翻译By李明恒，尹剑，蔺舫民，张亦欣
当今世界，人口老龄化进程加快，迫使我们不得不更加深入系统地探索衰老生物学。肺脏是由一系列独特的细胞类型组成的重要脏器，需要终生应对化学、机械、生物、免疫和外源性化合物的压力。然而，人们并不完全了解肺衰老的驱动因素以及为什么增龄会增加间质性肺疾病、致命性呼吸道感染和原发性肺癌等肺部疾病的发生风险。年4月15日，来自哈佛大学医学院的MarciaC.Haigis团队在《Cell》上发表了题为“Theaginglung:Physiology,disease,andimmunity”的综述文章。在这篇综述中，作者总结了在肺衰老过程中分子和细胞层面的改变、局部应激反应通路的变化，以及衰老过程肺部疾病的发生发展机制，并结合COVID-19大流行的背景，探讨了肺内先天免疫（Innateimmunity）和适应性免疫（Adaptiveimmunity）随着年龄变化的特点。
通讯作者：MarciaC.Haigis
HarvardMedicalSchool
（图源于网络）
正文
衰老（Aging）是所有与年龄相关的成人慢性病致死的主要风险因素。预计到年，美国的老年人口数量将首次超过儿童人口数量。在全球范围内，65岁以上的老年人群数量将在年超过20亿。这种人口结构的转变导致癌症、心血管疾病、肺部疾病和痴呆症等疾病急剧增加，这些疾病对老年人造成了巨大的痛苦，也带来了一系列在医疗保健和社会经济等方面的挑战。越来越多的证据表明，干预随年龄增长而恶化的生物过程可以改善或延缓许多与衰老相关的疾病。临床前模型研究已经证明，衰老确实是一种可治疗和可改变的疾病，可通过基因操作、饮食干预或使用药物来实现。由于人为干预能够延长模式生物(包括灵长类动物)的健康寿命，因此人们也尝试将这些发现应用到人类身上。细胞的衰老被定义为导致组织功能的逐渐恶化、增加疾病的易感性和死亡风险的一系列分子水平的变化。细胞的衰老特征可以被分为三类：基因组调控紊乱（基因组不稳定，端粒缩短，表观遗传紊乱）、信号传导障碍（营养感知异常，细胞通讯异常）、细胞器受损（线粒体异常，蛋白质不稳定）和细胞表型变化（干细胞耗竭，细胞衰老）。因为它们之间是相互依存的，改善其中的一个环节就可以对其他失调的通路产生积极影响。例如，选择性地恢复老年小鼠肝脏的自噬不仅可以改善蛋白质失衡，还可以改善线粒体稳态、基因组稳定性和器官功能。但是，我们仍处于探索增龄以及衰老如何影响特定器官的初级阶段。对人类而言，肺是人体内表面积最大的器官，由一系列细胞类型组成，这些细胞面临持续的化学、机械、生物、免疫和外源化合物压力。高龄会持续性损害健康个体的肺功能，包括结构改变、气体交换功能受损、免疫改变以及易受感染等特征。肺部驻留细胞依赖强烈的应激反应途径延缓损伤的积累，但是衰老的特征之一就是细胞对环境应激源反应能力的减弱。加深对适应机制如何失效以及失效原因的理解，有助于人们解析它们对年龄相关疾病的影响。肺衰老的驱动因素仍然令人难以捉摸，同时我们也缺乏对增龄相关的原发性肺癌、呼吸道感染以及阻塞性和纤维性肺部疾病的认识。新冠肺炎的爆发突显了阐明人类肺部随年龄增长而发生的变化的迫切性和必要性，促使我们探索是否存在可用于治疗的与年龄相关的关键分子，以降低老年人口的发病率和死亡率。尽管SARS-CoV-2病毒对年轻个体也有致死风险，但很明显，呼吸系统疾病在老年群体中的致命性要高得多，80岁以上个体的死亡率是50多岁个体的20倍或更多。因此，随着年龄的增长，分子水平和免疫系统的改变可能为老年新冠肺炎患者的病情恶化提供了机制基础。如果老年个体与年轻个体肺部生物学确实存在根本差异，并与这种差异死亡率有关的话，这就提出了一个问题，即老年患者的治疗模式是否应该与年轻个体不同。虽然高龄是慢性肺部疾病的主要风险因素，但推动肺部衰老过程的基本机制在很大程度上还不清楚。在这篇综述中，作者介绍了肺老化和应激反应途径失效的细胞和分子层面的因素，这些因素会促进肺部疾病的发展。结合COVID-19流行的背景，作者探讨了肺内先性免疫和适应性免疫是如何随着年龄变化而改变的。01
肺衰老与细胞变化
既往肺组织和驻留细胞的定义是基于它们的免疫组织化学以及光学显微镜、电子显微镜所观察到的形态学特征，单细胞转录组学和体内谱系追踪等新兴技术为解析人类肺部复杂的细胞组成提供了无与伦比的视角。迄今为止，人们在肺中已探究出至少40种细胞类型，单细胞分子图谱有助于揭示细胞类型的多样性和谱系层次。例如，一种可表达囊性纤维化跨膜电导调节因子(CFTR)的肺离子细胞的发现，突显了该领域的进化本质。尽管取得了这些进展，但衰老对肺细胞组成和功能的影响尚未完全阐明。高龄本身就会损害肺生理功能，即使在没有疾病的情况下也是如此。肺成熟和功能高峰期在18-25岁，在35岁前保持稳定，变化很小，此后逐渐下降，表现为肺泡表面积进行性丧失、气腔扩张、粘液纤毛清除率降低和弹性改变。这是细胞变化的直接结果，这些变化影响了呼吸系统的结构、功能和机械特征，但确切的分子机制却知之甚少。下面作者介绍了衰老肺中发生变化的主要细胞类型，包括(1)呼吸道上皮细胞，(2)肺祖细胞，(3)肺免疫细胞，(4)肺间质细胞。（一）呼吸道上皮呼吸道上皮细胞在外界环境和人体内部组织之间形成了一道重要的屏障，代表着抵御吸入的病原体、颗粒物和其他异物的第一道防线。这种独特的粘膜表面每天可接触升空气，在整个生命周期内保持其结构和功能的完整性是一项挑战。上呼吸道由管腔粘膜表面的假复层上皮构成，主要由支气管和细支气管上皮细胞组成，包括纤毛细胞、杯状细胞、分泌性杆状细胞和基底祖细胞，数量较少的细胞类型包括神经内分泌细胞、离子细胞和簇状细胞。在更远端的位置，气道终止于呼吸性细支气管、肺泡管和肺泡囊，在那里气体与交织的毛细血管床进行交换。1型肺泡上皮细胞(AT1)是一种扁平的鳞状细胞，占肺泡上皮表面积的95%以上，在气体交换中起重要作用。2型肺泡上皮细胞(AT2)产生表面活性物质，维持肺泡单位的液体平衡，是AT1细胞的祖细胞。随着年龄的增长，构成气道和肺泡呼吸道上皮的细胞表现出数量和质量上的缺陷（图1）。衰老与上呼吸道和下呼吸道粘液纤毛清除率降低有关。在正常人肺中已经观察到与年龄相关的端粒缩短，但哪些细胞类型导致这些变化尚不清楚。生理条件下年轻和老年野生型小鼠的单细胞转录组分析显示，随着年龄的增长，小鼠肺中大多数细胞类型的转录噪声普遍增加。