一文说清楚衰老T细胞的研究进展

一、摘要

据世界卫生组织统计，目前全球大多数人的预期寿命均已达到60岁及以上；预计到2034年，老年人的数量将超过儿童；而到2050年，全球60岁及以上人口将达到21亿人，其中80岁及以上人口将增加两倍，达到近4.26亿人。随着人们预期寿命的增加，各种年龄相关疾病发病率迅速增加，医疗保健系统的负担也随之增加。事实上，许多与年龄相关的疾病（如癌症、自身免疫病和神经性疾病）都与免疫系统功能失调有关，因此，了解衰老对于免疫系统的影响是十分必要的。

不同于青壮年强健的免疫系统，老年人免疫系统的特点是进行性功能障碍和免疫调节功能失衡，以及由二者所导致的自身免疫反应增强。相对于天然免疫系统，适应性免疫系统受到年龄影响更为严重。作为适应性免疫系统的重要组成之一，T细胞的稳态尤其依赖于良好的免疫调节和动态平衡，因为它们既需要在准备随时应对外界病原体感染，又需要在感染被控制后保持相对静止。此外，作为高度增殖的细胞，T细胞比其它免疫细胞更容易面临着衰老的风险。

衰老的T细胞随着机体年龄的不断增长逐渐增加，其增殖活性较差，但仍具有细胞毒性和分泌细胞因子的功能。在对过去的研究进行总结后，免疫学家们提出了T细胞老化的十个共同特征。这些特征被归类为四个主要特征：胸腺退缩，线粒体功能障碍，遗传和表观遗传学改变以及蛋白稳定性丧失；以及四个次要特征：TCR谱系减少，幼稚记忆失衡，T细胞衰老和缺乏效应器可塑性；它们共同解释了两个老年综合免疫特征，即免疫缺陷和炎症的宏观表现。研究这些标志对T细胞老化的相对影响，并了解它们之间的相互联系，有助于确定并干预T细胞衰老过程种的关键分子，从而延缓衰老，达到增强老年人免疫力的目的。

在进行T细胞衰老相关科学问题的研究时，关键点之一就是探索T细胞众多亚群分别受年龄增长影响后的表型变化。传统的生物学技术（如Bulk RNAseq）检测并输出的是细胞群的“平均转录组”，而单细胞测序测量的是细胞群中单个细胞的转录组。近些年单细胞测序技术手段的兴起，不仅能为研究者清楚的提供细胞因子来源细胞的信息，也能探测每个细胞对整个细胞群，甚至其有机体或生态系统的具体贡献。尽管机体衰老对多种免疫细胞都有不同程度的影响，但本文重点介绍了衰老对T细胞的独特作用，以及单细胞测序在这些研究中的应用。

图一 T细胞衰老表征与联系

二、机体衰老和免疫衰老

1.机体衰老

衰老是一个涉及广泛的分子变化生物过程。随着年龄的上升，人体各项生理机能会不可避免的衰退，机体往往会表现出结构退行性变和机能衰退，适应性和抵抗力减退的现象。从病理学的角度上看，衰老是应激和劳损，损伤和感染，免疫反应衰退，营养失调，代谢障碍以及滥用药物积累的结果。细胞衰老则指端粒磨损或DNA直接损伤导致细胞生长停滞，分裂终止的过程。值得注意的是，“Hayflick极限”对超出DNA增殖程度细胞增殖的限制是机体对抗恶性肿瘤的天然防御措施，但也与衰老细胞的大量积累、组织老化密切相关。

2.免疫系统衰老

机体衰老伴随的最明显的现象是免疫系统的失调，主要包括免疫功能衰退和慢性炎症增加。老龄化过程中，机体免疫力逐渐下降，主要表现为对曾经遇到的病原体和新病原体感染的易感性增加以及疫苗接种效力下降。在一些研究中，免疫衰老指衰老过程中免疫功能的全面下降；但值得注意的是，并非所有白细胞的功能在衰老过程中都会下降，与年龄相关的免疫功能障碍主要表现为记忆性免疫细胞数量的增加，以及初始免疫细胞数量减少。

免疫系统的衰退削减了针对肿瘤细胞和病原体的免疫保护作用，同时慢性炎症状态增加了自身免疫性疾病的风险。因此，随着年龄的增长，人群衰老相关性疾病的发病率逐渐增高（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等）。鉴于目前全球已逐渐进入老龄化社会，因此有研究者提出衰老是一种流行性免疫病。

3.T细胞衰老

T细胞衰老主要表现在T细胞增殖活性降低、细胞功能下降等方面，这可能是由于过度的增殖活动导致的端粒过度侵蚀，或者部分因线粒体功能障碍导致活性氧物质(ROS)产生增加而造成的DNA损伤所导致的。通常情况下，DNA损伤可以通过DNA损伤反应(DDR)进行修复。然而，最终DNA损伤会积累起来，导致细胞周期的停滞。许多与DDR和细胞周期停滞相关的蛋白质都是细胞衰老的常见标记物（γ-H2AX、p53、p21、p16）。

