引言 近年来,干细胞科技被应用到了多种健康问题的改善当中。其中 “人老了就需要用间充质干细胞来改善虚弱”这一观点引发了人们的兴趣和讨论。今天我们通过最新文献来科普这其中的科学问题。根据斯坦福大学的研究成果,人在40多岁和60多岁时,会面临剧烈的衰老变化。60多岁以后也将发生人体“最危险的衰老”——免疫衰老。近年来,间充质干细胞已被证明是一种有希望的方式来恢复老化的免疫系统,可以减少炎症标志物,恢复 T 免疫细胞库,改善炎症性疾病的组织病理学。
今年8月,斯坦福大学的研究人员在《自然-衰老》期刊上发表的一项研究发现,在40多岁和60多岁时,人体会发生剧烈的衰老变化,人们在这个年龄点会突然感觉自己变老了。
60多岁,是人生第二次“断崖式衰老”的年龄点。在这时,与免疫调节、氧化应激、碳水化合物代谢、肾功能、心血管疾病等相关的分子发生显著变化。这个年龄段,也将发生人体“最危险的衰老”——免疫衰老。
免疫衰老是一种不可避免的现象,涉及免疫系统随着年龄的增长而重塑。免疫衰老的特征包括初始免疫细胞的数量缩减、记忆细胞的相对增多,以及血清中促炎细胞因子水平的上升,这些变化共同削弱了机体的免疫防御能力。65岁以上的个体感染、癌症发病率更高、疾病死亡率增加,并且疫苗效力降低。目前,尚无有效的治疗措施可用于改善免疫衰老。
由于免疫力退化,老年人群更容易受到严重的感染,与年轻患者相比,65-74岁的老年人感染社区获得性肺炎的风险增加了21%,菌血症和败血症在老年人中也更为普遍。
其次,作为衰老的直接结果,免疫系统处于持续的亚临床炎症状态,这种状态可进一步加剧多种疾病,包括心血管疾病(心肌梗塞、高血压、动脉粥样硬化)、认知障碍(阿尔茨海默病、帕金森病)、类风湿关节炎和代谢疾病(II型糖尿病)等。
近年来,间充质干细胞(MSCs)因其卓越的免疫调节特性和极低的免疫原性,展现出了作为对抗免疫衰老、促进免疫系统再生的极具潜力的治疗手段。MSCs不仅能够调节免疫细胞的平衡,还可能通过其多向分化能力促进受损组织的修复与再生,为延缓免疫衰老进程提供了新的希望。
日前,《International Journal of Molecular Sciences》期刊上发表了一篇题为“Potential of Mesenchymal Stem Cells in the Rejuvenation of the Aging Immune System”的综述文章,全面回顾并分析了当前间充质干细胞在衰老免疫系统再生领域的研究进展,强调了其在恢复免疫系统功能、提高机体抗病能力方面的巨大潜力,为未来的研究与应用指明了方向。
免疫衰老的原因
1.线粒体活性氧(ROS):
线粒体是细胞的“能量工厂”,但在能量产生过程中会产生副产物——活性氧(ROS)。适量的ROS对细胞信号传导和生理功能至关重要,但过量则会导致氧化应激。随着年龄增长,机体清除ROS的能力下降,导致线粒体ROS水平升高,进而损伤细胞成分,加速衰老进程。
2.氧化应激:
长期暴露于氧化应激环境下,细胞内的蛋白质、脂质和DNA等关键分子会受到损伤。这种损伤不仅削弱了细胞的正常功能,还触发了持续的炎症反应,如NF-κB和IL-1β等炎症因子的激活,进一步加剧了免疫系统的负担和衰老。
3.端粒缩短:
端粒是染色体末端的结构,随着细胞分裂而逐渐缩短。T细胞作为免疫系统的重要组成部分,其端粒缩短尤为显著,这限制了T细胞的增殖能力和寿命,导致免疫细胞池的老化。
4.胸腺退化:
胸腺是T细胞发育和成熟的关键场所。随着年龄增长,胸腺组织逐渐退化,减少了T细胞的生成和输出,特别是初始CD4+和CD8+ T细胞的数量显著下降,影响了免疫应答的多样性和效率。
5.自噬受损:
自噬是细胞自我清理和修复的重要机制。在衰老过程中,由于氧化应激等因素的累积,自噬功能受损,导致细胞内废物和受损组分的积累,影响免疫细胞的正常功能和寿命。
6.表观遗传改变:
表观遗传变化包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等,它们通过影响基因的可及性和表达模式,调控免疫细胞的分化和功能,从而参与免疫衰老的调控。
7.基因组不稳定性:
基因组不稳定性是衰老和癌症的共同特征。持续的DNA损伤、核膜缺陷和线粒体DNA突变等因素导致基因组稳定性下降,增加了基因突变和染色体异常的风险,进而影响了免疫细胞的正常功能和免疫应答的准确性。
8.细胞衰老:
在衰老过程中,衰老细胞逐渐积累并失去正常功能。这些细胞表达衰老相关分泌表型(SASP),释放促炎因子和生长因子等信号分子,加剧了局部和全身的炎症反应,促进了免疫系统的进一步衰老和功能障碍。
间充质干细胞:恢复老化的免疫系统,改善健康
