综述:衰老免疫系统中的网络重构:从慢性炎症到年龄相关疾病

【字体: 时间:2026年03月04日 来源:Cells 5.2

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  这篇综述()从系统网络层面探讨免疫衰老,指出其核心特征是免疫衰老(immunosenescence)与慢性炎症衰老(inflammaging)并存,而非孤立缺陷。老化导致免疫网络“重构”,破坏炎症的起始、消退与再生阶段,表现为消退缺陷、胞葬作用受损、对促消退信号反应减弱及再生能力下降,形成自我强化的慢性炎症循环,从而驱动癌症、神经退行性疾病和心脏代谢疾病等年龄相关疾病(ARDs)的发生发展。文章还展望了旨在恢复免疫平衡和消退功能的新兴治疗策略。

  
免疫系统的功能会随着年龄增长发生深刻变化,这不仅导致感染易感性增加、疫苗效力降低,更是多种年龄相关疾病(ARDs)的核心驱动力。这些变化并非零散的细胞功能缺陷,而是整个免疫网络在系统层面的“重构”,其两大核心特征是免疫衰老慢性炎症衰老。衰老并未简单地增强炎症反应,而是从根本上改变了其动力学和消退过程。在年轻个体中,炎症通常是短暂的,并紧随一个主动的消退期以恢复组织稳态。而衰老则打乱了这一精密调控的序列,导致持续性炎症组织损伤
免疫衰老的功能障碍标志
免疫衰老影响着先天和适应性免疫。在先天免疫方面,造血干细胞(HSC)衰老导致其分化偏向髓系,单核细胞和粒细胞产生增加。衰老的巨噬细胞表现出可塑性降低,胞葬作用(即清除凋亡细胞的能力)存在缺陷,促炎细胞因子基础水平升高。中性粒细胞的趋化性和杀菌能力也受损。树突状细胞的抗原提呈能力下降,削弱了先天与适应性免疫间的桥梁。
在适应性免疫方面,胸腺萎缩导致初始T细胞输出显著减少,外周T细胞池逐渐被记忆性和高度分化的效应T细胞所主导,其中许多表现出复制性衰老或功能耗竭的特征。衰老的T细胞增殖能力下降,细胞因子谱倾向于促炎反应。B细胞衰老则表现为初始B细胞生成减少、抗体多样性下降以及类别转换重组和体细胞超突变受损,导致对感染和疫苗的体液反应减弱且不持久,同时自身抗体产生的倾向增加。这些先天和适应性免疫的改变共同导致了系统性免疫稳态的丧失
慢性炎症衰老:来源、放大与循环
慢性炎症衰老是一种与年龄相关的慢性、系统性、低度炎症状态,由相互关联的来源、放大器和自我延续的反馈循环网络驱动。一个核心来源是组织中衰老细胞的积累,它们表现出衰老相关分泌表型,持续分泌白细胞介素(IL)-6、IL-1β、肿瘤坏死因子(TNF)-α等促炎介质。
炎症衰老的放大器包括线粒体功能障碍,其导致活性氧(ROS)和线粒体DNA(mtDNA)释放,作为危险相关分子模式(DAMPs)持续激活核因子κB(NF-κB)、NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NLRP3)炎症小体、cGAS-STING等先天免疫感知通路。此外,衰老的肠道微生物群失调、上皮屏障完整性破坏导致微生物产物易位,以及免疫细胞的代谢重编程(如持续糖酵解),都进一步放大和稳定了炎症状态。
这些因素通过多个反馈循环得以维持。例如,衰老细胞分泌的SASP因子招募并激活免疫细胞,而衰老的免疫系统清除衰老细胞的能力下降,导致其持续存在并不断分泌炎症因子。又如,衰老导致胞葬作用缺陷,凋亡细胞无法被有效清除而发生继发性坏死,释放更多DAMPs,进一步刺激炎症,形成恶性循环。
炎症消退的主动过程及其在衰老中的缺陷
炎症的终止是一个主动、高度协调的生物学过程,对恢复组织稳态至关重要。这一过程的中心是脂质介质类别的转换,转向产生特化促消退脂质介质(如消退素、保护素、maresins、脂氧素),它们通过作用于特定G蛋白偶联受体,主动抑制促炎信号、限制中性粒细胞浸润,并促进巨噬细胞向修复表型重编程,同时为组织修复创造有利环境,支持干细胞和祖细胞的再生能力。
衰老与消退途径的效率进行性下降相关。衰老组织在受到炎症挑战后生成SPM的能力降低,免疫细胞对促消退信号的反应性也减弱。其中最一致的缺陷是巨噬细胞的胞葬作用受损。衰老的巨噬细胞吞噬能力下降、细胞骨架重塑缺陷、代谢编程改变。由于成功的胞葬作用本身能反馈增强SPM产生并抑制炎性细胞因子释放,因此其受损形成了一个使炎症持续存在的正向反馈循环。消退失败会导致持续的炎症浸润,促进异常的伤口愈合程序,其特征是成纤维细胞持续活化、细胞外基质过度沉积和进行性纤维化,损害器官功能。
衰老免疫系统中缺陷的再生与组织修复
有效的组织再生依赖于免疫细胞、基质区室以及驻留的干细胞和祖细胞之间的精密协调对话。随着年龄增长,这种协调性被逐渐破坏。巨噬细胞在衰老组织中表现出表型转换受损,维持促炎转录程序,而未能充分支持血管生成、基质重塑和祖细胞激活。慢性暴露于TNF、IL-1等炎症细胞因子直接损害了干细胞和祖细胞的功能,降低其自我更新能力。