这种转录可变性的遗传特征与从其他老年人类组织收集的单细胞转录组学数据一致，这可能是由于表观遗传调控随着年龄的增长而下降所致。尽管大多数肺细胞类型的转录噪声随着年龄的增长而积累，但仍存在一些细胞类型特异性的年龄相关改变。单细胞转录分析表明，时序老化增加了AT2细胞和脂肪成纤维细胞中与胆固醇生物合成相关的基因表达，导致上皮细胞和成纤维细胞的中性脂质含量随年龄增长而增加。衰老的AT2细胞也表现出抗原提呈能力的改变，主要组织相容性复合体(MHC)I类表达增加就是证据。在衰老的小鼠肺中，纤毛细胞的比例增加，导致小鼠气道中的杆状细胞与纤毛细胞的比例发生改变。虽然单细胞技术能够解析不同细胞群体的转录图谱，但仍需要更多的研究去明确年龄相关的基因特征是衰老的驱动因素，还是旁观者效应。图1.肺衰老过程中细胞组分以及功能的变化。年轻(左)和年老(右)肺的变化示意图，按解剖区域显示细胞组成和结构的主要变化。（二）肺祖细胞修复、再生和重塑呼吸系统的能力取决于成体祖细胞的功能状态。在动态平衡条件下，与其他器官相比，肺细胞周转率较低，所以不频繁的干细胞分裂足以维持呼吸道上皮的基线水平。在肺的两个主要功能区块：传导气道和肺泡实质中发现了不同的多能祖细胞池。在传导气道中，基底细胞是多能干细胞，形成气管和支气管的假复层上皮的一部分，并具有维持上皮动态平衡和修复整个气管上皮的能力，以应对各种损伤。在较小的传导气道中，杆状细胞被认为是祖细胞，在压力条件下分化为杯状细胞和纤毛细胞。AT2细胞是肺泡实质的主要祖细胞群体。它们在受损后通过增殖和分化为AT1细胞而再生，AT1细胞对维持气体交换至关重要。最近的结果表明了AT2祖细胞亚群的存在。这种损伤后的信号激活诱导增殖和自我更新能力，以及向AT1细胞分化。这个新群体的发现意味着存在专门合成和分泌肺泡表面活性物质蛋白的AT2亚群，以及能够自我更新和分化为AT2和AT1细胞的专用祖细胞AT2群体。衰老的一个标志是成人干细胞库的耗竭。肺中不同祖细胞群体与年龄相关的数量和质量的变化已经被介绍（表1）。基底细胞和球状细胞的数量随着年龄的增长而减少，而AT2细胞的数量没有变化，但表现出自我更新和分化能力的缺陷。与年龄相关的干细胞衰竭被归因于许多机制，包括氧化应激反应、线粒体功能障碍、端粒缩短和表观遗传学改变。随着年龄的增长，肺驻留干细胞的耗竭和功能障碍会损害肺脏的修复和再生能力，并导致肺气肿和肺纤维化等肺部疾病。关于衰老如何重塑肺干细胞微环境，以及高龄如何改变上皮细胞、间充质细胞和免疫细胞群体对肺再生的作用等问题仍然有待于阐明。一项研究强调了肺细胞非自主修复过程的重要性，该研究表明淋巴毒素β受体信号在幼年和老年小鼠的气道炎症、纤维化和再生中起作用。但目前大多数关于肺祖细胞的数据都来自于对啮齿动物模型的研究，关于人类肺干细胞如何随年龄变化仍需要进一步研究。表1.肺上皮细胞功能及增龄变化的综述（三）肺免疫细胞人类呼吸道是一个关键的免疫界面，需要对环境应激做出严格调控的反应。肺免疫动态平衡由气道驻留的肺上皮细胞以及来自髓系和淋系的局部免疫细胞和招募的免疫细胞共同维持。肺免疫效应细胞通过持续对呼吸道粘膜表面进行抗原采集，确保对入侵病原体和外来物质的快速反应。尽管协调的免疫反应对于抵御病原体至关重要，但严格控制促炎因子的产生是必要的，以防止可能导致的有害的纤维沉积和瘢痕形成。在呼吸道上皮内，纤毛柱状细胞、分泌粘液的杯状细胞、簇状细胞和杆状细胞形成屏障，作为抵御呼吸道病原体、污染物和过敏原入侵的第一道防线。气道上皮细胞本身具有免疫活性，能够分泌影响邻近白细胞的细胞因子，它们还表达模式识别受体，如Toll样受体(TLRs)，识别来自各种感染源的病原体相关分子模式(PAMP)。直接分泌抗微生物介质如防御素、胶原素和溶菌酶在免疫防御中发挥重要作用，是气道上皮细胞与天然免疫效应细胞和适应性免疫效应细胞沟通和招募的一种方式。与气道驻留的肺上皮细胞一起，肺泡巨噬细胞(AMs)和支气管周围间质巨噬细胞(IMs)在协调肺免疫反应中发挥核心作用。肺泡巨噬细胞是一种长寿细胞，在出生后不久就会在气道中定居，并在一生中继续在局部肺微环境中自我更新。肺泡巨噬细胞是一种长寿细胞，在出生后不久就会在气道中定位，并在一生中继续在局部肺微环境中自我更新。它们居住在管腔内，直接暴露在空气中，并通过整合素与肺泡上皮相连，在那里它们负责采样异物并吞噬病原体。上皮-巨噬细胞的相互作用是一个特殊的功能单位，它整合了微生物产生的信号，并通过释放各种促炎或抗炎介质来做出反应。AMs通过广泛的表面受体感知外部刺激，根据刺激的性质激活或抑制下游信号级联反应。在健康、动态平衡的条件下，AMs是肺泡灌洗液(BAL)中最丰富的细胞成分。在衰老过程中，来自小鼠和人类的研究已经揭示了呼吸道中AMs浓度的下降以及多种功能缺陷，包括吞噬和清除能力的缺陷，对干扰素(IFN)γ信号的无效激活，抗病毒反应的减弱，以及不适应TLR信号。尽管组织巨噬细胞的发育来源多种多样，但微环境被认为是决定肺巨噬细胞功能的主导因素。最近的一项研究使用遗传谱系追踪和转录图谱阐明了衰老的肺微环境对组织驻留AMs的影响。生理性衰老通过细胞非自主机制直接调节老年小鼠体内组织驻留AMs的表达谱。从幼年动物到老年动物的异时性过继转移逆转了与年龄相关的转录变化，因为被转移的细胞适应了受体的年龄特征。因此，衰老的肺微环境在小鼠的寿命过程中塑造了AMs的表达谱。相反，通过异体共生引入幼年啮齿动物的循环系统因素，并不能逆转组织驻留AMs中与年龄相关的转录变化，这表明了衰老肺微环境的重要性。肺中性粒细胞代表了另一种髓系细胞谱系，它经历了与年龄相关的数量和质量变化。在健康、临床指标正常的老年人下呼吸道中发现中性粒细胞数量增加，在与年龄相关的炎症中发挥作用。在老年患者中，过度的中性粒细胞浸润与流感相关死亡率的增加有关。中性粒细胞胞外陷阱(NETs)的形成在老年小鼠模型和老年人中受到损害，这是一种用于隔离快速分离病原体和中和毒力因子的反应。中性粒细胞的趋化性降低和不准确的迁移导致临近组织损伤和异常炎症，这一效应是由老年患者中性粒细胞中异常的PI3K信号介导的。中性粒细胞迁移不准确的程度与人类虚弱的临床指数相关，在体外使用PI3K抑制剂可部分逆转这种情况。如果上皮-巨噬细胞的第一道防线失败，就会激发第二层免疫反应，这种免疫反应是由终末分化的肺驻留淋巴细胞介导的，这些淋巴细胞包括先天性淋巴样细胞、自然杀伤(NK)细胞、粘膜相关的T细胞和组织驻留记忆T细胞(TRM)。