图二 破坏T细胞动态平衡的机制

在衰老T细胞中，蛋白质动态平衡也会受到影响。异常折叠的蛋白质不再被蛋白酶体所降解，也不再受伴侣的帮助下重新折叠，这会导致异常蛋白质的积累和聚集。与此同时，溶酶体途径也变得异常。β-半乳糖苷酶是一种经常被用作衰老标志的溶酶体酶。溶酶体功能障碍最终导致线粒体功能障碍，是导致衰老的代谢驱动因素之一。

衰老T细胞还会表现出新陈代谢变化，例如脂质代谢增加，脂滴积累，dNTPs丢失以及营养感应通路（胰岛素/IGF1、mTOR、SIRT1/AMPK通路）的改变。IGF1和mTOR途径在营养丰富、合成代谢和细胞生长过程中发挥作用，并在衰老过程中加速。相反，AMPK和SIRT1在营养缺乏和分解代谢过程中上调，一些研究表明它们的上调可以调节寿命延长。

衰老T细胞的分泌表型也会发生变化。它们下调共刺激受体CD27和CD28以及趋化因子受体CCR7，同时上调终末分化标志如KLRG1和CD57。此外，衰老T细胞可以上调炎症和免疫调节细胞因子和趋化因子（如肿瘤坏死因子-α、IL-1β和IL-6）。这里需要注意的是，识别T细胞衰老不能简单地依赖于单一标记物的上调/下调，而必须从整体上进行分析。

在小鼠模型中进行的实验表明，模仿年龄对T细胞的影响（如在T淋巴细胞中特异性敲除线粒体转录因子A），不仅会导致T细胞衰老、免疫代谢障碍，还会导致机体全身健康状况的普遍恶化。这表明T淋巴细胞经历年龄相关的变化后生理功能受到了损害，且与晚年发生自身免疫疾病、自体炎症、传染病和恶性疾病的倾向相关。因此，T细胞老化可能是免疫衰老的主要表现之一。综上所述，衰老通过在分子、代谢、蛋白质和细胞水平上的巨大变化严重削弱了T细胞的功能。

三、T细胞衰老的原因和表现

1.幼稚T细胞数量的下降

随着年龄的增长，T细胞的组成和功能发生了系统性变化，如幼稚T细胞的数量明显减少；T细胞受体(TCR)谱系多样性下降；这可能是由于骨髓和胸腺组织的功能障碍。幼稚T细胞的产生减少会导致T细胞总数和表型的巨大变化，因此在传统的T细胞群体中，由于幼稚T细胞的急剧减少，总的T细胞数量随着年龄的增长而下降。与年轻人的相应细胞群相比，老年人T细胞的端粒更短且TCR谱系高度受限。老年小鼠模型中已经证实了幼稚T细胞室中TCR多样性的丧失。

此外，CD8+T细胞数量比CD4+T细胞受到衰老的不利影响更大，导致在老年人外周血样本中常见的CD4+/CD8+T细胞比例下降。胸腺源性Treg细胞的产生也随着胸腺退化而减少；此外，随着年龄的增长，原生样Treg细胞也逐渐减少，而记忆样Treg细胞逐渐增加。

图三 T细胞分化与衰老的关系

2.高度分化T细胞的积累

与幼稚T细胞不同的是，经历过抗原“训练”的T细胞随着年龄的增长而积累，并有向更终末分化的表型发展的趋势。越来越多的证据表明，与年龄相关的T细胞功能障碍的发生是由于很大一部分衰老的T细胞室采用了高度分化的表型--这是T细胞失去干性的结果，而干性对T细胞的寿命、增殖能力和激活后的功能潜力至关重要。即使是表型幼稚的CD8+和CD4+T细胞，在没有明显刺激的情况下，在老年时也表现出更多的分化表型。其中，CD4+T细胞表现出NFkB活性升高，IL-1、CCL2和CXCL10的转录增加。此外，它们还出现了Helios表达的减少（在年轻细胞中，Helios的丢失在过继转移后可诱导促炎和组织浸润性表型）。静息细胞中T-bet和CD134的表达增加证明了幼稚的人CD8+T细胞也随着年龄的增长而获得更多的分化表型。

在分子水平上，衰老T细胞的分化表型中与T细胞干性或抑制相关的基因表达减少，这种表达下调通常发生在T细胞激活和分化之后：包括FoxO1和与FoxO1信号相关的基因(CCR7，IL-7R)，Lef1，Tcf7和Bach2，这些关键基因都抑制T细胞的激活和分化。同时，我们发现通常在T细胞激活时减少的调节性microRNAs(MiR)在老年T细胞中的稳定表达减少：包括miR-181a，它通过上调双重特异性磷酸酶6(DUSP6)来抑制T细胞的激活。

3.其它非常规T细胞的改变

非常规T细胞：如不变自然杀伤T细胞、粘膜相关不变T细胞和γδT细胞，不受MHC依赖的抗原识别的限制，是天然免疫系统和获得性免疫系统之间的桥梁。它们对抗原快速反应，产生细胞因子、趋化因子和细胞毒分子，无需经历克隆扩增。目前，一小部分关于非传统T细胞群体中与年龄相关的变化的信息已经开始出现。

