细胞疗法:衰老与免疫系统的关系

 jiaoran   2019-04-09 09:58   113 人阅读  0 条评论

衰老是一个复杂的现象,以进行性的生理功能和组织内环境稳定能力下降为特征,导致退化性疾病和死亡的发生率增加。有关衰老的学说很多,包括基因学说、细胞突变学说、自由基理论,以及神经内分泌学说等。近年来很多学者注意到免疫与衰老的关系,提出了衰老的免疫学说。

衰老在机体的细胞和系统水平上表现出明显的变化。细胞水平衰老的特点是分裂细胞的细胞周期阻滞,各种形式的细胞损伤或者压力能够诱发细胞衰老。此外,衰老细胞通常会下调增殖相关的基因,高表达炎症因子和其他调节免疫反应的分子。衰老引起的最明显的现象是免疫系统的失调,包括免疫衰退和慢性炎症。

免疫系统的衰退减弱了对肿瘤细胞和病原体的免疫作用,同时慢性炎症的状态增加了人体患自身免疫性疾病的风险。

因此,人类衰老表现为衰老相关性疾病的发病率增高,例如肿瘤、代谢性综合症、自身免疫性疾病、感染、心脑血管疾病和神经退行性病变。因此有人称衰老是一种流行性免疫病。

本文将讨论免疫系统衰退和机体衰老的关系,同时探讨免疫细胞疗法在改善健康状态和促进疾病康复中的作用。

免疫系统与衰老

固有性免疫是机体的第一道防御机制,获得性免疫则是针对抗原的特异性免疫反应。和大多数的生物过程一样,衰老会同时影响获得性和固有性免疫。免疫系统的衰老是一个多因素的级联事件,不同类型的免疫细胞表现出不同的敏感性。

值得注意的是免疫衰退还存在性别差异。IFN-γ在人体中有重要的保护作用,对固有免疫和获得性免疫有多种调节效应,到老年期IFN-γ的产生有明显的变化。体外试验表明老年妇女的T细胞比老年男性的T细胞能够产生更多的IFN-γ,甚至比健康年轻人的T细胞产生的还多。也许,这是女性平均寿限高于男性的原因之一。

胸腺与衰老

胸腺是中央型T淋巴器官,产生功能性的初始T淋巴细胞和免疫耐受。在大多数的哺乳动物中,衰老伴随着胸腺的退化。在人类生命的第一年中,胸腺细胞数量和激素分泌水平达到高峰,然后出现数倍的下降,直到50~60岁之后,下降变缓慢。胸腺退化的明显表现是从青春期开始,胸腺退化引起初始T细胞产生减少,记忆性T细胞增加,T细胞受体多样性消失,伴随着T细胞功能活性下降,进而引起免疫衰退。同时,伴有免疫耐受的缺陷,引起自身免疫反应。

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T淋巴细胞与衰老

老年期有一些生理事件的发生与获得性免疫细胞的数量和功能减少有关,T细胞生成减少和TCR多样性消失是胸腺萎缩的结果,包括胸腺皮质和髓质的减少和脂肪组织的增加。此外,衰老导致T细胞基因表达谱的改变,例如共刺激分子CD28表达下降,而CTLA-4上调。然而,衰老T细胞会高表达各种细胞因子和化学因子及其受体,如TNF和TGF-β家族。这些研究结果提示,衰老T细胞功能的下降可能是由于共刺激因子的表达不足。

老年人T细胞的某些共同变化构成了获得性免疫减退的大部分基础,削弱了机体防御能力。其后果可导致肿瘤易感性增加,自身免疫疾病发病率增加,传染病易感性增加,恢复缓慢以及组织移植排斥减少。

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B淋巴细胞与衰老

近年来的研究表明衰老时B细胞也有变化,B细胞的百分比好绝对数量下降,抗体类别转化重组缺陷。此外,衰老时不仅产生抗体的质和量与年轻人有所不同,自身抗体明显增多。除了产生抗体外,B细胞还有调节效应功能。记忆B细胞和初始B细胞能产生各种细胞因子和趋化因子,尤其是记忆B细胞产生高水平的促炎症细胞因子IL-1α,IL-1β,IL-6和TNF-α。由于老年人的记忆B细胞增多,可能与老年人的炎性衰老(inflammaging)和慢性炎症性疾患增多有关。

同时,衰老伴随着在免疫反应中倾向于Th2细胞的产生,分泌过多的Th2型细胞因子,可能增强B细胞介导的自身免疫性疾病。随着年龄的增长老年人的免疫效果明显下降,在同样抗原强度刺激下所动员的B细胞数仅及正常成年人的1/10~1/50。例如,接种流感疫苗后60~74岁组的血清阳性保护率为41%~58%,75岁以上的阳性保护率下降到29%~46%。年龄相关的B细胞系列细胞组成的变化是老年人疫苗接种和感染时抗体反应差的主要原因。