类似于髓系免疫细胞随年龄的变化，肺内常驻淋巴细胞表现出一系列与年龄相关的功能障碍。几十年的研究揭示了年龄相关的系统性缺陷细胞，包括细胞毒性CD8+T细胞的寡克隆扩增导致T细胞库的减少。幼年和老年动物CD4+T细胞的单细胞RNA测序显示，四个不同的CD4+T细胞群体的含量增加。类似地，与年龄相关的B细胞功能障碍也被发现，包括不能进行类别转换重组，抗体产生减少，对某些抗原的亲和力降低，克隆型多样性减少。（四）肺间质由于肺部生理功能的下降是细胞自主和非自主过程紊乱的结果，因此必须结合肺部独特的微环境来考虑细胞衰老（图2）。定位于肺中的细胞由细胞外基质(ECM)成分和驻留的间质细胞组成。这种间质间隙的完整性对于维持肺泡囊和毛细血管床之间的气体交换至关重要。此外，间室中的交联、翻译后修饰蛋白与细胞外空间的生物活性分子结合，作为生长因子、细胞因子和代谢物的储存库。考虑到蛋白质的生物化学和生物物理复杂性，研究肺ECM的分子基础可能是具有挑战性的，这些蛋白质通常是大的、共价交联的和不溶的。使用微阵列技术对人类和啮齿动物模型中的早期研究得到了相互矛盾的结果，一些数据显示与年龄相关的胶原和其他细胞外基质蛋白的增加，而另一些数据显示减少。这种方法的一个局限性是依赖大量基因表达来分析蛋白质组成。此外，ECM蛋白寿命长，翻译后受高度调控，这可能有助于蛋白质和mRNA水平的解偶联。为了探索ECM成分的改变，研究小组已经转向利用洗涤剂溶解谱来最大化产量和利用液相色谱-质谱(LC/MS)的方法来绘制深层组织蛋白质组学图谱。啮齿动物肺组织的定量洗涤剂溶解度分析显示，随着年龄的增长，IV型胶原和XVI型胶原增加，XIV型胶原和Fraser综合征复合体减少。但仍需要进一步的功能研究来研究这32个被确认为随年龄显著改变的基质蛋白的生理意义。有趣的是，对mRNA和蛋白质水平的并列分析并没有揭示出一致的遗传变化，凸显了转录后调控通路在控制蛋白质水平方面的重要性。了解细胞外基质成分如何随年龄变化是至关重要的，因为人肺的弹性特性变化是肺功能的重要决定因素。使用原子力显微镜，研究人员发现随年龄增长，相关实质和血管隔室僵硬程度增加，揭示了衰老肺的生物力学特性的变化。这与数据显示的弹性蛋白降解是一致的，年龄增加和慢性阻塞性肺疾病(COPD)都会出现弹性蛋白降解增加。然而，驱动这种表型的确切机制还不清楚。肺成纤维细胞构成间质室的另一个重要部分。成纤维细胞衰老与肺重构有关，并与年龄相关的呼吸系统疾病(如肺纤维化)有关。几个研究组已经研究了肺成纤维细胞衰老，以了解是否存在因果联系。蛋白质组和微阵列分析显示年轻和衰老的人成纤维细胞ECM蛋白表达发生变化。类似地，单细胞RNA测序发现，衰老的间质成纤维细胞表达的XIV胶原蛋白及其结合核心蛋白聚糖(Decorin)明显减少。比较年轻和老年小鼠肺的活体研究显示，老年动物的细胞外基质变化与细胞衰老标志物增加之间存在相关性。虽然细胞自主和细胞非自主过程都会随着年龄发生变化，但了解衰老如何破坏细胞内在因素和细胞外在因素之间的相互作用是一个热门的研究领域。图2.细胞自主和非自主因素对与年龄相关的肺功能下降的影响。细胞功能包括内在生物过程以及与其他细胞类型和生物活性分子的外在相互作用的复杂过程。左图：描述了老年肺中特定细胞间质的质和量的变化。红色箭头：细胞数量减少或通路活性减少。绿色箭头：细胞数量或通路活性增加。右图：肺常驻细胞与邻近细胞和非细胞结构相互作用，随着年龄的增长，它们的功能也会发生变化。细胞外基质(ECM)成分、组织和循环中的细胞因子、衰老相关的分泌表型(SASP)以及导致组织结构改变的环境已被视为与年龄相关的变化。衰老过程中的质量缺陷会导致细胞间通讯机制的异常，表现为与微生物病原体的异常相互作用，以及先天免疫和适应性免疫向炎症加重、适应性免疫反应中断和免疫监视受损的方向发展。02
肺衰老与细胞应激反应
人类肺部长期暴露在一系列细胞应激源中，包括颗粒物、气溶胶、传染性病原体、过敏原、污染物、电离辐射、肺毒性化学物质或药物、生物力学损伤、高氧和香烟烟雾等（图3）。为了应对生物、化学和物理压力，肺驻留细胞进行了各种强大的应激反应途径。然而，应激反应生物学的关键是体内平衡：反应不足会导致持续的损伤而无法实现完全修复，而过度反应会导致异常的细胞激活、纤维化瘢痕和组织重塑。鉴于肺细胞的复杂性，随着年龄的增长，应激反应通路中存在细胞类型的特异性也就不足为奇了。由于呼吸上皮细胞承受外源性环境刺激的冲击，许多研究集中在AT2细胞的分子变化以及年龄如何改变它们对压力的反应能力。对其他细胞类型的研究不足，暴露了我们对衰老期间肺细胞健康认知的不足。在本节中，将回顾与蛋白酶抑制、氧化应激、代谢适应、衰老有关的应激反应通路如何随着年龄变化，以及这如何影响肺对外源性和内源性应激源的响应能力。（一）肺衰老与蛋白质稳态蛋白质稳态（Proteostasis）是指细胞调节蛋白质处理的各个方面的动态过程，包括合成、折叠、转运、翻译后修饰和降解。总的来说，这个整合的通路网络通过防止聚集的、错误折叠的或损坏的蛋白质的积累，有助于保持细胞蛋白质组的稳定性和功能。研究表明，即使在没有基础疾病的情况下，蛋白质质量控制也会随着年龄的增长而恶化，可见在衰老进程中蛋白质稳态会出现衰退。衰老组织表现出受损的蛋白毒性应激反应，这依赖于诱导分子伴侣来保持蛋白质折叠和稳定性。另外泛素蛋白酶体系统(UPS)和自噬-溶酶体系统这两种主要的蛋白水解系统的活性随着年龄的增长而下降。虽然在某些情况下，单个蛋白质可以通过任一途径降解，但研究表明一个蛋白水解系统的故障可以通过多种交叉作用机制影响另一个。肺持续面临着各种各样的生化干扰，导致有害的翻译后修饰、蛋白质错误折叠和中断的蛋白质-蛋白质相互作用的累积，从而产生蛋白毒性应激。然而，与其他组织类型相比，针对健康衰老过程中肺的蛋白质稳态的研究相对较少。最近，一项从年轻和年老小鼠分离的AT2细胞的蛋白质组学分析显示，随着年龄的增长，蛋白稳态网络出现了不适应的崩溃，而共同伴侣适应反应(CARE)网络在处理衰老肺部的慢性错误折叠蛋白方面发挥了重要作用，为进一步研究通过操纵蛋白稳态通路以恢复肺部健康提供了思路。除了老年肺蛋白质稳态网络的改变外，蛋白质降解途径如自噬的失效也已被确认。