作者：孙怡 韩秀迪 刘学东
单位：潍坊医学院临床医学院 潍坊医学院；青岛市市立医院呼吸与危重症医学科
引用本文: 孙怡, 韩秀迪, 刘学东. 免疫衰老与炎症在肺部疾病中的研究进展 [J] . 中华结核和呼吸杂志, 2024, 47(2) : 178-182. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20230902-00128.
摘要
世界人口正在以人类历史上前所未有的速度老龄化。随着老年人口数量的增加，老年肺部疾病的发病率升高，因此进一步理解老年患者肺部疾病的病理生理学至关重要。与年龄相关的免疫系统功能变化和肺实质变化伴随着人的一生。免疫衰老是指老年人的免疫状况呈现出先天性和适应性免疫力下降的趋势。随年龄增长，先天免疫系统和适应性免疫系统的变化会导致免疫系统的失调和能力降低。低水平慢性炎症状态被称为炎症衰老，由免疫衰老所驱动。在本综述中我们将讨论免疫衰老与炎症衰老在慢性阻塞性肺病、特发性肺纤维化、哮喘和肺部感染等肺部疾病中所发挥的作用。了解老年人与年轻人肺部疾病的表现不同，寻找新的治疗位点，或可改善住院患者临床结局，为临床医生提供新思路。随着全球老龄化进程的不断延长，与衰老相关的疾病越来越受到人们的重视。预计到2050年，全球范围内65岁以上老年人口数量将超过20亿［1］。文献报道，老年患者在慢性阻塞性肺疾病（简称慢阻肺）［2］、肺部感染［3］、支气管哮喘（简称哮喘）［4］、肺癌［5］、特发性肺间质纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）［6］等肺部疾病中的死亡风险急剧增加。衰老是一个复杂的生物过程，在分子层面，衰老的标志性特征包括基因组不稳定、端粒缩短、表观遗传改变、蛋白质稳态丧失和营养感知失调。在细胞层面，衰老与干细胞衰竭、线粒体功能障碍、细胞衰老以及细胞间通信改变有关［7］。目前，学者们已经提出了导致老年人不良结局的免疫反应机制：免疫衰老和炎症衰老，二者被认为是衰老免疫系统的关键特征。衰老的免疫系统失去对病原体及癌细胞的有效反应，并使机体呈现出慢性、低度炎症状态。本文汇总了免疫衰老及炎症衰老的最新研究进展，解释二者的概念及其对肺部相关疾病的调控机制和作用，分析未来可能治疗的位点，简要综述如下。一、免疫衰老
与年轻人相比，老年人的免疫状态呈现出先天性免疫和适应性免疫能力下降的趋势。这种与年龄相关的免疫过程被称为免疫衰老［8］（immunosenescence）。其特征包括：骨髓和胸腺中B细胞和T细胞的产生显著降低，二级淋巴组织中成熟淋巴细胞的功能下降，幼稚T细胞的合成和激活减少［9］，以及引起持续性低浓度的炎症反应。免疫能力的下降可以导致多种临床表现，如反复和持续感染、自身免疫性疾病及对抗肿瘤能力降低等。本文我们重点关注其对各种肺部疾病的影响。衰老可通过影响巨噬细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞等先天免疫细胞，从而引起机体先天免疫能力的下降。巨噬细胞是炎症事件的启动和解决的中心，其趋化性、抗原呈递能力和吞噬作用随年龄增长而降低，导致老年人疾病易感性增加［10］。研究表明，老化的骨髓巨噬细胞中的清道夫受体Mrc1/CD206的表达减少，导致小鼠骨髓巨噬细胞的吞噬功能产生缺陷［11］。中性粒细胞吞噬能力、趋化性亦随年龄增长而下降［12, 13］。此外，充当先天免疫及适应性免疫桥梁的树突状细胞（dendritic cell，DC）在老年人中表现迁移和吞噬功能受损，而TNF-α及IL-6等炎症因子的产生增加［14］。对于适应性免疫系统的变化被很多学者认为是老年人患病易感性增加的主要原因。衰老使得老年人适应性免疫系统出现B细胞功能丧失、T细胞库萎缩等特征［15］。B细胞、CD4+T细胞和CD8+T细胞是适应性免疫系统中的主要有效淋巴细胞。免疫系统功能随年龄增长而下降，适应性免疫系统会减弱，胸腺退化会导致幼稚T细胞的产生减少［16］。衰老会降低骨髓中的B细胞分化和成熟B细胞的输出［17］。免疫反应的不适当扩增和失调，不仅导致对细菌和病毒感染的易感性增加，还导致感染性疾病的不良预后［16］。二、免疫衰老与炎症