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自然杀伤细胞(NK)与衰老

固有免疫反应是非特异和没有免疫记忆的,对病原体反应最早。固有免疫主要包括单核/巨噬细胞、NK细胞和自然杀伤T细胞(NKT)、树突细胞、中性粒细胞等组成,它们随着年龄增长有明显的变化。

以NK细胞为例,老年人的NK细胞数增加,但是从每个细胞产生细胞因子和趋化因子的水平衡量,其NK细胞毒性下降,抗体依赖的细胞毒性不变。衰老的NK细胞杀伤毒力降低,成熟障碍,T-bet和Eomes表达明显下降。在IL-2刺激下,衰老的NK细胞分泌IFN-γ和IFN-α不足,分泌较多的IL-1,IL-4, IL-6, IL-8, IL-10, and TNF-α。有研究表明NK细胞毒性变化与老年人锌平衡失调有关,补锌后NK细胞的功能可以明显改善。

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免疫细胞技术与衰老的预防及修复

早期研究显示,随着年龄的增长,衰老的T细胞在脾脏聚积,引起免疫衰退。动物实验证实,和对照组相比,接受老年鼠的脾脏细胞后,年轻鼠出现生存期缩短。另一个实验显示,自身或者异体匹配的年轻的T细胞输入到脾脏切除的老年鼠体内,可以明显延长生存时间。因此有人设想将一个人青春期的免疫活性细胞低温贮存,至其年老时再予输回,修复衰退的免疫功能和延长生命。

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NK细胞技术及其作用机制

NK细胞是机体重要的免疫细胞,功能是清除癌变细胞、衰老细胞以及体内不正常细胞。NK细胞来源于造血干细胞,在骨髓内发育成熟。在外周血中约占淋巴细胞总数的10%~15%,脾内约有3%~4%,也可出现在肺脏、肝脏和肠粘膜,但在胸腺、淋巴结和胸导管中罕见。

NK细胞的作用是通过释放颗粒酶和激活死亡受体杀伤靶细胞。衰老的细胞高表达NK细胞受体NKG2D的多个配体和NK细胞受体LFA-1的配体ICAM-1, 启动激活NK细胞的杀伤作用。研究表明,穿孔素介导的胞吐作用是NK细胞清除衰老细胞的主要机制。NK细胞与衰老细胞表面的受体结合,释放穿孔素、颗粒酶和细胞因子,诱导细胞凋亡信号的产生,促使衰老/病变细胞走向凋亡,恢复体内微环境的平衡,减轻炎症状态。同时,刺激和恢复机体新生细胞的产生,提高细胞活性,改善细胞质量,防止和延缓细胞的病变,恢复细胞、器官和免疫系统的功能,从而达到疾病预防、康复以及对抗衰老的目的。

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例如:肝脏损伤后激活肝星状细胞,但是衰老的肝星状细胞的持续存在是造成肝纤维化的主要原因。部分研究表明激活的NK细胞可起到抗肝纤维化的作用,其机理是:①产生IFN-γ。NK细胞是IFN-γ的主要制造者,而IFN-γ可抑制纤维化并引起肝星状细胞的凋亡及细胞周期停滞;②通过与NK细胞上的NKG2D受体结合,直接杀伤活化的肝星状细胞;③活化的NK细胞可通过增强NKG2D及TRAIL的表达来产生IFN-γ,放大其细胞毒作用。


免疫疗法在衰老相关性疾病治疗中的应用

在衰老相关性疾病中,随着老龄化的迅速发展,老年人的肿瘤发病率增高,原因是复杂的,其中固有免疫和获得性免疫系统的衰退是重要因素。

肿瘤的发生、发展是一种新生物在机体有限的空间和时间内的进化过程,肿瘤细胞的基因组在肿瘤生活的微环境中与机体免疫系统磨合,共进化博弈,生存、发展或被限制、消灭。免疫系统在防御外来生物入侵的同时还承担着维护机体的内部稳定,对于异常的或丧失功能的细胞及时反应、处理。

深入研究的结果提示免疫系统在肿瘤发展中起到了双刃剑作用。除非免疫系统将功能失调的组织或细胞及时根除,慢性的免疫监督可以导致肿瘤免疫雕塑,其结果可以有两个方面:免疫逃逸和侵袭。即通过免疫编辑导致肿瘤免疫逃逸;通过不完全的炎症反应促进肿瘤生长,两种机制相互作用促进肿瘤的发展。

因此及时清除衰老、病变的细胞,防止肿瘤的进一步发生、发展,是非常重要的环节。


过继性T细胞(ACT)技术

ACT主要包括TIL、TCR、CAR、LAK、CIK、DC、NK细胞等几大类,是将免疫细胞输注给患者以期增强抗肿瘤能力。T细胞能够通过在血液中“游走巡查”找到肿瘤并定居在那里,而理论上来说,T细胞既能够在体外扩增以达到临床要求的数目,又能够提供较持久的抗瘤效果。


肿瘤浸润淋巴细胞(TIL)