自噬是细胞内大分子和细胞器被溶酶体靶向降解的过程。它在维持蛋白质和细胞器质量控制中起着重要的作用，并在对各种细胞损伤进行适应性反应中起着不可或缺的作用。随着年龄的增长，巨噬细胞和分子伴侣介导的自噬活性的下降已在多种组织类型中被报道，并与进行性肺纤维化疾病的发病机制有关。在肺泡上皮细胞中，抑制自噬可通过稳定p62并激活EMT转录因子Snail2来促进上皮-间质转化(EMT)。此外，与年轻的相同处理小鼠相比，博莱霉素诱导化学肺损伤的老年小鼠上调自噬活性的能力降低，并表现出线粒体清除能力的受损。一些遗传性呼吸系统疾病可归因于潜在基因突变导致的蛋白质错误折叠。这可能为衰老过程中蛋白质稳态的重要性提供了见解，因为尽管罪魁祸首基因在早期就被转录，但临床疾病在几十年内都没有表现出来。因此，即使再囊性纤维化和α-1抗胰蛋白酶缺乏等年轻成人疾病出现的背景下，了解衰老如何加剧蛋白稳态失调也是至关重要的。相反，表面活性蛋白C基因(SFTPC)和MUC5B启动子区域的突变与肺纤维化有关，肺纤维化是一种通常在第6或第7个十年出现的疾病。这表明，引起聚集倾向或错误折叠蛋白质的突变所产生的后果首先需要与年龄相关的蛋白稳态崩溃来驱动疾病。这就提出了一个问题:是否存在一种与年龄相关的蛋白质稳态网络的逐渐丧失，从而导致无法补偿蛋白质的错误折叠负担？年轻的生物体受益于有一个功能完全的伴侣和蛋白水解应激反应，而年老的生物体可能已经耗尽了它们的能力。与年龄相关的Hsp70和Hsp90伴侣、二者共同伴侣以及巨噬细胞和伴侣介导的自噬的下降，可能会产生一个临界点，使系统不堪重负而患病。这一假设得到了证据的支持，即在α-1抗胰蛋白酶缺乏的情况下，刺激自噬和UPS清除细胞内包涵物具有治疗益处。图3.衰老肺的应激反应途径及潜在的治疗策略。上图：在生物体的整个生命周期中，外源性和内源性的损伤都有可能在肺组织中积累。下图：各种对维持细胞内稳态至关重要的机制已被证明在肺中随着年龄的增长而下降。降低伴侣蛋白和蛋白水解能力导致蛋白质稳态受损，导致蛋白质组被错误折叠、聚集或共价修饰蛋白所困扰。氧化应激反应在老年肺的内皮、炎症和上皮腔内受到阻碍，导致上呼吸道黏膜纤毛清除受损，肺泡上皮细胞出现代偿性NRF2介导的应激反应。随着年龄的增长，代谢失衡是由于异常信号转导途径的汇聚和线粒体的失调。随着年龄的增长，肺中衰老细胞的负担增加，影响ECM重构，最终破坏气道结构，促进纤维形成，改变与微生物病原体的相互作用。（活性氧(ROS);氮氧化物,NADPH氧化酶;OXPHOS,氧化磷酸化;SASP，衰老相关的分泌表型;ECM,细胞外基质。）（二）肺衰老与线粒体失调线粒体功能障碍也被认为是细胞衰老的标志。年龄相关的变化包括线粒体DNA突变和缺失的积累、线粒体结构和功能蛋白氧化的增加、线粒体膜脂质组成的改变、电子传递链（ETC）复合物不稳定和应激诱导的膜通透性改变。值得注意的是，AT2细胞含有肺线粒体总量的50%，尤其容易受到年龄的影响，表现为线粒体增大、嵴丧失、内膜破坏和呼吸能力受损。由于mTOR/PGC-1α/β信号通路的改变，衰老的肺上皮细胞也表现出线粒体功能障碍的特征。为了维持一个健康的细胞线粒体池，线粒体的合成和降解都需要受到严格的调控。然而，随着时间的推移，这两个过程的完整性都受到了损害。线粒体的合成受转录共激活因子PGC-1α、NRF-2和AMPK信号通路的激活和SIRT1调节的调控，所有这些功能都随着年龄的增长而减弱。端粒磨损在端粒酶缺陷小鼠中导致p53介导的PGC-1α和PGC-1β的抑制，从而导致线粒体合成的减少。在年老小鼠中，端粒酶的激活可以部分逆转这种效应。最近的一项研究揭示了端粒酶介导的线粒体损伤在肺先天免疫应答中的新作用。端粒较短的Terc缺失小鼠表现出肺部炎症增加和呼吸道病原体感染后肺炎死亡率的增加。AMs的端粒功能障碍会导致PGC-1α/ERRα转录程序中断，对线粒体有广泛的影响，包括ETC基因表达降低，ATP减少，活性氧(ROS)增加。这导致NLRP3炎症小体的激活和先天免疫反应过度，类似于老年个体中观察到的促炎状态。有趣的是，在家族性和散发性特发性肺纤维化(IPF)患者中发现了端粒酶突变，但衰老加剧这种纤维化表型的机制以及它是否由线粒体功能障碍介导尚不清楚。在肺衰老和与年龄有关的肺部疾病中，通过选择性清除受损的线粒体也起着重要作用。线粒体自噬是一个受多种信号分子和效应分子调控的过程，其中一种通路依赖于PINK1和Parkin的协调作用。在应激状态下，一种丝氨酸/苏氨酸激酶PINK1聚集在去极化的线粒体外膜上，并招募一种E3泛素连接酶Parkin来催化多种底物的多泛素化。这触发了p62/SQSTM1的募集，线粒体被自噬体囊泡吞噬并与溶酶体融合，线粒体被降解，组成成分被回收。令人惊讶的是，IPF患者的AT2细胞表现出功能失调线粒体的显著积累，这与PINK1的低表达有关。在体外抑制AT2细胞中的PINK1导致线粒体去极化，并增加促纤维化因子、转化生长因子β(TGF-β)1和TGF-β2的表达。因此，缺乏PINK1的小鼠更容易发生肺纤维化，即使在年幼的动物中也是如此。博莱霉素对年老的野生型小鼠进行刺激后，无法诱导线粒体自噬，从而损害线粒体ETC复合体的活性。此外，在成纤维细胞衰老过程中线粒体自噬的减少是由组成性mTORC1激活介导的，而雷帕霉素治疗的效果是可逆的。尽管线粒体自噬受损是肺纤维化的标志，但其他肺部疾病如COPD会表现出PINK1和线粒体自噬的上调，提示与年龄相关的肺部疾病可能有不同于其他疾病的分子驱动因素，也不同于发生在生理健康衰老过程中的分子驱动因素。（三）肺衰老与代谢适应在衰老过程中会出现代谢失衡，其特征是营养感应的改变、能量失衡和信号失调。虽然肺组织不是典型的参与全身能量平衡的器官，但AT2细胞具有强大的代谢活性和快速适应氧可用性变化的能力。在一个正常的肺中，肺泡上皮处于一个异常良好的氧合环境，O2水平约为毫米汞柱，高于大多数其他器官。为了应对急性或慢性低氧应激，AT2细胞在低氧压力下仍然保持ATP水平，突出了其固有的弹性和在有氧呼吸限制下维持生物能量稳态的能力。介导缺氧反应的信号通路(HIF2α,AMPK和mTOR)在衰老过程中也出现失调。尽管衰老与许多营养传感通路的收敛性破坏有关，但关于肺细胞如何随着年龄的增长而重新连接其代谢网络，以及代谢的治疗性调节是否能减轻与年龄有关的呼吸系统疾病等问题仍然有待于解决。