持续低水平的慢性炎症状态被称为炎症衰老［18］（inflamm-aging），被认为由免疫衰老所驱动。目前已知调节炎症的关键基因包括胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor-1，IGF-1）信号通路、雷帕霉素（target of rapamycin，TOR）靶点和AMP激活蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）［7］。Franceschi等［19］于2000年首次提出炎症衰老这一概念，在健康的老年人中，即使没有感染和损伤，也观察到白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、IL-6和TNF-α等促炎介质水平升高。Kojima等［20］发现，IL-6/sIL-6Rα可能促进组织衰老，他们的产生不仅是衰老的结果，且在某些情况下可能反过来导致或者增强了衰老这一结局。另一项研究显示，胸腺T调节细胞（Tregs）有助于防御自身免疫与炎症，Tregs与辅助T细胞17（T-helper 17，Th17）和慢性炎症的持续存在有关［21］。除此之外，IL-6也与患者的不良结局和病死率有关，老年人树突状细胞分泌的促炎细胞因子TNF-α和IL-6水平增加，并促进持续、低浓度的慢性炎症［22］。目前发现许多因素都能够影响炎症衰老，一方面，免疫衰老导致炎症的促炎因子积累，驱动炎症的发展。另一方面，衰老细胞可产生血管生成因子、趋化因子、细胞因子、蛋白酶和生长因子等衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）。SASP通过招募可能引起炎症的免疫细胞来激活炎症反应。因此，炎症衰老可能是由老年人的SASP和先天免疫细胞功能障碍等复杂因素的相互作用引起的。数年的应激反应积累改变了老年人的免疫系统，导致相关免疫器官破坏，以及由于不同程度的炎症导致的免疫反应功能障碍。因此，免疫衰老和炎症衰老被认为是多种老年病的共同发病基础。三、免疫衰老、炎症与肺部疾病
1.慢阻肺：全球超过2.5亿人罹患慢阻肺，是全球人群发病和死亡的主要原因［23］。慢阻肺的特征是由于气道和（或）肺泡异常导致的持续呼吸道症状和气流受限，其发病率随年龄增长显著升高［24］。衰老被认为是慢阻肺进展的主要危险因素之一。慢阻肺是一种慢性炎症性疾病，研究发现，炎症标志物IL-6的水平与用力肺活量（FVC）和第1秒用力呼气量（FEV1）呈负相关［25］。这在一定程度上解释了炎症衰老可能使得老年人肺功能下降。研究发现，慢阻肺患者肺细胞表现出SASP，其特征是衰老肺细胞分泌IL-6、IL-8等促炎分子［26］，这进一步促进了慢阻肺的发生。先天免疫系统和适应性免疫系统都参与慢阻肺慢性炎症的发展。慢阻肺主要由1型免疫反应和3型免疫反应所驱动［24，27, 28］。有研究表明，慢阻肺和免疫衰老都与吞噬细胞（单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞）数量的增加有关。此外，宿主的防御能力下降，包括巨噬细胞吞噬能力下降、趋化性减弱、中性粒细胞的杀菌功能下降以及树突状细胞和自然杀伤细胞的能力改变［29］。Fernandes等［30］研究指出，与年轻人相比，慢阻肺患者中CD4+T细胞和CD8+T细胞的效应记忆细胞、中央记忆细胞等细胞亚群表现出表达分化、衰老及衰竭标志物的细胞比例增加。Treg和Th17细胞在调节自身免疫和慢性炎症的发展方面存在相互作用，研究发现，Th17和Treg细胞之间的不平衡可能导致慢性炎症反应［31］，这可能减缓了慢阻肺气道炎症的缓解。