TIL是最早的ACT回输细胞,将TIL从肿瘤细胞中分离出来,在体外用IL-2扩增,再系统回输给淋巴细胞清除的进展期黑色素瘤患者。结果显示:TIL能够通过MHC-I和T细胞受体(TCR)的相互作用识别细胞内的肿瘤抗原,患者临床反应率50%~70%,甚至有22%见到了肿瘤完全退缩。


树突状细胞(DCs)

DCs是获得性免疫反应的主要成分,T细胞介导的肿瘤免疫主要依赖于特异性的DCs提呈肿瘤抗原,从而激活杀伤性T细胞。生成高效DCs的关键是肿瘤抗原的选择和优化的细胞培养条件,同时采用联合免疫治疗方案以达到治疗肿瘤的目的。DC细胞疗法并非对所有人都可行,其更偏向于个体精准化治疗,对不同类型病患疗效差异化显著。


细胞毒性T细胞(CTL)

与DC细胞相关的T细胞疗法,在病毒相关的肿瘤中取得进展。从外周血中分离CTL细胞,体外扩增/赋予肿瘤特异性后回输给患者。CTL的MHC-I上有肿瘤来源的多肽,能够“锁定”并激活和它结合的T细胞受体(TCR),让T细胞增殖并产生抗肿瘤的特性。目前已经进入临床实验的探索阶段的有针对巨细胞病毒(CMV)特异性的CTL用于治疗胶质母细胞瘤。


自然杀伤细胞(NK)

NK 细胞表面表达多种抑制性受体(例如Ly49A, Ly49C, Ly49G2和 KLRG1)和激活性受体(例如NK1.1, Ly49D, Ly49H, NKG2D, NKp46)。临床上异基因造血干细胞移植后,应用供体NK细胞治疗血液肿瘤,增加造血干细胞植入,降低移植物排斥反应,增强抗白血病作用。选择适当的NK细胞供者,可提高肿瘤治疗效果。


细胞因子诱导的杀伤细胞(CIK)

CIK是人体外周血中的T淋巴细胞,膜表面标志为CD3+和CD56+,抗瘤活性非MHC限制。CIK通过释放穿孔素及颗粒酶而直接杀伤肿瘤细胞,或是通过分泌多种细胞因子而间接杀伤肿瘤细胞,除此之外还能通过激活凋亡基因诱导肿瘤细胞凋亡。CIK疗法应用于清除残余癌细胞,预防复发和转移,降低放化疗的毒副作用。


T细胞受体(TCR)技术

TCR的作用机制是向普通T细胞中引入新的基因,使得新的T细胞能够表达TCR从而有效识别肿瘤细胞,引导T细胞杀死肿瘤细胞。TCR技术受限于分离肿瘤特异性的抗原肽。逆转录病毒表达的识别黑色素瘤MART1抗原的αβTCR-T细胞首次在临床上显示效果。此外,TCR技术也在肝癌、乳腺癌、卵巢癌等治疗中取得了一定的成效。


嵌合抗原受体(CAR)技术

CAR是T细胞表面的嵌合抗原受体,通常包含胞外单链抗体识别区域和胞内的信号肽。CAR识别肿瘤抗原具有非MHC限制的特点,而且不需要进行抗原加工和呈递。然而,只有少数的肿瘤特异性靶点能够被识别,且嵌合抗体具有潜在的免疫原性。CAR-T首先被用于血液恶性肿瘤,目前最成功的成果就是识别CD19的CAR-T了。但是在实体肿瘤中,CART进展有限。大多数的实体CARs仅有短暂的抗肿瘤活性。


免疫检查点阻断药物


PD-1和PD-L1单抗

PD-1作为负性调控点,在体内与特异性配体(PD-L1、PD-L2) 结合起作用,下调抗原刺激的淋巴细胞增殖、细胞因子的产生和生存蛋白的表达,最终导致淋巴细胞“耗尽”以及诱导免疫耐受的产生,同时上调免疫抑制细胞因子白细胞介素10的分泌,最终导致免疫逃逸,抑制T细胞的抗肿瘤作用。肿瘤细胞通过PD-L1触发T细胞表面的PD-1,导致T细胞的失活。将人单克隆抗体用于封闭PD-1,或封闭PD-L1,结果PD-L1将无法触发PD-1,从而强化了T细胞的战斗力。


CTLA-4单抗

细胞毒T淋巴细胞抗原4(CTLA-4)又名CD152,是由CTLA-4基因编码的一种跨膜蛋白质,表达于活化的CD4+和CD8+T细胞。CTLA-4与其配体B7分子结合后产生抑制性信号,抑制T细胞激活,使肿瘤细胞免受T淋巴细胞攻击。因此阻断CTLA-4的免疫效应可刺激免疫细胞大量增殖,从而诱导或增强抗肿瘤免疫反应。目前两种靶向CTLA-4的抗体已进入Ⅲ期临床试验,已广泛用于治疗黑色素瘤、肾癌、前列腺癌、肺癌等。

撰文:细胞中心白泽

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