此外,衰老相关的细胞外基质炎症性重塑改变了其机械和生化特性,这可能会破坏干细胞和祖细胞的微环境。例如,在骨骼肌中,炎症性的巨噬-成纤维细胞相互作用驱动纤维化的ECM积累,损害卫星细胞活化和再生性肌生成。在衰老的骨髓中,炎症细胞因子重塑了基质和ECM环境,改变了造血干细胞(HSC)的粘附、静息和谱系定向,有利于髓系偏斜并降低再生能力。
免疫衰老与年龄相关疾病的病理生理学
上述慢性的免疫失调和缺陷的消退并非局限于孤立组织,它们会产生系统性改变,为多种ARDs的发生发展创造了条件。
癌症:年龄相关的免疫重塑通过先天和适应性免疫的系统性改变共同创造了一个有利于肿瘤发展的环境。胸腺萎缩减少了初始T细胞的输出,限制了识别肿瘤抗原的多样性库。外周T细胞池中耗竭和衰老T细胞表型的增加进一步削弱了抗肿瘤免疫力。自然杀伤细胞(NK细胞)的细胞毒性减弱。巨噬细胞在衰老组织中常呈现出免疫抑制或肿瘤相关表型。慢性炎症衰老通过持续的炎症细胞因子暴露,促进细胞增殖、血管生成并诱导DNA损伤,加速肿瘤发生。
神经退行性疾病:小胶质细胞(大脑常驻先天免疫细胞)随年龄发生“启动”,表现出升高的基础炎症张力、对刺激的过度反应以及恢复到稳态的能力受损。衰老也损害了大脑内的清除机制,小胶质细胞的吞噬能力下降,导致淀粉样蛋白-β(Aβ)、α-突触核蛋白等蛋白聚集体以及凋亡神经元和突触碎片清除效率降低。对促消退信号的应答性降低进一步延迟了炎症反应的终止。外周免疫衰老,如系统性炎症增加、血脑屏障完整性破坏导致的免疫细胞浸润增加,也与中枢神经系统病理相互作用,加速神经退行性进程。
心血管和代谢疾病:慢性低度炎症衰老以IL-6、IL-1β、TNF-α和高敏C反应蛋白(hsCRP)升高为特征,促进血管内皮功能障碍、氧化应激和动脉粥样硬化进展。衰老个体的单核细胞和巨噬群表现出促炎极化增加和胞葬作用能力降低,有助于斑块进展和不稳定。T细胞和B细胞反应失调进一步加剧血管炎症。慢性炎症信号还导致脂肪组织巨噬细胞和衰老免疫细胞改变胰岛素信号通路和脂质代谢,创造一种“代谢性炎症”状态, predisposes个体代谢失调。衰老相关的肠道微生物群变化和微生物易位增加也加剧了系统性代谢炎症。
调节免疫衰老的治疗策略
治疗策略旨在重新平衡失调的炎症网络、恢复免疫适应性并改善组织修复能力。主要包括:
  1. 1.
    靶向核心炎症和衰老通路:如调节雷帕霉素机制靶标(mTOR)通路的药物(如雷帕霉素)、senolytic(如达沙替尼+槲皮素)和senomorphic疗法,以减轻炎症和SASP。
  2. 2.
    调节炎症信号网络和消退途径:如p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)抑制剂,可增强巨噬细胞功能和胞葬作用;基于纳米颗粒的平台靶向递送促消退介质。
  3. 3.
    再生和免疫重建策略:如基于间充质干细胞(MSCs)的疗法、胸腺和造血再生策略(研究FOXN1、KGF、FGF21等通路)。
  4. 4.
    生活方式和营养干预:规律体育活动、压力管理、充足睡眠;优化营养,补充维生素C、D、E、锌、硒,摄入作为SPM前体的Omega-3脂肪酸。
  5. 5.
    微生物组靶向策略:通过膳食纤维、益生元、益生菌等调节肠道微生物组,增强屏障完整性,减少易位驱动的炎症衰老。
  6. 6.
    精准与多模式干预:整合免疫分析、代谢组学和表观遗传学数据,结合药理学、饮食、代谢支持和生活方式优化进行个性化干预。
系统层面与网络视角
免疫衰老最好被理解为一个复杂的、相互关联的免疫和组织网络的重新配置。衰老导致先天和适应性免疫、代谢途径以及器官间通讯的协同变化,形成了一个互动网络,其涌现特性与年轻系统有根本不同。从系统视角看,衰老并非简单削弱免疫功能,而是重组了网络架构,改变了连接强度、反馈控制和器官间免疫通讯。网络分析强调了代谢和免疫网络的相互依赖,以及组织微环境(如肠道微生物组、胸腺)作为影响系统免疫行为的网络枢纽作用。个体在免疫网络状态上存在显著异质性,这为精准干预提供了基础。
总之,免疫衰老是一个系统的、网络层面的过程,其特征是慢性炎症激活、消退受损、再生缺陷以及适应不良的免疫-组织反馈循环。针对免疫衰老的治疗策略,通过增强消退、调节代谢-免疫交互、减少衰老相关炎症和保持组织修复能力,有望改变衰老轨迹,延长健康寿命。
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