综上，在慢阻肺的发病过程中，免疫衰老与炎症衰老发挥着不可或缺的作用，关注免疫系统与炎症因子在老年慢阻肺患者的发展可能成为日后治疗慢性阻塞性肺疾病的重要方式。2.IPF：IPF的发病率随年龄增长而增加［32］，目前其发病原因尚不清楚，但IPF的发病机制涉及肺泡上皮细胞持续性微损伤和随后高度失调的损伤修复反应；成纤维细胞和胶原的积聚在肺组织留下瘢痕并导致气体交换障碍［33］。很多衰老的特征都可以在IPF中体现，如CD4+T细胞和CD8+T细胞减少［34］。成纤维细胞会促进IPF细胞外基质重塑。Romero等［35］对比研究了健康年轻人群肺成纤维细胞、健康老年人群肺成纤维细胞及IPF患者肺成纤维细胞，通过LC3‐Ⅱ的数量来确定自噬水平。溶酶体抑制剂氯喹处理24 h后，与健康老年人群和IPF患者成纤维细胞相比，健康年轻人肺成纤维细胞观察到LC3‐Ⅱ通量显著增加，说明了衰老会降低IPF患者成纤维细胞的自噬活性。而在先天免疫中，气道巨噬细胞（Airway macrophages，AMs）是气道防御的关键组成部分，与IPF的发病机制有关。研究发现，与对照组相比，从IPF患者中分离的气道AMs表现出吞噬活性降低［36］。这解释了先天免疫细胞对于IPF的发病机制。与免疫衰老相关的炎症衰老相比，IPF会出现慢性炎症状态。IL-6和TNF-α等炎症因子随着机体衰老呈现持续低水平状态，在IPF中检测到IL-8、IL-6和CCL2的水平轻度升高［37］。IPF患者的疾病发生发展机制或许与众多免疫细胞及细胞因子密切相关，IPF的免疫细胞学研究与免疫衰老及炎症衰老不可分割。3.哮喘：文献报道，全球估计超过3亿人患有哮喘，且患病率仍在持续上升［38］，老年哮喘患者的患病率和病死率更高［39］。哮喘是一种由免疫细胞和残留气道细胞介导的慢性气道炎症。许多因素可能导致老年哮喘患者的结局较差，其中包括衰老对免疫功能的影响。免疫细胞Tregs在抑制效应细胞和保持自我耐受性方面发挥关键作用。Birmingham等［40］发现，Tregs在年轻患者中更有可能发挥保护作用，而在老年患者中的保护作用较弱。衰老使得适应性免疫功能受到影响，缺少了Tregs发挥保护机制，影响老年人哮喘的病理生理过程。老年哮喘患者气道和全身炎症可能发生了改变。如中性粒细胞和嗜酸性粒细胞数量增加，影响IL-6和IL-8等细胞因子的表达，导致老年哮喘患者哮喘控制变差。免疫衰老损害老年人的先天性和适应性免疫，通过SASP改变2型高、低型炎症，促进老年哮喘患者的炎症发展［41］。一项对照研究表明［42］，与健康对照相比，哮喘患者肺泡灌洗液中IL-17数量显著增加。此外，哮喘患者肺泡灌洗液及痰液中的巨噬细胞和淋巴细胞百分比较健康对照者偏低。这种免疫细胞及炎症因子的变化可能影响哮喘的发生发展。最新研究显示，老年哮喘患者诱导痰中肿瘤坏死因子-γ（tumour necrosis factor-γ，TNF-γ）、白细胞介素（interleukin，IL）-17A、IL-8水平明显升高［43］。哮喘患者的呼吸道中存在衰老巨噬细胞，其导致更高水平的促炎细胞因子和活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生，导致气道炎症和氧化应激增加。一项病例对照研究对比了48例3~11岁的哮喘儿童和14名与之年龄匹配的健康对照儿童，发现与对照组相比，哮喘患儿的IL-1β和IL-6对变应原尘螨和脂多糖的反应显著降低，且哮喘儿童的先天淋巴细胞频率明显更高［44］。这些结果表明，免疫功能及炎症的变化可能影响哮喘儿童的疾病进展。衰老的T细胞会改变T细胞介导的适应性免疫，功能下降，导致免疫反应受损，感染易感性增加。由此可见，慢性炎症能够影响老年哮喘患者疾病的病理生理。免疫系统的衰老是老年哮喘患者免疫系统的关键改变因素。4.肺部感染性疾病：我国社区获得性肺炎的年发病率为7.13/1 000人，且随年龄增长，从2.40/1000人年（18~30岁）增加到14.98/1 000人（≥80岁）［45］。