综述：肠道T细胞在衰老中的作用：对肠屏障完整性及炎性衰老的影响

《GeroScience》：Intestinal T cells in aging: implications for gut barrier integrity and inflammaging

　　

衰老伴随着肠屏障完整性的进行性下降，导致对管腔微生物及其产物的通透性增加，并促进慢性低度炎症（“炎性衰老”）。尽管上皮细胞和微生物的变化已得到广泛研究，但衰老过程中肠道T细胞作为屏障稳态的主动调节剂的作用仍未得到充分重视。肠道拥有体内最大的T细胞群，包括多种常规和非常规亚群，它们通过细胞因子介导的信号传导直接影响上皮分化、粘液产生、抗菌防御和紧密连接组织。在这篇综述中，研究人员综合了目前将肠道T细胞组成和功能的年龄相关改变与上皮屏障功能下降联系起来的证据。研究人员重点关注关键的T细胞亚群，包括Th1、Th17、Th22、调节性T细胞、γδ T细胞、黏膜相关恒定T细胞和上皮内淋巴细胞，并讨论了与衰老相关的其细胞因子谱的变化如何可能破坏屏障维护、修复和炎症之间的平衡。研究人员进一步研究了衰老特征性的T细胞功能障碍，包括衰老样和耗竭表型，如何可能加剧上皮损伤、微生物易位和系统性免疫激活。来自HIV/SIV感染和炎症性肠病等加速衰老状况的见解被用来为老年人中T细胞驱动的屏障下降的新兴模型提供信息。

引言

衰老过程中，肠道黏膜及其支持的免疫细胞在维持数万亿管腔微生物与体内内环境之间清晰界限方面的效力降低。年龄相关的黏膜屏障功能下降在包括无脊椎动物在内的多个物种中均有观察到，表明这是一种进化上保守的现象。同时，衰老与系统性炎症标志物升高相关。肠道屏障由上皮和其下的固有层两个主要区室构成。上皮区室由单层肠上皮细胞组成，由紧密连接蛋白维系。在向管腔表面迁移过程中，这些细胞分化为特化的细胞类型。小肠中，此上皮层延伸形成指状绒毛。上皮下方是固有层，其中含有主要由淋巴细胞组成的密集免疫细胞群。在肠道众多免疫细胞中，T细胞是肠道黏膜的主要细胞成分，并越来越多地被认为与上皮屏障完整性的调节有关。肠道是体内最大的T细胞储存库。细胞毒性T细胞通过穿孔素和颗粒酶等效应分子直接靶向受感染的宿主细胞。同时，包括Th17、Th22、Treg以及γδ T细胞、黏膜相关恒定T细胞在内的特化T细胞亚群积极参与上皮稳态。尽管T细胞在肠道屏障维持中的作用日益得到认可，但衰老如何精确改变肠道T细胞功能的机制仍知之甚少。本综述探讨了关键黏膜T细胞亚群中与年龄相关的变化，重点关注对上皮屏障具有最直接调节实验证据的T细胞亚群和细胞因子。此外，来自HIV/SIV感染和炎症性肠病等以T细胞驱动屏障功能障碍为特征的状况的见解，被用来为当前关于T细胞在肠道衰老和慢性炎症中作用的假说提供信息。

肠道T细胞的发育、归巢和功能组织

T细胞由克隆型T细胞受体定义。在肠道黏膜中，T细胞功能因持续暴露于膳食抗原和共生菌群而塑形，需要在抗菌防御之外强调免疫耐受和屏障保护。在此背景下，肠道T细胞可大致分为常规和非常规群体。“常规”T细胞由经典的αβ T细胞受体介导的抗原识别和外周效应分化定义，而“非常规”T细胞包括发育上不同的谱系。这些差异部分源于不同的胸腺选择程序。值得注意的是，一些非常规T细胞亚群离开胸腺时具有肠道归巢潜力，并直接定位于肠上皮。这些发育和迁移途径共同产生了一个多样化的T细胞网络。

与年龄相关的“肠漏”

