炎性衰老与支气管哮喘

胡肖依，袁平，刘锦铭

同济大学附属上海市肺科医院肺循环科，上海 200433

由于医疗和生活条件的改善，预期寿命稳步增加，老年人的比例越来越大。据报道，目前65岁以上老年人哮喘的患病率为4%～13%［1］。随着年龄增长，肺功能会有生理性下降［2］。与年轻哮喘患者相比，老年哮喘患者表现出更严重的疾病表型。因此，哮喘相关的发病率和死亡率随着年龄的增长而增加。与年轻人相比，老年哮喘患者频繁住院的风险增大，且后者死于疾病的可能性是前者的5倍［1］。由此可见，衰老与支气管哮喘的发生密切相关［3］。炎性衰老（inflamm-aging）是指伴随衰老过程的慢性低级别炎症状态。炎性衰老与许多与年龄相关的疾病有关，如动脉粥样硬化、阿尔茨海默病、骨质疏松症和糖尿病等［4-5］。本文探讨炎性衰老和支气管哮喘的关系，为研究支气管哮喘发生发展的机制和治疗方法提供新的思路。

1 炎性衰老

英文“inflamm-aging”最早是由Franceschi等［4］在2000年提出，并由夏世金等［6］于2007年首次翻译成中文名称“炎性衰老”，目前得到公认。此后，人们对这个概念进行了深入研究，以确定其在老年性疾病中的分子机制。

炎性衰老被定义为慢性低级别无菌性炎症，是1种与年龄相关的生理过程恶化现象［4］，在此过程中，促炎介质水平持续升高，同时对免疫原性触发的炎症反应减弱［7］。炎性衰老的标志包括先天免疫系统的慢性激活和促炎介质循环水平的增加，如IL-1β、IL-6、TNF-α 和C反应蛋白（C-reactive protein，CRP）［8-10］。相反，适应性免疫随着年龄的增长而减弱，老年人对流感疫苗的反应减弱就是证明［11-12］。

炎性衰老的炎症是低度的、可控的、无症状的、慢性的和系统的炎症状态。但国内研究者认为，炎性衰老是非可控的，其炎症无法从抗感染、组织损伤模式下转变成平衡稳定的状态，导致炎症反应的持续进行［6］。

2 炎性衰老的机制

一些分子途径参与炎性衰老。衰老同时影响先天和适应性免疫系统，导致持续的低级别免疫激活和降低对适当免疫原性刺激的敏感性。这种恶化导致衰老细胞清除不足。因此，衰老细胞的积累诱导炎症性衰老相关分泌表型（senescence associated secretory phenotype，SASP）蛋白的慢性暴露。由于自噬的缺陷，在衰老过程中也会发生异常的炎症小体激活，从而进一步延续与年龄相关的促炎症环境。虽然目前已经确定了一些病理特征，但炎性衰老的确切机制尚未完全阐明。

2.1 免疫衰老免疫衰老和炎性衰老密切相关。衰老过程中，适应性免疫显著下降的现象称为免疫衰老。免疫衰老在细胞和血清学水平上导致与年龄相关的免疫功能下降［13-14］。因此，对于老年人，对外来抗原和自身抗原的特异性反应可导致其对包括感染、癌症以及自身免疫在内等疾病的易感性增加。另外老年人对疫苗反应也较差，同时先天和适应性免疫功能都受到影响。自身免疫、免疫缺陷和免疫调节等理论可以用来解释这个生理现象。

2.2 细胞衰老衰老是指细胞不可逆的复制停滞［15］。衰老由各种内在和外在的压力源驱动，如端粒缩短［16］。由于非编码的重复核苷酸序列位于染色体的末端，端粒阻止了染色体端到端融合和不稳定［17］。在增殖细胞中，每次细胞分裂，端粒长度都在逐渐缩短，直至到达临界。短端粒引起染色体融合和转录因子p53激活，最终导致复制性衰老和细胞凋亡。另一方面，胁迫诱导的早熟性衰老（stress-induced premature senescence，SIPS）是1种细胞表型，在内源性和外源性应激刺激下发展，如氧化应激、炎症和照射，独立于端粒缩短。