增龄性免疫力下降的原因之一是间充质干细胞随着年龄的增长而衰老,其维持免疫系统的功能也逐渐减弱。虽然间充质干细胞具有多能性,但其在人体中的数量是有限的,例如间充质干细胞仅占骨髓单核细胞的0.001%至0.01%。因此,研究认为,间充质干细胞的离体扩增和优化注射剂量对于维持和增强间充质干细胞在体内的作用是必要的 [5]。 表1(来自文献[1]):显示了与炎症性疾病和衰老相关的潜在“炎症标志物”,这些标志物可用于验证间充质干细胞治疗的功效。 研究已经证实,MSCs通过分泌多种可溶性因子(如TGF-β、PGE2、IDO、HGF、NO等)和直接细胞间接触来调节免疫反应,控制炎症状态,减少促炎细胞因子的表达。此外,MSCs可能通过促进细胞自噬和减少氧化应激来改善免疫细胞的功能。这些机制为治疗衰老相关的炎症性疾病提供了新的思路。 在老年患者中进行的临床试验表明,MSCs能够显著改善患者的身体机能和炎症状况。 Golpanian 等人[3]和 Tompkins 等人[4]通过静脉途径施用不同剂量的同种异体间充质干细胞,在老年患者中进行了 I 期和 II 期临床试验。这些研究监测了 6 个月的不良反应以及患者的身体机能和 TNF-α 水平。 两项研究表明,静脉回输 MSCs 后,患者循环 TNF-α水平降低,身体机能也产生了显著改善,且接受治疗的患者未出现严重不良事件时。 间充质干细胞改善免疫老化的未来思考 间充质干细胞修复老化免疫系统的实际效果以及未来的转化应用涉及到多个因素的影响,例如不同来源MSCs的可能导致最终的疗效不一致、给药方法的选择、细胞制备工艺的差异等等。 尽管MSCs治疗在减少炎症标志物方面显示出潜力,但其长期存活和功能仍然需要进一步探讨,此外,最佳剂量的确定和优化治疗策略也是当前研究的重点。同时,需要关注MSCs对代谢组和脂质组生物标志物的影响,以进一步改善治疗效果。 总而言之,MSC治疗在免疫衰老领域展现出巨大的潜力,但仍需克服诸多限制和挑战。未来的研究应聚焦于优化MSCs的来源、给药方法和治疗策略,以实现最佳的治疗效果。同时,加强对MSCs作用机制的深入探索,将有助于我们更好地理解其在免疫衰老中的作用,为开发新的治疗方法提供科学依据。
小结
免疫老化是随着年龄增长,免疫系统功能逐渐衰退的过程,导致抵抗力减弱、易感染疾病、慢性疾病风险增加,如心脑血管疾病、癌症和糖尿病等。免疫细胞功能下降,特别是T细胞增殖和反应能力减弱,使老年人更容易遭受病原体侵袭,且恢复缓慢。研究表明,间充质干细胞疗法是一种有希望的方式来恢复老化的免疫系统,间充质干细胞可以安全地减少炎症标志物,恢复 T 细胞库,改善炎症性疾病的组织病理学。随着临床的发展,相信间充质干细胞会给免疫老化及衰弱领域带来更大的突破。
1. Yeo GEC, Ng MH, Nordin FB, Law JX. Potential of Mesenchymal Stem Cells in the Rejuvenation of the Aging Immune System. Int J Mol Sci. 2021;22(11):5749.
2. Bellon M, Nicot C. Telomere Dynamics in Immune Senescence and Exhaustion Triggered by Chronic Viral Infection. Viruses. 2017;9(10):289.
3. Golpanian, S.; Difede, D.L.; Khan, A.; Schulman, I.H.; Landin, A.M.; Tompkins, B.A.; Heldman, A.W.; Miki, R.; Goldstein, B.J.; Mushtaq, M.; et al. Allogeneic human mesenchymal stem cell infusions for aging frailty. Gerontol. 2017, 72, 1505–1512.
4. Tompkins, B.A.; Difede, D.L.; Khan, A.; Landin, A.M.; Schulman, I.H.; Pujol, M.V.; Heldman, A.W.; Miki, R.; Goldschmidt-Clermont, P.J.; Goldstein, B.J.; et al. Allogeneic mesenchymal stem cells ameliorate aging frailty: A phase II randomized, double-blind, placebo-controlled clinical trial. Gerontol. 2017, 72, 1513–1521.
5、Crippa, S.; Bernardo, M.E. Mesenchymal stromal cells: Role in the BM niche and in the support of hematopoietic stem cell transplantation. HemaSphere 2018, 2.
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