MAIT细胞识别主要组织相容性复合体(MHC)I类蛋白MR1提出的微生物核黄素衍生抗原。在生命的早期阶段，这些细胞在胸腺中发育。在离开胸腺后，MAIT细胞经历克隆扩张和增殖；随着时间的推移，它们的数量逐渐增加，并在29-39岁达到顶峰；到了60-70岁，MAIT细胞在外周的数量开始明显减少，这表明在老年人整体免疫功能受损中可能起到了作用。大多数研究中年轻人的MAIT细胞属于CD8CD4+表型，而这一特征似乎随着年龄的增长而转变为了CD8CD4-表型。虽然目前学界对于MAIT细胞的表型是否会随着时间的推移而变化存在争议，但它们的细胞毒能力似乎的确受到了损害，并从产生干扰素-γ转变为产生IL-17的细胞。

NKT细胞具有天然NK细胞的特征，包括表达几种NK细胞受体。这组细胞可大致分为I型(通常称为iNKT)和II型子集。INKT细胞在小鼠和人类中随着年龄的增长而显著减少。在老年小鼠的iNKT细胞中，组蛋白基因的表达存在差异，与增殖和功能相关的基因减少。这些转录变化与外周iNKT细胞增殖能力的改变和细胞溶解特性的改变有关，与IL-4和干扰素-γ的产生减少，iNKT-IL17的产生增加有关（类似于CD4+T细胞随年龄增长采用的致炎Th17表型）。目前II型NKT细胞所受年龄的影响尚不明确。

γδT细胞是一种进化上保守的T细胞，它表达由γ和δ链形成的T细胞受体，其配体目前还没有完全定义。衰老影响γδT细胞室的组成，改变γ/δ链的使用和克隆结构，从而改变不同γδT细胞亚型的丰度。在衰老小鼠中，产生IL-17的Vγ6+γδT细胞增加(γδ-17细胞)，而Vγ4+γδT细胞减少。这些变化与老年小鼠患癌症的风险增加有关。这种与年龄相关的表型与肿瘤坏死因子和干扰素-γ的产生受损有关，从而降低了细胞的抗肿瘤活性。

4.T细胞活化功能失调

随着年龄的增长，CD4+和CD8+T细胞被激活的能力下降。如前文所述，幼稚的T细胞相对不受衰老的影响，增殖能力略有下降；相反，记忆表型细胞在TCR参与后表现出严重的增殖能力丧失。TCR信号在衰老的T细胞中受到干扰，要么通过减少信号差异的幅度和/或完全改变信号通路，所有这些都导致T细胞内在的与年龄相关的激活缺陷。

5.衰老T细胞的分泌特征

通常，当细胞动态平衡失衡，细胞损伤累积时，就会启动细胞凋亡，以处理无功能的受损细胞。然而，衰老细胞的凋亡抵抗会导致衰老细胞在机体内逐渐积累。衰老的T细胞仍可产生大量的炎性细胞因子、趋化因子和其他免疫调节剂。这种与衰老相关的分泌表型(SASP)很可能是与衰老相关的炎性环境增强的关键介质，CD4+和CD8+亚群中的衰老T细胞内含有细胞毒蛋白穿孔素和颗粒酶B的颗粒，这些细胞在体外分离后可以立即介导对受感染的目标细胞的抗原特异性细胞毒。与分化程度较低的群体相比，衰老的T细胞在短期激活后也会分泌高水平的炎性细胞因子，如IFN-γ和TNF-α。包括IL-8和MIP-1在内的趋化物质的分泌，会将免疫细胞募集到衰老组织中消除衰老细胞。值得注意的是，虽然SASP的生长促进、组织重建和衰老细胞监视活性可能有利于维持衰老组织的完整性，但其也与恶性肿瘤的发生发展息息相关。

与年轻人相比，老年人的CD4+T细胞产生更多Th17相关的促炎因子 (IL-6、IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-23)。最近对老年小鼠CD8 T细胞的一项研究发现，在传统记忆T细胞群体中存在一种与年龄相关的T细胞群体，该群体高表达GZMK（GZMK是一种丝氨酸蛋白酶，可诱导促炎细胞因子和趋化因子的表达）。值得注意的是，研究者们也在先前一项对老年小鼠的CD8+T细胞的RNA-Seq分析中检测到了这种与年龄相关的GZMK高表达特征。在老年人中，研究者们观察到了GZMK+CD8 T细胞的增加与血清中与炎症相关的细胞因子水平的升高。老年记忆T细胞的颗粒酶K表达很有可能会促进全身炎症的发展，目前已有研究证实了过早衰老的T细胞会诱导机体衰老。