衰老参与了组织再生和肿瘤抑制等生理过程［18］，越来越多的人认为衰老是炎性衰老的基本因素。事实上，衰老细胞表现出SASP，其特征是通过NF-κB增加促炎细胞因子、趋化因子和蛋白酶的表达和释放，如IL-6、IL-1β、IL-1α 和TGF-β［19-20］。SASP的具体构成取决于细胞的类型和诱导衰老的物质。然而，SASP的生理目标是激活免疫细胞，促进衰老细胞的清除。免疫系统的老化导致衰老细胞的消除不足，衰老细胞在多个器官呈指数级积累，从而导致持续的促炎状态［20］。

2.3 NLRP3炎症小体激活NOD样受体热蛋白结构相关蛋白（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3，NLRP3）炎症体复合物由NLRP3、凋亡斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC）和pro-caspase 1组成。受到刺激后，NLRP3炎症体激活了caspase-1，后者会裂解炎症细胞因子的前体，如IL-1β、IL-1α 和IL-18［21］。NLRP3炎症体的激活包括2个基本步骤，即启动和激活。包括内源性损伤相关分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）和外源性病原相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）分子的应激信号启动NLRP3，这导致NF-κB的激活和NLRP3上调［22］。NLRP3的上调触发一系列事件，导致NLRP3炎症体复合物的组装和激活［22］。当NLRP3炎症小体缺乏时，与对照组相比，健康的老年动物呈现出更低的IL-1β和IL-18的表达，这表明NLRP3炎症小体参与了炎性衰老［23］。所以，这种与年龄有关的NLRP3炎症小体的激活可能与年龄增长和DAMPs积累有关。

自噬是细胞内的过程，致力于清除受损或老化的细胞器、错误折叠的蛋白质，并最终调节炎症小体的激活［24-25］。衰老过程中，自噬基因的功能丧失，导致自噬活性降低。因此，受损的细胞器通常会逐渐积累［26］，而自噬水平的降低可加速衰老进程，从而形成恶性循环。线粒体在衰老和与年龄相关的疾病中发挥重要作用。衰老过程中，线粒体自噬会受损［27］。

先前的研究已经确定了受损线粒体释放的mtROS和mtDNA参与触发NLRP3炎症小体激活［25，28］，这 种 机 制 将 导 致1个 恶 性 循 环。 其 中，caspase-1进一步抑制了线粒体自噬，从而放大了线粒体损伤［29］。氧化的mtDNA直接与NLRP3炎症小体结合，导致NLRP3炎症体激活并增加IL-1β的产生［30］。此外，mtROS还通过间接诱导NLRP3炎症小体激活NF-κB通路［19］。

3 炎性衰老与支气管哮喘

支气管哮喘是由多种细胞以及细胞组分参与的慢性气道炎症性疾病，临床表现为反复发作的喘息、气急，伴或不伴胸闷或咳嗽等症状，同时伴有气道高反应性和可变的气流受限，随着病程延长可导致气道结构改变，即气道重塑。哮喘是1种异质性疾病，具有不同的临床表型，接下来将从免疫细胞、促炎介质和气道微生物介绍炎性衰老和支气管哮喘的关系。

3.1 免疫细胞和支气管哮喘虽然哮喘在生命早期遵循Th2细胞因子的偏向性诱导，但来自老年哮喘患者的研究表明，Th1在中性粒细胞为主的哮喘中可能起作用，为炎症和免疫环境的年龄相关变化提供了潜在证据［31］。小鼠模型的研究表明，B细胞数量减少，并从幼稚B细胞转变为表达抗原的B细胞队列［32］。老年人中观察到抗原持久性和特异性增强，其原因可能是抗体减少。胸腺退化进一步导致T细胞数量转移，B细胞抗原处理改变，嗜酸性粒细胞功能与吞噬能力降低相结合，所有这些都促成了老年人哮喘中存在的独特免疫环境［33］。此外，T细胞在老年人中高度激活，人白细胞抗原-（HLA-）DR和CD69表达增加。在老年哮喘受试者中也观察到气道中性粒细胞的增加，提示随着年龄的增长哮喘表型的不同。

