群中，部分年轻人免疫系统的羸弱同样会增加其易感染或患病风险。且研究发现健康的免疫系统似乎是百岁老人长寿秘诀，这使得我们对于免疫衰老的理解日益深入［18，68］。另外，免疫衰老与炎症老化目前被广泛认为是大多数老年慢性疾病，特别是心血管疾病的根源，对免疫衰老特征表型的明确将有助于我们了解与年龄有关的慢性疾病潜在的发病原因，也将对这些疾病的发生起到一定预警作用。但是，炎症不是这些与年龄相关的慢性疾病发病的唯一原因，它可能仅代表一种共同的途径。因此，关于免疫衰老的研究将有助于我们更加了解机体的衰老过程，找到减缓衰老、治疗疾病的新途径。

目前，通过胸腺替代物靶向免疫衰老，针对巨细胞病毒（cytomegalovirus，CMV）的有效疫苗，靶向抗炎干预或针对衰老细胞或炎症小体的干预已经初显成效［27］。另外，移植干细胞的免疫重建也有望成为老年性疾病的新型治疗策略。但是，目前关于免疫衰老及其治疗的研究仅仅停留在大量动物实验的基础上，缺乏足够有效的临床试验数据。因此将上述的干预措施及治疗策略真正用于人类将是非常漫长的，需要不断深入的理论探究及临床验证。