6.T细胞存活时间上升

衰老细胞的存活时间通常会得到提升，在T细胞中也不例外。衰老T细胞似乎对凋亡有着更强的抵抗，特别是在记忆表型细胞中。小鼠衰老的CD8+TVM细胞在体外没有刺激的情况下表现出良好的生存特性，并在过继转移后在体内表现出更好的生存特性，这与Bcl2水平的年龄相关增加有关。同时，在衰老的T细胞群中也观察到了细胞寿命的延长。在小鼠中，在生长因子停用后，非衰老记忆表型CD8+T细胞在体外对凋亡的抵抗力随着年龄的增加而增加，这也可归因于Bcl2/Bim比率的增加。此外，衰老似乎也赋予幼稚的T细胞一种有利于生存的特征。与年轻小鼠相比，老年小鼠的幼稚CD4T细胞在体内表现出更长的寿命，在体外对“撤除凋亡”的抵抗力增强，这与促凋亡分子Bim的表达减少有关。有趣的是，尽管衰老T细胞在稳定状态下的生存能力增强了，但一些研究表明老化的T细胞在通过TCR刺激时表现出更大的凋亡倾向。

四、衰老T细胞的功能特征

老年免疫系统不应被简单地视为年轻免疫系统的功能低下版本，而应被视为一个动态系统，在该系统中，T细胞通过与其他细胞群、周围环境相互作用，以不同于年轻宿主的方式发挥作用。为了提高老年人免疫系统的反应能力，同时延缓免疫系统衰老，我们需要更好地了解这个系统独特的运行方式。

图四 随着年龄的增长，CD4+T细胞和CD8+T细胞的细胞变化会影响其功能

1.正常T细胞的分化和功能的改变

T细胞能量特征的变化与它们的激活状态密切相关，也与它们的功能密切相关。T细胞活化过程启动了多个促进细胞分化和生长的信号通路。幼稚T细胞在没有抗原刺激的情况下功能静止，细胞分裂率低，能量需求低。当其受到抗原刺激时，激活会触发代谢途径的转变，以支持幼稚T细胞向效应T细胞分化(Teff细胞)。Teff细胞在功能上是活跃的，它们是人体所有细胞中细胞分裂率最高的群体，还会产生大量的细胞因子和细胞毒分子。因此，它们的能量需求和生物合成需求都非常高。Teff细胞从相对静止的氧化代谢转化为强烈的糖酵解代谢，主要依赖有氧糖酵解和谷氨酰胺分解以满足增殖和产生细胞因子的能量需求。

Treg细胞则主要依赖于脂肪酸氧化(FAO)和谷氨酰胺分解来支持其抑制活性。在初级免疫应答后，一部分CD4+和CD8+T细胞成为记忆T(TM)细胞，可以对相同抗原作出快速反应。在重新激活前，它们由FAO供能。肿瘤浸润性T淋巴细胞 (TILs)在肿瘤微环境(TME)中代谢受损且功能耗尽，已被证明可以增加FAO代谢作为替代能源。越来越多的证据表明，免疫细胞的特性、功能和代谢是由错综复杂的信号通路介导的。

非常规T细胞系的代谢谱目前仍在探索中。鉴于它们能够在不经历广泛增殖的情况下，通过快速产生细胞因子、趋化因子和细胞溶解分子来对抗原做出反应，我们可以预测，非传统T细胞的能量和生物合成需求与必须促进细胞生长和分裂的传统T细胞不尽相同。

图五 年龄对T细胞功能和新陈代谢影响的总结

其次，T细胞的激活会增加线粒体的质量。线粒体转录因子A(TFAM)具有支持线粒体的生物发生和增加OXPHOS的能力，它们的表达在T细胞激活后增加。因此，缺乏TFAM的CD4+Teff细胞线粒体DNA减少，线粒体形态紊乱，表现出更多的分化和炎症表型。一磷酸腺苷(AMP)激活的蛋白激酶(AMPK)也可以在T细胞激活后被钙信号激活，促进线粒体的生物作用。用于线粒体呼吸的底物也会随着T细胞的激活而改变。随着激活后有氧糖酵解的上调，丙酮酸从线粒体转移到乳酸。为了维持TCA循环，激活的T细胞参与免疫反应，在TCA循环中使用替代底物来补充中间产物。例如，T细胞上调谷氨酰胺摄取，谷氨酰胺摄取用于补充α-酮戊二酸，这一过程称为谷氨酰胺分解。被激活的T细胞还上调丝氨酸的生物合成，以供给线粒体内的OCM，线粒体继而产生核酸、NADPH、谷胱甘肽和甲基化前体。

2.衰老T细胞代谢的变化

如上所述，代谢状态对T细胞的生存、激活和记忆形成至关重要。在接下来的部分中，我们分析了目前研究中衰老T细胞关于线粒体和代谢变化的特征。

（1）线粒体质量和形态的改变 一般说来，在人类的CD4+与CD8+T细胞中，研究发现幼稚和记忆表型细胞的线粒体质量随着年龄的增长增加或保持。同样，对老年小鼠的研究发现，记忆表型细胞中的线粒体质量增加。这与线粒体生物发生的关键调控因子PGC1a的表达增加有关(与编码Atg1和Ulk1的转录水平的大幅降低有关，这两个转录水平是有丝分裂的关键调节因子)。