3.2 促炎介质和支气管哮喘Th17是T细胞的1个亚群，分泌IL-17A、IL-17F、TNF-α 和IL-22［33］。 过敏性哮喘的小鼠模型表明，IL-17A和IL-17F在气道炎症调节中都有关键作用，促进了中性粒细胞的招募，增强了Th2驱动的嗜酸性粒细胞增多，并增加了MUC5A表达。此外，IL-17A和IL-17F在哮喘气道中表达。Th17细胞由IL-23维持，该轴在宿主对细菌和病毒感染的反应中发挥重要作用，此外可能在“迟发型哮喘”的感染中也起作用。最近的研究一致认为，IL-17的表达随着年龄的增长而增加，而小鼠研究表明，与主要表达Th1的年轻小鼠相比，感染HSV2和流产布鲁氏菌的老年小鼠会产生更高水平的IL-17。这些数据表明免疫衰老和哮喘之间存在潜在的联系；然而，这种关系尚未明确［34］。

3.3 气道微生物群和支气管哮喘微生物影响健康和疾病，它们之间相互作用对治疗至关重要［35］。先进的分子基础技术，包括16S rRNA测序、全微生物基因组测序和元基因组学，已经彻底改变了人们对微生物的研究。微生物物种丰富度、群落均匀度和多样性与正常和患病状态的变化有关；然而，直接的因果关系尚未确定。由于“无菌气道”的先入为主的观念，以及采样时避免下气道和口咽污染的挑战，对气道微生物组的理解较为落后。然而，已经清楚的是，细菌负荷、组成和结构的异常发生在气道疾病中，如囊性纤维化、慢性阻塞性气道疾病和哮喘［36］。

最初对哮喘微生物学的研究集中在单一致病因子上，如肺炎分枝杆菌；然而，除此之外还有1种更复杂的微生物群落存在。Hilty等［37］进行了1项开创性的研究，确定了哮喘和慢性阻塞性肺疾病患者中紊乱的气道细菌群落，说明变形菌门成员（特别是血友病菌）在慢性阻塞性肺疾病和哮喘患者中患病率较高。细菌门成员（如普雷沃氏菌）在健康受试者中占主导地位。该研究分别评估了上气道和下气道标本，结果说明气道不是无菌的，特定的微生物组是气道疾病的1个特征。

1项使用支气管刷的更大的研究随后发现了一致的结果，并进一步将气道高反应性的严重程度与哮喘气道中的细菌多样性联系起来。与该临床发现相关的类群包括假单胞菌科、肠杆菌科、伯克氏菌科和奈瑟氏菌科［38］。已确认的几个与哮喘功能相关的属包括：刺激自然杀手细胞反应的鞘脂单胞菌科，具有NO还原酶的亚硝基单胞菌，对大环内酯敏感的草酸杆菌和能够进行类固醇代谢的丛毛单胞菌科［38］。后1组在糖皮质激素耐药哮喘中进一步评估，提示某些哮喘表型中治疗、感染和疾病之间的潜在关系［39］。在严重哮喘中，哮喘控制欠佳和痰中性粒细胞增多与变形菌门增多有关。

除了细菌，其他具有更大致敏潜力的气道微生物组成员，如真菌，还有待全面研究。这是由于缺乏真菌参考序列数据库；然而，哮喘中有真菌丰度增加的报道，除了持续的过敏原外，还有其他机制，包括与人类5-脂氧合酶同源的真菌脂氧合酶的表达。微生物很可能影响哮喘，特别是中性粒细胞显性哮喘和耐药哮喘，两者都具有老年人哮喘的特征［38］。

4 小结与展望

在老年人中，哮喘仍然是1个临床挑战。识别、诊断和治疗都很复杂。哮喘治疗主要包括客观监测、避免哮喘诱因、药物治疗和患者教育。尽管目前还没有针对老年人哮喘的治疗方案，未来的研究中，可涉及通过清除衰老细胞治疗支气管哮喘。本文从炎性衰老入手，总结了炎性衰老的定义、特征与机制，并从免疫细胞、促炎介质和气道微生物等方面介绍了炎性衰老和支气管哮喘的关系，为研究支气管哮喘发生发展的机制和治疗方法提供新的思路。