肠道屏障的完整性随着年龄增长而恶化，使微生物及其产物更容易穿过黏膜进入体循环，这种现象被称为“肠漏”。人类和动物模型的研究都将年龄相关的肠道通透性增加与慢性低度炎症、微生物菌群失调和循环脂多糖水平升高联系起来。一旦微生物成分进入血液，它们就有可能通过Toll样受体激活其他免疫细胞。年龄相关的肠道通透性增加的确切机制仍是活跃的研究领域。一种假设是衰老导致肠上皮细胞紧密连接蛋白表达减少。Tran和Greenwood-Van Meerveld发现，年长狒狒的结肠黏膜中紧密连接蛋白表达降低，同时孔形成蛋白claudin-2表达增加。然而，Man等人的研究在人类回肠活检中未发现年龄组间这些蛋白的差异。潜在原因包括部位和物种特异性差异。重要的是，这些研究未检验T细胞介导的机制。在探索年龄相关肠漏的潜在机制时，可以参考其他肠道病理学。例如，人类免疫缺陷病毒感染引发类似的肠上皮屏障下降、微生物易位和随后的慢性炎症级联反应。HIV感染导致肠道和血液中CD4⁺T细胞池耗竭。在肠道内，HIV感染导致Th17细胞减少、IL-17产生减少，并向Th1分化转变。这指出了T细胞分化和细胞因子失调是维持肠道屏障完整性的关键因素。本综述讨论的T细胞改变在概念上可分为三个重叠类别。首先是屏障支持性群体和程序。其次是屏障破坏性程序。第三是功能障碍的T细胞状态。在此框架下，肠道T细胞衰老最好被视为从屏障维护向屏障损伤和适应性不良的正反馈炎症的渐进性转变。表1总结了本综述讨论的主要与屏障相关的肠道T细胞群，并按其在屏障维持、损伤或修复中的主要作用进行了组织，同时强调了衰老如何可能改变这些程序。

与年龄相关的黏膜T细胞亚群和细胞因子的变化

Th1细胞和IFN-γ

T辅助1细胞是CD4⁺T细胞的一个亚群，主要通过产生干扰素-γ在细胞介导的免疫中发挥核心作用。在肠道衰老的背景下，这使得Th1偏向的炎症尤为相关。从机制上讲，IFN-γ激活肠道干细胞中的Stat1信号通路，使分化偏向分泌谱系。IFN-γ还诱导上皮细胞上MHC II类分子过表达。体外研究证明IFN-γ增加通透性。这种效应后来被发现至少部分是通过紧密连接蛋白的内吞作用介导的。Yang等人进一步证明IFN-γ通过NF-κB/HIF-1α信号下调ZO-1和claudin-1，上调claudin-2。此外，IFN-γ通过诱导上皮细胞表面的TNF受体2使肠上皮细胞对TNF-α敏感，并通过上调肌球蛋白轻链激酶和随后的肌球蛋白轻链磷酸化，导致破坏肠道上皮屏障的细胞骨架变化。直接研究Th1细胞和IFN-γ浓度对衰老中屏障完整性影响的研究很少。Dillon和同事表明，来自老年人空肠的Th1细胞对细菌抗原的增殖反应降低。相反，在小鼠模型中，Omrani和同事发现老年小鼠肠道固有层中促炎免疫细胞增加，这些细胞是IFN-γ的关键来源，并负责这些小鼠中与年龄相关的屏障下降。除了IFN-γ，Th1偏向的免疫反应常伴随TNF-α产生增加，这是一种在肠道中具有明确屏障破坏作用的细胞因子。TNF-α信号传导促进上皮细胞脱落，通过肌球蛋白轻链激酶激活诱导依赖于肌动球蛋白的紧密连接开放，并驱动连接蛋白的重新分布和内化。重要的是，IFN-γ通过上调TNF受体表达和细胞骨架信号中间体使肠上皮细胞对TNF-α敏感，导致两种细胞因子同时存在时产生协同的屏障破坏。总体而言，这些发现支持Th1偏向的炎症是衰老中屏障损伤的主要驱动因素。