同时，研究观察到小鼠所有T细胞亚群(TN、TVM和TMEM)的线粒体显示出向更融合的形态的实质性转变。在衰老的背景下，线粒体融合被认为反映了年龄或衰老驱动的应激反应，其中受损的线粒体与完整的线粒体融合，通过实现功能互补以维持ATP的生产和功能，并促进细胞存活。因此，在线粒体功能减弱的情况下，线粒体质量随着年龄的增长保持或增加反映了功能障碍的线粒体随着年龄的增加而积累。

（2）自噬功能的减弱 自噬是限制线粒体功能障碍和ROS积累的关键细胞过程。如上所述，在CD4+和CD8+T细胞中存在与年龄相关的自噬丧失和相关的受损线粒体积累；尤其是在记忆表型亚群中，CD8+T细胞中关键的自噬基因缺失会导致过早衰老的免疫表型，这或许是因为记忆表型亚群更依赖线粒体呼吸来产生ATP。研究表明，衰老T细胞自噬功能的降低是由于亚精胺缺乏或p38 MAPK基础磷酸化水平升高。老化的幼稚的CD4+T细胞表现出对双体(内噬/自噬融合细胞器)的清除障碍，导致体外刺激后受损线粒体的数量增加。这些研究表明，衰老T细胞的自噬缺陷导致功能障碍的线粒体积聚，对线粒体和代谢功能产生负面影响，并可直接促进炎症。相比之下，另一项研究表明，CD8+T细胞的年龄相关功能障碍，包括激活后肿瘤杀伤力的降低，与自噬增加有关（类似的机制在CD4+T细胞中没有观察到）。总而言之，这些数据表明，衰老T细胞中的自噬功能失调至少是导致年龄相关的功能表型的众多因素之一。

（3）稳态T细胞代谢的改变 正如在其他类型的衰老细胞中观察到的那样，衰老T细胞在稳定状态下糖酵解代谢谱增加，这反过来促进刺激后T细胞效应器分化和炎症的增加。在老化的幼稚的CD4+T细胞中，miR-21的稳定水平升高导致持续mTORC信号产生，这有利于它们在刺激后分化为炎症和效应表型，而非记忆细胞。在老化的抗病毒记忆CD8 +T细胞中，基础mTOR活性的增加与T细胞的大小和粒度的增加有关，与糖酵解、核苷酸和GSH代谢相关的基因丰富，并获得更多效应器的特征，即使在静止状态也是如此。随着年龄的增长，在许多组织中都会发生SIRT1的丢失，这已被证明是生物体衰老和衰老发展的原因之一。Foxo1是一种与幼稚T细胞动态平衡和干细胞特性相关的关键转录因子，是SIRT1的直接靶标；在衰老的CD8+CD28-细胞中没有SIRT1的情况下，Foxo1被蛋白酶体降解。在衰老T细胞糖酵解增强中， CD8T细胞中的FoxO1活性受到抑制，这导致了稳态糖酵解和细胞毒能力增强。如上所述，无论是幼稚还是记忆表型，静息T细胞都具有优先使用OXPHOS的特点，OXPHOS是一种高效的ATP生成器，以满足这些细胞相对较低的能量需求。对老年小鼠的记忆表型CD8+T细胞、老年人的总CD8+T细胞和老年人的记忆CD4+T细胞的分析都显示出基础和最大OXPHOS增加。这与衰老T细胞存活密切相关。总体而言，衰老T细胞在所有亚群(幼稚、记忆、衰老)中的代谢特征反映了T细胞随着年龄的增长而采用更具差异性的表型的趋势。（4）老化T细胞在受到刺激后的代谢 尽管CD8+T细胞通常表现出随着年龄的增长线粒体质量的稳定增加，但在受到刺激后，来自老年小鼠的幼稚的CD4+T细胞显示出显著的线粒体质量减少。此外，与年轻个体的T细胞相比，来自小鼠和人类的衰老的T细胞在刺激后进行糖酵解的能力受到损害。总而言之，这些数据表明，老化的T细胞在刺激后不能参与传统的代谢途径，并显示出参与替代代谢途径以弥补与年龄相关的缺陷的灵活性降低。在T细胞激活后，这种无法适应有效满足而不断变化的代谢需求的能力似乎与广泛的代谢功能障碍相一致。然而，目前尚不清楚这种代谢缺陷是T细胞活化受损的原因还是结果。

五、减缓T细胞衰老的干预方法

机体衰老与一系列疾病有关，其中最突出的是自身免疫性疾病、心血管疾病(CVD)和神经退行性变。与年龄相关的代谢变化会导致T细胞功能的丧失，这除了降低清除病原体和转化细胞的能力外，还会由于CD8+T细胞和NK细胞清除细胞毒作用的减少而导致衰老细胞的积累。衰老T细胞中发生的线粒体和新陈代谢变化也触发了失调的促炎表型，这种表型除了影响免疫力减弱之外，还会直接有害地影响机体健康。

目前，学者们已经提出了一些可行的干预措施来阻止T细胞衰老或使老化的T细胞恢复活力。这些措施包括服用亚精胺、白藜芦醇、二甲双胍和雷帕霉素等药理化合物阻断部分代谢途径，也包括运动和热量限制等生理干预。它们作用于蛋白质平衡网络中的不同环节，可改善T细胞功能，并促使其恢复活力。