Sirtuins是一种高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)+依赖蛋白脱酰酶家族，在肺衰老和疾病中发挥作用。哺乳动物的sirtuins定位于多种亚细胞室，包括细胞核(SIRT1和SIRT6-SIRT7)、细胞质(SIRT2)或线粒体(SIRT3-SIRT5)，sirtuins作为代谢传感器，通过测量NAD水平和翻译后修饰底物来实现下游的细胞保护反应。COPD患者肺中的SIRT1降低，小鼠气道上皮细胞中的SIRT1基因消融导致空间增大，肺功能受损，并通过FOXO3转录因子脱乙酰化缺失导致运动耐受性降低。SIRT1的遗传和药理恢复以FOXO3依赖的方式减轻肺细胞的过早衰老，保护吸烟引起的肺气肿变化，使SIRT1/FOXO3轴成为一个潜在的治疗靶点。SIRT3结合并去乙酰化许多底物，激活线粒体氧化通路，包括三羧酸(TCA)循环等，以及脂肪酸β氧化。SIRT3的表达在衰老小鼠的肺以及IPF小鼠模型和受影响的人类肺纤维化区域减少。SIRT3丢失导致抗氧化剂SOD2和IDH2等TCA酶的乙酰化和失活增加，损害老年肺线粒体功能。此外，SIRT3在AMs中调节线粒体生物能，其失活会降低最大耗氧率，增加质子泄漏，并使小鼠易受脂多糖(LPS)诱导出现急性肺损伤。展望未来，客观地分析肺内随生理年龄变化的代谢网络将对揭示以前未被认识的机制至关重要。例如，来自年轻和年老小鼠肺的单细胞转录组研究发现，AT2特异性改变了关键的脂质调节因子:Srebf2（一种固醇反应元件结合蛋白(SREBP)，对脂肪生成和表面活性剂的产生至关重要以及Insig1（一种SREBP的负调控因子），这种与年龄相关的基因表达谱模拟了Insig1/2缺失的遗传小鼠模型，该模型以SREBP的组成性激活、AT2s中中性脂质的积累和脂毒性相关的肺部炎症为特征。严密控制脂质代谢对AT2细胞至关重要，因为它们是合成肺表面活性剂的枢纽。然而，为什么固醇调节转录因子随年龄而改变以及这是否是衰老过程中的驱动力(或旁观者效应)目前还不清楚。广泛来说，我们对老年肺部细胞代谢和能量偏好如何改变的理解仍然存在空白。（四）肺衰老与氧化应激氧通过酶促和非酶促反应转化生成中间体ROS，包括超氧阴离子(O2-)、羟基自由基(·OH)和过氧化氢(H2O2)。活性氧与衰老的联系由来已久，其根源在于自由基衰老理论和线粒体衰老理论。这些理论认为，年龄相关的细胞退化是在一生中ROS积累引起的损伤的直接后果，特别是在线粒体DNA中。尽管数十年的研究表明，伴随着衰老ROS水平增加，但最近的研究对ROS是否确实有助于延长寿命提出了质疑。与氧化应激相关的作用的概念是指一种应对低水平自由基的有利生物反应，它促使细胞在应激时能够应对更大的ROS负担。对酿酒酵母和线虫的实验表明，线粒体氧化剂的释放可以诱导细胞保护程序，而这实际上可以延长寿命。然而，在哺乳动物的肺环境中，对抗氧化应激的封闭反应的益处还没有得到证实，大多数研究将活性氧升高与包括肺纤维化和肺癌在内的呼吸道疾病联系起来。在高氧压力下，气道细胞必须含有保护自己免受有氧代谢副产物伤害的机制。呼吸上皮细胞、内皮细胞和炎症细胞，如AMs和中性粒细胞，表达多种ROS生成酶，包括NADPH氧化酶(NOX酶)，并具有抗氧化防御能力，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶，以中和ROS。正常情况下，呼吸道中ROS在信号转导、损伤修复反应、ECM重构和病原体清除等过程中起着多种生理作用。只要通过抗氧化酶的调节来控制ROS水平，细胞就可以避免有氧副产物的有害影响。当ROS的产生超过抗氧化能力时，如在高氧状态下，蛋白质、脂质和核酸被氧化，并常常触发适应性应激反应。细胞内ROS可以来自内源性物质，如线粒体代谢，也可以来自外源性物质，如香烟烟雾、颗粒物和有害气体。对人类和大鼠的全肺分析显示，随着年龄增长，脂质过氧化、蛋白质羰基化和DNA损伤增加。H2O2的积累可选择性地以PI3Kα依赖的方式上调支气管上皮细胞中的microRNA-34a，导致SIRT1和SIRT6水平的降低。以单细胞分辨率在空间上定义肺组织的单细胞转录分析和成像技术可以解构不同肺细胞类型经历氧化还原失衡程度的异质性以及氧化还原程序如何随年龄改变。例如，来自老龄小鼠肺部的单细胞测序显示，与杆状细胞相比，AT2细胞中特异性的Nrf2介导的氧化应激反应增加。氧化剂减慢上呼吸道上皮纤毛摆动的频率，这损害了粘液纤毛的清除且易于感染。纤毛摆动的减缓是由年龄依赖性的PKCε表达和活性的增加所介导的，PKCε的抑制或抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)的处理可逆转这一效应。构成肺血管系统的细胞(内皮细胞和平滑肌细胞)在衰老过程中也容易受到氧化应激的影响。长寿的裸鼹鼠(最大寿命28年)和实验室大鼠(最大寿命3年)之间的比较发现，寿命较短的啮齿动物血管中超氧化物和H2O2的产生增加，这表明长寿的动物可能在内皮细胞中有保护机制。老年大鼠肺动脉内皮功能障碍是由于NOX酶gp91、Nox1和Nox4活性升高以及过氧化氢酶表达降低所致。在高氧应激下，人肺内皮细胞可诱导Nox4，但目前尚不清楚这种反应是否随着年龄的增长而减弱。氧化应激在年龄相关肺部疾病(包括肺动脉高压、肺纤维化疾病和COPD)的发病机制中发挥重要作用。在各种疾病状态的临床前模型和临床试验中，ROS的调节治疗已被广泛评估。NAC是一种抗氧化剂，被广泛认为可以防止自由基的诱变作用，目前已经被食品和药物管理局(FDA)批准向醋氨酚中添加NAC。人们曾试图将这种药物用于治疗氧化应激引起的呼吸系统疾病。在最近的一项研究中，NAC被作为一种慢性治疗手段在衰老的JunD缺陷小鼠模型中进行测试，该模型在肺中表现出氧化应激效应。系统性地施加NAC虽然具有降低肺氧化损伤和细胞衰老的预期作用，但也存在诱导肺腺癌的风险。虽然抗氧化剂在历史上被认为对恶性肿瘤具有细胞保护作用，但最近的实验和临床数据支持抗氧化剂可以增加肿瘤发生的风险，包括源自肺部的癌症。一项具有里程碑意义的随机、双盲、安慰剂对照一级预防研究证实了这一关系，该研究表明抗氧化剂补充剂β-胡萝卜素(维生素A前体)和α-生育酚(维生素E)未能降低男性吸烟者肺癌的发病率。