Th17细胞和IL-17

T辅助17细胞是CD4⁺T辅助细胞的一个亚群，主要通过产生白细胞介素-17专长于胞外病原体防御。在肠道中，IL-17信号支持杯状细胞粘液分泌和抗菌肽产生，这两者对于维持上皮屏障都至关重要。值得注意的是，尽管IL-17在肠道中具有稳态作用，但通常被认为是促炎性的，因为它激活并招募中性粒细胞。衰老与Th17细胞功能和IL-17产生下降相关，导致屏障防御受损。在人类中，Dillon报道了空肠固有层中Th17细胞频率的显著年龄相关下降，以及对细菌抗原的增殖反应减弱。进一步支持这些发现，Walker等人研究了衰老恒河猴的Th17型免疫特征，发现CD161⁺Th17型细胞显著减少，这些细胞产生较低水平的IL-17和IL-22，同时维持或增加IFN-γ产生，表明向Th1偏向细胞因子谱转变。这些数据强调了Th17下降在跨物种衰老中的保守模式，突出了Th17细胞不仅在病原体防御中，而且在调节黏膜稳态中的作用，并将其确定为抑制年龄相关肠道屏障下降的潜在靶点。

Th22细胞和IL-22

Th22细胞是产生IL-22的CD4⁺T辅助细胞亚群。IL-22是一种白细胞介素-10家族细胞因子，其受体亚基在上皮和基质细胞而非其他白细胞上表达。在结肠隐窝结构中，IL-22在多个部位作用以改善屏障完整性。它作用于隐窝基部的Lgr5⁺干细胞，通过STAT3信号刺激增殖。它还作用于杯状细胞以增加粘液产生并改变其组成。IL-22直接作用于吸收性肠上皮细胞，通过上调岩藻糖基转移酶2影响细胞表面的岩藻糖基化。IL-22作用于上皮细胞上调紧密连接蛋白occludin，但也上调孔形成紧密连接蛋白claudin-2。最后，IL-22作用于潘氏细胞以增加抗菌肽的产生。肠道内IL-22的水平必须受到严格调控，以平衡促进肠道屏障完整性与过度炎症。目前，直接评估衰老过程中肠道IL-22水平的研究相对较少。研究表明，健康的百岁老人循环IL-22水平高于年轻对照组。相反，一项研究人空肠黏膜T辅助亚群变化的研究显示，年龄组间Th22细胞无差异。然而，该研究未观察其他可产生IL-22的T细胞亚型。在小鼠模型中，已证明中年小鼠在艰难梭菌感染时产生IL-22的能力受损，这种IL-22产生的减少对应于微生物易位到肠系膜淋巴结的增加超过100倍。总的来说，这些研究提出了受损的IL-22反应可能导致年龄相关的肠道屏障下降的可能性。

调节性T细胞、IL-10和TGF-β

经典上，调节性T细胞被定义为通过产生IL-10和TGF-β等细胞因子对免疫系统发挥抑制作用的CD4⁺T细胞特化亚群。Treg的发育和功能由转录因子FoxP3的表达和翻译后修饰协调。虽然Treg约占体内所有CD4⁺T细胞的10%，但它们在肠道中尤其丰富。Treg表现出不同的起源和分化途径。Treg可分为胸腺来源的自然Treg和外周诱导的Treg。naive T细胞分化为Treg由细胞因子TGF-β的存在介导。有趣的是，在存在IL-6的情况下，TGF-β也可诱导Th17分化。Treg在维持免疫稳态中发挥核心作用。它们通过分泌抗炎细胞因子如IL-10和TGF-β来限制效应T细胞活性。IL-10的重要性体现在IL-10基因缺陷小鼠表现出回肠和结肠通透性增加。上皮细胞中的TGF-β信号通过增加连接蛋白的表达和稳定性来促进紧密连接完整性，同时限制过度的上皮增殖和炎症反应性。除了细胞因子分泌，Treg还通过表达共抑制受体来抑制免疫激活。此外，Treg通过消耗IL-2发挥代谢控制。虽然已知Treg在外周血中随年龄增长而增加，但肠道黏膜中此类变化的证据更为微妙。Santiago和同事发现老年小鼠小肠中CD4⁺/CD25⁺/FoxP3⁺细胞数量增加，但也发现老年小鼠TGF-β和IL-10产生减少。Senda和同事涉及不同年龄组人类供体的研究表明，回肠CD4⁺/FoxP3⁺Treg数量随年龄下降，而结肠CD4⁺/FoxP3⁺Treg数量在生命过程中保持稳定。这些差异可能源于物种间差异、不同方法学或影响Treg分布的不同环境因素。重要的是，现有数据表明，即使细胞数量得以保留或增加，衰老也可能损害Treg的质量或功能。