图六 使衰老的T细胞恢复活力的不同方法

1.干预AMPK信号通路

AMPK在抗肿瘤反应中也可能有作用。即使有大量的T细胞包围或渗透，肿瘤仍会生长，这是由于原位T细胞杀伤活性减弱，无法有效清除肿瘤细胞。最近的研究确实表明，肿瘤浸润性淋巴细胞(TIL)可能导致T细胞功能障碍。给予CTLA4/PD1的阻断抗体可以恢复小鼠TIL中的葡萄糖代谢，并有助于肿瘤的根治；这表明T细胞的活性在肿瘤微环境中被主动抑制。

癌症介导的免疫抑制的另一种可能机制是诱导T调节细胞(Tregs)，这是一种抑制性T细胞群体，在肿瘤部位高度存在，其特征是AMPK依赖的代谢要求。肿瘤驱动的葡萄糖剥夺将触发p38激活的AMPK/TAB1途径，激活的p38反过来会限制T细胞的反应。由于衰老和营养感应信号会共同激活AMPK，故有可能通过针对AMPK激活途径中的其他分子来执行营养操纵和抗衰老治疗，以促进T细胞的抗肿瘤活性。

需要注意的是AMPK是细胞功能的中央调节因子，包括T细胞在内的许多不同的细胞类型都可能受到影响。因此，AMPK抑制特异性过低，无法用于治疗。

图七 AMPK激活衰老T细胞中的p38MAPK

2.阻断p38途径

相比之下，对于干预T细胞衰老而言，抑制p38通路更有选择性。阻断p38途径可能有利与提高老年人对疫苗的反应性。许多疫苗在老年受试者中的有效性降低，短期阻断p38可能会促进抗原特异性T细胞增殖，从而增加抗原特异性细胞的数量。阻断p38途径还有可能用于肿瘤免疫治疗，通过抑制受体（如PD1阻断信号）可以增强T细胞的增殖和功能。在黑色素瘤的治疗中，在患者中阻断PD1可以增强T细胞对肿瘤的清除能力，并提高患者的存活率。

需要注意的是，细胞衰老过程被认为是通过防止端粒较短或DNA受损的细胞过度增殖来抵御恶性肿瘤的一种机制，因此潜在的风险是抑制细胞的衰老过程可能会促进癌症的发生。P38抑制剂的临床试验表明，在短期内(几周)使用p38抑制剂治疗是安全的，目前尚无关于接受短期治疗的个体患恶性肿瘤风险增加的报告。p38是通过依赖AMPK/TAB1的途径在衰老的T细胞中被激活的，故抑制这些分子中的一个来阻断p38信号或许是可行的。然而，阻断p38通路只能改变T细胞衰老的某些特征。因此，通过在衰老过程中靶向多个MAP激酶来提高免疫力的方法可能会比单独靶向p38取得更好的结果。

3.抑制mTOR可改善老年人的免疫功能

哺乳动物的mTOR通路是与衰老最明显相关的通路之一。mTOR抑制剂雷帕霉素可使小鼠的寿命延长9%到14%，还可改善老年小鼠的各种与衰老相关的状况，包括肌腱僵硬、心脏功能障碍、认知能力下降和行动能力下降。这说明mTOR抑制剂可能对延缓人类的衰老和衰老相关疾病的发展具有作用。在用mTOR抑制剂雷帕霉素对老年小鼠进行6周的治疗后，实验结果表明，小鼠体内初始淋巴细胞的产生增加，对流感疫苗的反应增强，寿命也得到了延长。同样，在小鼠LCMV感染模型中，雷帕霉素也被证明可以增加CD8+记忆T细胞的生成。

4.自噬诱导代谢物

近年来，自噬诱导的代谢物亚精胺已被证明可以恢复人类T细胞的活力。来自老年捐赠者的CD8+T细胞经过治疗后恢复了自噬，从而增强了细胞的功能。无独有偶，Puleston等人也发现亚精胺可以恢复老年小鼠的CD8+T细胞记忆反应功能。亚精胺也有助于蛋白质稳定的维持，在轻度认知障碍的小鼠模型中，补充亚精胺时错误折叠的蛋白质降解增加。然而，包括T细胞在内的多种细胞中的亚精胺水平随着年龄的增长而下降，因此，补充亚精胺被认为是支持健康衰老的一种治疗干预措施。另一种自噬诱导剂白藜芦醇也可减少老年小鼠中的促炎细胞因子谱。

六、总结

目前已有的大多数研究结果表明，免疫系统功能随着年龄的增长而减弱。老年人免疫功能衰老既涉及先天免疫系统，也涉及获得性免疫系统，这一过程被称为免疫系统的衰老。免疫衰老的典型变化包括胸腺退缩，晚期分化效应T细胞的扩张，以及外周促炎细胞因子水平的增加等。在免疫系统的衰老过程中，T细胞衰老是细胞毒性和促炎因子持续产生的主要因素。衰老的T细胞无法有效清除衰老细胞，最终将造成组织和器官功能下降。T细胞代谢失衡是驱动衰老相关疾病的主要因素，T细胞可调节炎症和驱动衰老，在衰老相关疾病的发生发展中起着至关重要的作用。促炎T细胞亚群（如Th1细胞和Th17细胞）通常会促进机体衰老；而Treg细胞随年龄增长功能降低则可能无法成功抑制与年龄增长相关的炎症反应。总体而言，T细胞功能紊乱造成的免疫耐受下降，可能是老年病发生的主要原因。