出乎意料的是，该试验增加了这些抗氧化剂有害的可能性，因为据报道接受胡萝卜素的人患肺癌的比例更高。不同的肺癌小鼠模型已经表明，尽管具有预期的减少氧化应激的效果，但抗氧化剂会导致肺肿瘤的发展，并促进转移。含KrasG12D或者BrafVE的小鼠肺肿瘤模型经NAC或维生素E处理后，肿瘤细胞增殖加快、癌症恶化以及存活率降低。此外，抗氧化剂刺激Kras驱动的肺癌转移，通过稳定BACH1，激活一个转录程序，通过增加糖酵解酶的表达和增强葡萄糖摄取来诱导葡萄糖分解代谢。肺癌中Nrf2的积累导致BACH1以Ho1依赖的方式稳定，提供了抗氧化剂补充和Nrf2介导的转移性程序激活之间的机制联系。最终，安全治疗ROS的关键可能取决于如何调控ROS。考虑到对ROS生理水平的激效反应的潜在有益影响，结合数据表明抗氧化剂补充可以促进肿瘤发生，在考虑如何操纵ROS水平以实现肺组织再生的目标时，需要谨慎的方法。（五）肺衰老与细胞衰老细胞衰老是一种衰老的标志，其特征是细胞周期阻滞、独特的细胞形态和转录改变，以及通过自分泌和旁分泌信号调节局部组织微环境的独特分泌表型。在20世纪60年代，海弗利克和摩尔海德首次观察到人类肺细胞在连续传代培养后出现了复制阻滞，自此各种刺激（包括随时间衰老、化疗、辐射、补充供氧、氧化应激和香烟烟雾）下体内的肺衰老细胞积累。衰老细胞在人肺的上皮、内皮、成纤维细胞和免疫腔室中随着年龄的增长而增加。尽管复制停止，衰老细胞仍然保持代谢活性并释放多种因子，称为衰老相关分泌表型(SASP)。与衰老相关的细胞因子、基质重构蛋白酶和生长因子的增加对肺微环境中的细胞尤其有害，因为肺微环境需要严格调控基质重构和炎症反应，以防止异常的组织修复。从目的上讲，细胞周期阻滞的不可逆状态被认为是防止受损细胞恶性转化的一种保护机制。然而，衰老细胞参与了癌症和年龄相关疾病的发病机制，包括COPD和肺纤维化。因此，选择性靶向衰老细胞和SASP的分子效应被认为是恢复衰老肺部健康的治疗途径。令人兴奋的是，施加抗衰老类药物（senolytics）作为在体内组织中消耗衰老细胞的一种手段，帮助阐明了它们在衰老中的因果作用，并证明了其延缓衰老和疾病的有效性。早期对小鼠过早衰老模型的研究揭示了衰老在加速小鼠肺结构、功能和生物力学衰退中的作用。诱导细胞早衰的幼鼠具有衰老的特征，如空腔扩大和肺细胞结构的破坏。肺细胞的累积损伤可诱导关键的衰老标记物表达，包括p53、p21、p16Ink4a和pRB，导致细胞周期进展受阻。与年轻的小鼠相比，年老的野生型小鼠和年老的人类肺在实质肺泡和细支气管细胞以及肺血管中显示出增加的衰老标志物。在啮齿动物和人类中，衰老标记物与ECM成分共存，将衰老和间质重构与年龄联系起来。考虑到SASP和间质重构之间的联系，衰老在介导肺纤维化疾病中的作用已被探索。p16、p21和β-半乳糖苷酶在IPF患者肺组织的成纤维细胞和上皮细胞中上调，p16转录丰度与纤维化疾病的严重程度相关。诱导肺衰老使肺功能恶化，而相反，清除衰老细胞可减轻肺纤维化疾病，证明了衰老在肺部疾病中的因果作用。从小鼠肺的衰老成纤维细胞中收集的条件培养基含有显著增加的促纤维化和促炎因子，这与SASP分泌组促进纤维化的模型一致。有趣的是，从培养的衰老细支气管上皮细胞中收集的条件培养基并不激活纤维化反应，这表明可能存在细胞类型特异性SASP的作用。抗衰老类药物选择性地从组织微环境中清除衰老细胞，以抑制有害SASP因子的释放。在转基因小鼠模型中，有令人信服的证据表明，杀死衰老细胞可以减缓各种组织中衰老相关疾病的发展，并延长整体健康寿命，针对衰老细胞的小分子已经开发出来。第一个被报道的抗衰老类药物是达沙替尼和槲皮素(D+Q)的联合，通过抑制关键的前生存转录程序优先消融衰老细胞而不是增殖或分化细胞。在老年小鼠中，通过D+Q治疗清除衰老细胞增加了晚年存活率和机体活动能力，而不影响发病率。为了评估抗衰老药物在肺脏中的作用，在肺纤维化的实验模型中检测D+Q。在体外，D+Q降低纤维化标记物，增加上皮标记物，降低SASP和ECM水平。在博莱霉素刺激的动物体内，D+Q能增强小鼠肺衰老细胞的清除率，减轻IPF相关功能障碍。在IPF患者中进行的一项小型开放试验研究表明，D+Q抗衰老药物改善了物理指标，如步行距离和步态速度，为IPF更大的随机临床试验提供了支持。已经有其他方法可以选择性地清除肺中的衰老细胞。嵌合抗原受体(CAR)T细胞被设计成靶向衰老相关表面蛋白来延长原位KrasG12Dp53-/-肺腺癌小鼠的寿命，肺部肿瘤显示衰老的癌细胞减少，激活的T细胞浸润增加，突出了衰老细胞抑制肺部抗肿瘤免疫的潜力。调节microRNAs来控制衰老也被证明可以使肺组织恢复活力。因此，对抗衰老药物在体内使用的继续探索有助于进一步阐明衰老细胞在健康衰老肺和肺部疾病中的作用机制。03
与年龄相关的肺部疾病
高龄是慢性肺部疾病（如COPD，间质性纤维化肺病（ILD）和肺癌）发生发展的主要危险因素。衰老过程中呼吸系统的变化与肺实质疾病的年轻患者发生的病理生理变化极为相似。尽管暴露于空气污染物、香烟烟雾、石棉和其他不良环境中会加速慢性肺部疾病的发展，但尚不清楚这些疾病为什么在几十年后才有所表现，以及与年龄相关的细胞变化是否诱发并恶化了这些疾病的表型。由于阻塞性和纤维化性肺病均由几个已知的在衰老过程中失调的共同的细胞标志物所标识，这引发了人们对于阐明年龄相关的分子变化的致病机理，以及如何以其为靶点治疗疾病、恢复肺部健康的兴趣。（一）呼吸系统中与年龄相关的生理变化早在上世纪八十年代，人们就意识到了肺功能在健康衰老中的重要性，因为肺容量的下降会增加呼吸道疾病和非呼吸道疾病的发病率和死亡率。肺部衰老的特征是细支气管的密度降低和直径增大。在没有明显的疾病的情况下，衰老会导致肺泡表面积的下降，并伴有肺泡的扩大和空气容积的增大。肺整体会表现出弹性的逐渐丧失，变得更加僵硬，这种作用被认为是在ECM蛋白lamin、弹性蛋白和纤连蛋白表达改变的结果。为了研究ECM中与年龄相关的变化如何影响细胞表型，与年轻动物相比（主要在lamina3和a4中比较），用支气管上皮细胞和肺成纤维细胞重建的老年啮齿动物的脱细胞肺显示出支架结构蛋白的基因表达改变。因此，ECM中的变化可通过直接影响基因表达来增强肺年龄相关的表型。肺的几个生理参数会随着年龄而变化，包括功能性残气量的增加和第1秒用力呼气量与用力肺活量比值（FEV1/FVC）降低。