γδ T细胞

γδ T细胞是表达由γ和δ亚基组成的异二聚体TCR的CD3⁺T细胞亚群。γδ T细胞的独特之处在于它们不需要在胸腺中进行抗原识别即可发育。相反，它们在胸腺细胞发育的双阴性3阶段从常规αβ T细胞分支出来。此外，它们可以在不涉及MHC分子的情况下识别糖脂和应激标志物。γδ T细胞产生多种细胞因子。鉴于它们在上皮监视、伤口修复和细胞因子产生方面的既定作用，肠道γδ T细胞丰度和功能的年龄相关改变可能对胃肠道屏障完整性和黏膜稳态产生重要后果。在小鼠模型中，已证明随着年龄增长，γδ T细胞相对于αβ T细胞在小肠和阑尾中减少，但在结肠中不减少。接受联合抗逆转录病毒治疗的慢性SIV感染猕猴在肠道黏膜和血液γδ T细胞中表现出IL-17和IL-22细胞因子效应功能失调，这与肠漏表型相关。据推测，肠道γδ T细胞的类似变化可能发生在衰老过程中。

黏膜相关恒定T细胞

黏膜相关恒定T细胞是富含于黏膜表面的细胞，表达半不变TCR亚基。它们被微生物维生素B抗原激活，诱导1型和17型效应功能的组合。它们通过转录因子PLZF表现出先天样功能。衰老改变了MAIT细胞的丰度和功能表型，新出现的证据表明这些转变可能影响上皮屏障完整性和疾病结局。一项使用小鼠模型的研究表明，MAIT细胞在肠道中随年龄积累，但这些MAIT细胞中很大一部分具有非活性表型。这种非活性MAIT细胞表型的特点是淋巴细胞激活基因以及效应分子基因的低表达。总体而言，衰老与从产生IFN-γ的MAIT细胞向主要产生IL-17的MAIT细胞转变相关。在恒河猴中，外周血中的MAIT细胞在老年猴子中显著减少，这些老年猴子也显示出肠道屏障下降的证据。然而，该研究未调查肠道MAIT细胞。在衰老背景之外，MAIT细胞在非肥胖糖尿病小鼠模型中被证明具有保护作用。在HIV感染中，发现循环MAIT细胞减少，这被认为有助于黏膜屏障下降。这些发现突出了关于肠道MAIT细胞在衰老中屏障保护作用的进一步研究的重要性。

上皮内淋巴细胞

虽然与上述T细胞谱系不属于同一亚群，但上皮内淋巴细胞代表了肠黏膜内一个空间上独特的淋巴细胞区室，其与上皮细胞的邻近性实现了快速、双向的免疫-上皮串扰，对屏障完整性产生直接影响。IELs主要由T淋巴细胞组成。如图2所示，IELs根据其发育途径被广泛分类为自然的或外周诱导的，然后可以进一步按其TCRγδ或TCRαβ以及CD8αα、CD8αβ或CD4的表达进行分类。通过CCR9追踪到上皮后，IELs通过其表达的CD103保留在上皮细胞之间。这种结合和在上皮层中的持续驻留对于支持屏障功能、提供持续的免疫监视和快速响应病原体侵害甚至肿瘤形成至关重要。然而，IELs并非永久保留在上皮中。IELs的其他共同特征包括高激活阈值、有限的克隆TCR多样性以及允许快速TCR非依赖性反应的先天样免疫细胞通路表达。IELs通过产生与细胞毒性相关的细胞因子以及更具调节性的细胞因子来平衡这些细胞毒性和调节功能。有趣的是，IELs的空间分布在一个隐窝/绒毛上皮轴内并不均匀。Kawabata等人在中年小鼠中的研究表明，肠道上皮中IEL亚型的总体空间隔离对应于不同的表型、激活阶段和功能。例如，较高比例的低密度、激活的IELs存在于绒毛上皮中，而更静止的IELs定位于隐窝上皮。绒毛尖端的αβ⁺IELs也产生比隐窝基部对应物更高量的IFN-γ和IL-5。在其他物种中也注意到类似的空间分布。这些差异反映了IELs与其邻近上皮细胞之间空间调节的交叉对话的重要性。