T细胞衰老导致老年人对严重感染的易感性增加，并可能对临床患者产生更加严重的影响。例如，与年轻人或儿童相比，老年人在感染流感或SARS-CoV-2后住院或死亡的机会要高得多。同样，疫苗对乙肝和肺炎球菌多糖的反应在老年时会严重下降。因此，更好地了解免疫系统逐渐恶化的机制是很重要的。根据这些机制，我们可能可以通过使用不同的佐剂，或者在免疫系统仍具有更强功能的较早年龄接种。同时，T细胞衰老导致其对抗原的反应下降，而特定T细胞亚群频率的变化以及T细胞自身代谢、功能的变化在一定程度上调节了T细胞反应的缺陷，但这是远远不够的。我们需要进一步研究衰老T细胞的相关问题，以阐明这些途径中的哪些步骤较为重要，并且可以被药物靶向进行改善。

直到目前为止，如何明确疾病特异性信号通路，调节免疫反应仍是确定免疫衰老在年龄相关疾病中的作用的重要问题。免疫衰老的研究对于预防与年龄相关的疾病，改进疫苗策略以及可能的自身免疫性疾病和癌症的免疫治疗至关重要。延缓T细胞衰老（T细胞亚群的重新激活）是否足以延缓整个机体衰老，或至少延缓机体衰老的部分表型，将对免疫学的基础研究和临床实践均具有重大意义。

[参考文献]

[1] Buchholz, Veit R., Neuenhahn, Michael., & Busch, Dirk H.. (2011). CD8+ T cell differentiation in the aging immune system: until the last clone standing. Current opinion in immunology, 23(4).

[2]Buondonno, Ilaria., Sassi, Francesca., Cattaneo, Francesco., D'Amelio, Patrizia., & D'Amelio, Patrizia.. (2022). Association between Immunosenescence, Mitochondrial Dysfunction and Frailty Syndrome in Older Adults. Cells.

[3]Cheon, I S., Cheon, I S., Li, C., Li, C., & Son, Y M.. (2021). Immune signatures underlying post-acute COVID-19 lung sequelae. Science immunology, 6(65), eabk1741.

[4]Deng, Guoliang., Zhou, Lisha., Wang, Binglin., Wang, Binglin., & Sun, Xiaofan.. (2022). Targeting cathepsin B by cycloastragenol enhances antitumor immunity of CD8 T cells via inhibiting MHC-I degradation. Journal for immunotherapy of cancer.

[5]Dong, Chen., Miao, Ya-Ru., Zhao, Rui., Yang, Mei., & Guo, An-Yuan.. (2022). Single-Cell Transcriptomics Reveals Longevity Immune Remodeling Features Shared by Centenarians and Their Offspring. Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany).

[6]Ekiz, H Atakan., Ekiz, H Atakan., Ramstead, Andrew G., Ramstead, Andrew G., & Lee, Soh-Hyun.. (2020). T Cell-Expressed microRNA-155 Reduces Lifespan in a Mouse Model of Age-Related Chronic Inflammation. Journal of immunology (Baltimore, Md. : 1950), 204(8), 2064-2075.

[7]Gate, David., Gate, David., Saligrama, Naresha., Leventhal, Olivia., & Yang, Andrew C.. (2020). Clonally expanded CD8 T cells patrol the cerebrospinal fluid in Alzheimer's disease. Nature, 577(7790), 399-404.

[8]Geiger, Hartmut., & Rudolph, K Lenhard.. (2009). Aging in the lympho-hematopoietic stem cell compartment. Trends in immunology, 30(7).

[9]Hashimoto, Kosuke., Kouno, Tsukasa., Ikawa, Tomokatsu., Hayatsu, Norihito., & Miyajima, Yurina.. (2019). Single-cell transcriptomics reveals expansion of cytotoxic CD4 T cells in supercentenarians. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 116(48), 24242-24251.

[10]Hou, Yuan., Zhou, Yadi., Jehi, Lara., Jehi, Lara., & Luo, Yuan.. (2022). Aging-related cell type-specific pathophysiologic immune responses that exacerbate disease severity in aged COVID-19 patients. Aging cell, 21(2), e13544.

[11]Huang, Zhaohao., Chen, Binyao., Liu, Xiuxing., Li, He., & Xie, Lihui.. (2021). Effects of sex and aging on the immune cell landscape as assessed by single-cell transcriptomic analysis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 118(33).

[12]Jain, Abhinav., Sturmlechner, Ines., Wey&, Cornelia M., Wey&, Cornelia M., & Goronzy, Jörg J.. (2023). Heterogeneity of memory T cells in aging. Frontiers in immunology.