对后者的度量基于呼吸量测定法，其结果反映了气流阻塞的程度，对于肺部疾病的诊断和监测至关重要。FEV1和FVC都随着年龄的增长而下降，尽管程度不同。事实证明，单单FVC就能很好地预测普通人群的死亡率。全基因组关联研究发现FEV1、FEV1/FVC和FVC临床测量与特定位点的基因组变异之间存在关联。然而，目前尚不清楚这些遗传变异是否会加速肺衰老。（二）肺衰老与COPD尽管导致肺部阻塞和纤维化的疾病会影响不同的解剖部位且对疾病发挥着不同的驱动作用，但其共同点在于，COPD或ILD的发病风险会随着年龄的增长呈指数增加。尽管吸烟是COPD的最重要风险因素，但只有10％–15％的吸烟者会患上该病。这意味着存在遗传、表观遗传或翻译后修饰等因素增加了某些个体的患病风险。COPD的几种分子特征与衰老过程中的分子特征重叠，并可能使个体对疾病更为易感，这些特征包括端粒维持、细胞衰老、蛋白稳态和基因组稳定性的失调。COPD的特征是由于破坏肺实质引起的进行性气流阻塞。正常衰老的肺部特征与COPD中观察到的特征之间有着惊人的相似性，这提示了香烟烟雾可能会加速正常衰老过程中的分子表达基线改变而诱发疾病。缺乏Klotho（KL-/-）（一种β-葡萄糖醛酸酶）的小鼠，其寿命显著缩短，并且出现了包括肺气肿在内的许多年龄相关疾病。与COPD中观察到的某些变化相似，由于有丝分裂信号受到抑制，KL-/-小鼠的肺出现气腔扩大、肺泡破坏、弹性降低以及气道上皮细胞凋亡增加。吸烟者的呼吸道上皮细胞中的Klotho表达降低，而COPD患者的Klotho表达则进一步受到抑制，导致对香烟烟雾引起的炎症和氧化应激的敏感性增加。令人惊讶的是，通过早期的肺部衰老临床特征可以预测晚年COPD的患病风险。FEV1低、年龄小于40岁的个体中年患COPD的风险是FEV1正常的人的3倍以上，这引出了一个有趣的问题，即什么原因导致了成年人早期的肺早衰。慢性香烟烟雾暴露加速早衰并导致COPD易感的机制之一是端粒磨损。患有COPD的吸烟者出现端粒缩短加速，一些研究假设循环白细胞端粒长度是COPD进展的生物标志物。带有短端粒且端粒酶无效的小鼠模型在慢性的香烟烟雾暴露后会发生严重的肺气肿。染色体端粒酶RNA组分的家族生殖系缺失导致早发性肺气肿，表明端粒长度是COPD的遗传易感因素。在患有严重COPD的较大人群中进行检查时发现，一组患者在必需的端粒酶基因TERT中携带有害突变，拥有这种基因型会导致端粒酶的催化活性受损，端粒缩短，这表明端粒调节基因中的种系突变是COPD易感的危险因素。与对照人群相比，COPD患者的肺组织积累了更多的衰老细胞，并且COPD来源的肺成纤维细胞分泌更高水平的SASP相关蛋白，这种现象可能会随着年龄的增长而加剧。然而，尽管衰老加重了香烟烟雾诱导的炎症浸润并上调了COPD小鼠模型中的关键SASP基因，但个体衰老并不是香烟烟雾诱导细胞衰老的唯一原因。COPD中的细胞早衰会影响不同的肺祖细胞群（例如间充质干细胞），最终导致干细胞衰竭和肺再生能力受损。这与以下假设相吻合：COPD是肺实质空间重塑和肺泡间隙进行性扩张，且无法维持足够的结缔组织和上皮组织修复途径的结果。长期暴露于香烟烟雾中也会破坏细胞的自噬，但关于暴露于香烟烟雾是否会诱导或削弱自噬活性的报道仍相互矛盾。一项研究表明，COPD患者的肺组织中自噬被上调，而其他COPD实验模型则证明自噬通量存在缺陷，导致自噬泡、多泛素化蛋白和聚集体的积累。尽管自噬的哪一步被破坏的确切机制尚不清楚，但最近的一项研究显示，在COPD小鼠模型中，自噬和溶酶体的主要转录调节因子TFEB的活性受到抑制。另一种自噬诱导的中枢调节因子Beclin1在健康的百岁老人中循环水平较高，而在吸烟者和COPD患者中循环水平较低。尽管这些研究相互间有所联系，都依赖血清Beclin1水平作为自噬活性的替代物，但Beclin1介导的自噬在小鼠体内的增强直接延长了健康寿命和整体寿命。有趣的是，破坏Beclin1及其负调控因子Bcl-2的遗传小鼠模型可以挽救在Klotho缺陷小鼠中观察到的几种与年龄有关的表型。由于自噬活性的上调可延长寿命并改善几种模型生物的组织健康，因此研究小组正在积极研究自噬的药理学增强作用以治疗COPD。表观基因组的变化与COPD的发病机理和衰老有关，包括DNA甲基化模式的破坏、脱乙酰基酶水平降低导致的组蛋白修饰改变以及microRNA表达的降低。衰老过程中表观基因组景观的改变可能与香烟烟雾导致的支气管上皮和气道炎症细胞中发生的其他动态表观遗传修饰有关，从而为靶向COPD表观基因组治疗提供了可能。如果COPD代表加速的肺衰老，则有理由认为挽救随年龄下降的细胞功能可能对治疗COPD有效。（三）肺衰老与纤维化纤维化性肺病是一个笼统的术语，是指以间质重塑、组织结构破坏、不可逆疤痕和肺功能受损为特征的一系列肺部疾病。IPF是特发性间质性肺炎的最常见类型，是一种病因不明的渐进性慢性纤维化间质性肺病，确诊后中位生存期不到3年。随着世界老年人口的空前增长，IPF等纤维化肺部疾病的发病率正在增加。流行病学研究表明，IPF患病率在18-34岁年龄段的人群中每10万人中有4.0人，在75岁以上年龄段的人中每10万人中有.2人，该病发病率在老年人中翻了50倍以上。与以香烟为主要致病因素的COPD相比，年龄的增长对IPF造成的风险超过了其他任何已知的环境或遗传因素。衰老的几个分子特征与肺纤维化有关，但衰老如何增加肺纤维化易感性的机制仍然未知。肺纤维化以基质沉积、组织重塑、纤维化瘢痕形成为特征。这种级联反应由生物化学介质(如TGF-β)维持，刺激肌成纤维细胞分化和代谢重编程。IPF被认为是对呼吸道上皮的反复损伤和修复失调的结果，修复失调导致肌成纤维细胞的活化和增殖，也由此产生了ECM沉积。由于伤口愈合能力和纤维化消除能力的下降，年老个体易受到组织瘢痕形成和不可修复的器官损害的影响。衰老和IPF的进化理论认为，纤维蛋白原途径的进化是早期生命健康与晚年发展纤维化易感性之间的一种权衡，这一概念受到衰老的拮抗多效性理论的启发。尽管很明显，年龄的变化会影响老年人对肺纤维化的易感性，但确切的机制仍在研究当中。相关研究集中于老年肺的特征，包括端粒磨损、加速衰老、线粒体功能障碍以及氧化应激和蛋白应激反应受损，这些都使其应对反复上皮损伤的能力受损。