年龄较大或合并基础疾病的肺炎患者预后不良的风险更大［46］。匈牙利的一项针对CAP的回顾性研究发现，≥85岁患者的30 d病死率是65~84岁年龄段患者的3倍［47］。提示，衰老是影响肺炎发病率和病死率的重要因素。衰老使宿主气道纤毛跳动频率变慢，气道黏液的特性发生变化，导致肺部感染率升高，同时人体免疫系统的变化使得易感性增加。在小鼠研究中发现，衰老会降低CD8+T细胞的多样性以及对流感病毒感染的免疫反应，且幼稚和记忆T细胞的数量随着年龄的增长而减少［9］。Franco-Leyva等［48］进行的前瞻性研究表明，入院时早期分化CD28+及CD27+T细胞水平升高与65岁以上社区获得性肺炎住院患者良好的预后相关。随着全球COVID-19大流行，老年患者病死率居高不下，越来越多的学者关注到免疫衰老及炎症在新型冠状病毒感染肺炎中的作用。新冠病毒促进了年龄诱导的免疫细胞极化以及与炎症和细胞衰老相关的基因表达［49］。SARS-CoV-2是COVID-19主要病原体，通过其S蛋白与血管紧张素转换酶2（angiotensin-converting enzyme 2，ACE2）受体结合感染Ⅱ型上皮肺泡细胞。感染患者可经历多种生物反应，这其中就包括炎症免疫反应。而ACE2的表达与新冠肺炎的严重程度呈负相关。研究发现，在老年人的一些组织中ACE2 mRNA减少［50］。在对SARS-CoV-2感染的老年和年轻猕猴的研究中发现，老年猕猴的促炎细胞因子水平较高，该研究验证了老年患者疾病耐受性降低的假设［51］。由此可见，免疫衰老和炎症与老年COVID-19息息相关，可能是导致老年不良结局的重要因素，以免疫衰老和炎症为着手点对COVID-19进一步研究，可能会成为降低老年患者病死率的重要手段。四、免疫衰老的检测技术及干预措施
老龄化的加剧，促使学者们探索最适合衰老免疫细胞的检测技术。单细胞RNA测序（scRNA-seq）［52］是一项快速发展的技术，目前已成为研究抗原受体单细胞的检测方法，能够检测SASP。此外，SASP便能通过ELISpot、IsoLight等技术手段进行检测，目前这些技术已被应用于检测巨噬细胞及CD8+T细胞等免疫细胞。针对线粒体损伤和氧化应激检测可采用流式细胞术（flow cytometry），包括：H2-DCFDA或CellROX染色流式细胞术、Mito‐SOX红染色流式细胞术等［52］。还可以通过LC3-Ⅱ流式细胞仪检测巨噬细胞、T细胞和B细胞的自噬。这些技术的应用可能有助于揭示新的靶点，并有助于设计使衰老免疫细胞恢复活力或者预防衰老相关疾病的药物。目前研究较为热门的药物包括：（1）雷帕霉素，是一种自噬诱导剂，其通过对mTOR通路的抑制诱导自噬，从而延长生物体的寿命。mTOR通路是慢阻肺的潜在治疗靶点，研究证实雷帕霉素可以改善肺功能，除此之外，雷帕霉素还可以抑制Jak2/Stat4信号通路并降低IF-γ和TNF-α水平来抑制炎症，文献报道，雷帕霉素能够改善重症H1N1肺炎患者的预后［53］。不过，雷帕霉素及其类似物具有导致贫血、使伤口愈合延迟等副作用，因此不适合长期使用。（2）二甲双胍，为常用降糖药物，一项多中心观察研究结果显示，二甲双胍能够改善哮喘合并慢阻肺患者的生活质量［54］。可通过激活AMPK从而抑制mTOR信号传导，Kheirollahi等［55］发现，二甲双胍通过激活AMKP来抑制肺成纤维细胞中转化生长因子β1的亲纤维蛋白作用，减轻肺纤维化，这或许能够提示二甲双胍可以作为IPF患者的治疗药物。（3）Senolytic，是一种选择性诱导衰老细胞凋亡的新药，可缓解动物模型中衰老相关的疾病，并改善老年人的免疫功能。探索免疫衰老在机体的作用机制，有望提供更多的治疗策略。五、展望
总之，免疫衰老是老年肺部疾病患者的风险因素。衰老通过影响老年呼吸系统的免疫细胞及炎性因子相互作用，使得老年人群肺部疾病发病率及病死率升高、免疫系统失调，甚至导致细胞因子风暴。因此，免疫衰老与炎症作为疾病病理发生和演变的关键机制值得临床医生关注。参考文献（略）