[13]Karagiannis, Tanya T., Dowrey, Todd W., Villacorta-Martin, Carlos., Montano, Monty., & Reed, Eric.. (2023). Multi-modal profiling of peripheral blood cells across the human lifespan reveals distinct immune cell signatures of aging and longevity. EBioMedicine.

[14]Kaya, Tuğberk., Kaya, Tuğberk., Kaya, Tuğberk., Kaya, Tuğberk., & Mattugini, Nicola.. (2022). CD8 T cells induce interferon-responsive oligodendrocytes and microglia in white matter aging. Nature neuroscience.

[15]Li, He., Zhu, Lei., Wang, Rong., Xie, Lihui., & Ren, Jie.. (2021). Aging weakens Th17 cell pathogenicity and ameliorates experimental autoimmune uveitis in mice. Protein & cell, 13(6).

[16]Li, Yangyang., Lu, Ying., Lin, Shu-Hai., Li, Ning., & Han, Yichao.. (2021). Insulin signaling establishes a developmental trajectory of adipose regulatory T cells. Nature immunology, 22(9).

[17]Lu, Yong., Biancotto, Angelique., Cheung, Foo., Remmers, Elaine., & Shah, Naisha.. (2016). Systematic Analysis of Cell-to-Cell Expression Variation of T Lymphocytes in a Human Cohort Identifies Aging and Genetic Associations. Immunity, 45(5), 1162-1175.

[18]Martinez-Jimenez, Celia Pilar., Martinez-Jimenez, Celia Pilar., Eling, Nils., Eling, Nils., & Chen, Hung-Chang.. (2017). Aging increases cell-to-cell transcriptional variability upon immune stimulation. Science (New York, N.Y.), 355(6332), 1433-1436.

[19]Martos, Suzanne N., Martos, Suzanne N., Campbell, Michelle R., Campbell, Michelle R., & Lozoya, Oswaldo A.. (2020). Single-cell analyses identify dysfunctional CD16 CD8 T cells in smokers. Cell reports. Medicine, 1(4).

[20]Mogilenko, Denis A., Shpynov, Oleg., Andhey, Prabhakar Sairam., Arthur, Laura., & Swain, Am&a.. (2020). Comprehensive Profiling of an Aging Immune System Reveals Clonal GZMK CD8 T Cells as Conserved Hallmark of Inflammaging. Immunity, 54(1), 99-115.e12.

[21]Moreau, Jean-Francois., Pradeu, Thomas., Grignolio, Andrea., Nardini, Christine., & Castiglione, Filippo.. (2016). The emerging role of ECM crosslinking in T cell mobility as a hallmark of immunosenescence in humans. Ageing research reviews, 35, 322-335.

[22]O'Hara, Ryan., Tedone, Enzo., Ludlow, Andrew., Huang, Ejun., & Arosio, Beatrice.. (2019). Quantitative mitochondrial DNA copy number determination using droplet digital PCR with single-cell resolution. Genome research, 29(11), 1878-1888.

[23]Pickering, Harry., Schaenman, Joanna., Rossetti, Maura., Ahn, Richard., & Sunga, Gemalene.. (2022). T cell senescence and impaired CMV-specific response are associated with infection risk in kidney transplant recipients. Human immunology, 83(4), 273-280.

[24]Schaum, Nicholas., Schaum, Nicholas., Lehallier, Benoit., Hahn, Oliver., & Pálovics, Róbert.. (2020). Ageing hallmarks exhibit organ-specific temporal signatures. Nature, 583(7817), 596-602.

[25]Shin, Min Sun., Yim, Kristina., Moon, Kevin., Park, Hong-Jai., & Mohanty, Subhasis.. (2019). Dissecting alterations in human CD8+ T cells with aging by high-dimensional single cell mass cytometry. Clinical immunology (Orlando, Fla.), 200, 24-30.

[26]Tedeschi, Valentina., Paldino, Giorgia., Kunkl, Martina., Kunkl, Martina., & Paroli, Marino.. (2022). CD8 T Cell Senescence: Lights and Shadows in Viral Infections, Autoimmune Disorders and Cancer. International journal of molecular sciences, 23(6).

[27]Wang, Teh-Wei., Johmura, Yoshikazu., Johmura, Yoshikazu., Suzuki, Narumi., & Omori, Satotaka.. (2022). Blocking PD-L1-PD-1 improves senescence surveillance and ageing phenotypes. Nature.

[28]Weng, Nan-Ping.. (2023). Transcriptome-based measurement of CD8 T cell age and its applications. Trends in immunology.

[29]Zhang, Cangang., Zhang, Cangang., Lei, Lei., Lei, Lei., & Lei, Lei.. (2021). Single-cell sequencing reveals antitumor characteristics of intratumoral immune cells in old mice. Journal for immunotherapy of cancer, 9(10).

[30]Zheng, Yingfeng., Liu, Xiuxing., Le, Wenqing., Xie, Lihui., & Li, He.. (2020). A human circulating immune cell landscape in aging and COVID-19. Protein & cell, 11(10), 740-770.