目前FDA批准的IPF疗法包括抗纤维蛋白原药nintedanib和吡非尼酮（pirfenidone），但是，靶向衰老过程中参与细胞衰退的上游途径可能有希望抵消IPF的发展和年龄相关的肺纤维化。端粒病是由端粒酶和端粒调节基因中的遗传缺陷导致的一类疾病，会增加IPF和其他间质性肺病的风险。实际上，IPF是端粒相关疾病中最常见的临床表型。在先天性角化不良的研究中，端粒酶成分的突变最初被确定为加速衰老的驱动因素。先天性角化不良是一种多系统遗传性疾病，患者通常由于骨髓衰竭和肺纤维化导致过早死亡，在约25％的散发性和约15％的家族性IPF病例中鉴定出短端粒。尽管hTERT和hTR的种系突变是IPF家族遗传的基础，但特发性肺间质性疾病的个体外周血和肺中也出现了短端粒，这些发现强调了端粒缩短诱发IPF不仅因为家族性端粒酶突变，还说明短端粒特征可能是与年龄相关的纤维化疾病的遗传易感性的基础。然而，端粒功能障碍如何直接促进肺纤维化的发展尚不明确。端粒磨损限制肺更新能力的一种途径是诱导细胞衰老。在衰老的端粒重复结合因子1(telomererepeatbindingfactor1，TRF1)缺陷小鼠中，AT2细胞的端粒功能障碍足以通过胶原沉积和衰老的肺上皮细胞的积累来驱动ECM重构。然而，无论端粒状态如何，IPF患者肺上皮细胞和成纤维细胞中的衰老细胞均增多，这直接加重了纤维化性肺病的发展。衰老的肺成纤维细胞的分泌组是促纤维化的，因此使释放的ECM成分通过TGF-β、白介素-6（IL-6）和MMP12向纤维化沉积方向倾斜。气管内注射博来霉素可诱导衰老的分子特征，并导致衰老成肌纤维细胞（纤维化疾病的关键效应细胞）随年龄增加逐渐积累。用自杀基因介导的衰老细胞消融对这些小鼠进行早期干预可以改善肺功能，但不能逆转已形成的肺纤维化。衰老成纤维细胞也是有问题的，因为它们似乎通过升高NOX4的表达来抵抗氧化应激诱导的凋亡，这提示了通过senolytics治疗IPF的潜力。蛋白质错误折叠对于AT2细胞尤其重要，AT2是重要的分泌细胞，需要稳定的内质网结构来支持表面活性剂的合成、折叠、组装和释放。存在表面活性剂相关蛋白A（surfactant-associatedproteinsA，SFTPA2）、表面活性剂蛋白C（surfactantproteinC，SFTPC）和粘蛋白5B（mucin5B，MUC5B）突变的约占IPF病例的5％，并将年龄相关的蛋白稳态失衡与疾病联系起来。例如，SFTPC中的遗传变异会导致蛋白质折叠错误、路径错误、加工错误、激活内质网的应激、未折叠的蛋白质反应（unfoldedproteinresponse，UPR）以及自噬的代偿性上调。在表达突变SFTPC的AT2细胞中，以及在散发性和家族性IPF患者的肺部，均观察到ER应激和UPR的诱导。即使没有与表面活性剂相关的突变，在IPF肺的AT2细胞中，诸如ATF6、ATF4、CHOP和XBP-1等ER应激介质也升高。啮齿动物和人类AT2细胞中的UPR激活会触发促凋亡信号级联反应，最终导致呼吸道上皮丧失和纤维化发展。化学伴侣模拟物4-苯基丁酸(4-PBA)通过减少内质网应激和TGF-β1诱导的肌成纤维细胞分化，在博莱霉素诱导的肺纤维化模型中显示出了良好的活性。IPF中的研究正在进行，以攻克与年龄相关的蛋白稳态失衡。自噬和线粒体的缺陷在诱发IPF中也起作用。抑制人支气管上皮细胞和肺成纤维细胞中的ATG5可以加速衰老和肌成纤维细胞的转分化。IPF人肺中的成纤维细胞病灶含有泛素化蛋白和p62表达升高，这表明自噬受损。由于关键基因ATG4B缺失而导致自噬功能失调的动物在损伤后表现出夸张的急性促炎反应，并在后续表现出以胶原堆积和ECM重构失调为标志的严重纤维化。雷帕霉素及其类似物对mTOR的抑制作用会抑制自噬，并延长包括哺乳动物在内的多种模式生物的平均寿命和最大寿命。尽管使用mTOR抑制剂依维莫司的早期试验未能改善IPF患者的病况，但下一代PI3K和mTOR抑制剂（如omipalisib）在临床前模型中显示出了希望，并正在患者中进行测试。因此，针对年龄相关扰动的IPF新兴疗法有可能改善多种器官的年龄相关性纤维化疾病。04
肺衰老与免疫
（一）炎性衰老年龄增长会导致免疫功能障碍、加剧机体炎症状态。“炎性衰老（Inflammaging）”是一个二十年前创造的术语，它是指与免疫应答抑制相矛盾的全身性炎症倾向，是衰老的一种标志。老年人的循环系统和组织中表现出包括IL-1b、IL-6、IL-8和TNF-α在内的促炎细胞因子水平升高。这种逐渐积累的促炎表型是人类衰老的特征，对生物体产生免疫反应和对疫苗产生反应的能力会产生影响。此外，慢性无菌炎症与几种人类疾病的发病机理有关，包括糖尿病、动脉粥样硬化和COPD。炎症是由多种刺激引起的，这些刺激会随着年龄的增长而诱发先天免疫系统的异常激活。外来病原体、内源性细胞碎片以及垂死细胞释放的损伤相关分子模式（DAMP）提供了促炎信号。除了暴露于免疫原性物质下随时间积累的不良影响，随着年龄的增长，由于缺乏异种吞噬作用而导致的清除此类碎片的能力受损更加剧了这一过程。在衰老组织中，免疫和非免疫来源的衰老细胞逐渐增加，通过SASP分泌组促进炎症环境的形成。这些刺激共同激活了NLRP3炎性小体，并导致了促炎介质的合成。促炎介质扰乱局部微环境并被释放到循环中对远端部位产生影响。尽管有几种驻留在肺部的免疫细胞，但导致炎性衰老的炎症确切来源尚不清楚。被认为是罪魁祸首的AMs驻留在上皮内侧液体层中，并粘附在肺泡表面。通过不断采样到达肺泡的异物，它们可作为抵御病原体和颗粒物的第一道防线。当受到应激时，AMs会通过LPS-TLR4丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase，MAPK）信号轴诱导强烈的促炎信号，但细胞凋亡碎片清除后，其应恢复到静息的抗炎状态。老年小鼠支气管肺泡灌洗液中分离出的肺巨噬细胞促炎细胞因子表达升高，包括CCL2、IFN-β、IL-10、TNF-α和MIF。同样，通过鼠肺单细胞测序分析AMs显示，多个基因在年轻和年老小鼠中存在表达差异，这包括Cebp（一种控制多种炎症反应基因的转录因子）和其他可能导致呼吸道炎性衰老的基因上调。此外，一种确定富集于老年小鼠肺中的AMs亚群表明，促炎信号可能源于不同的气道巨噬细胞群体，该群体会随年龄的增长而发生克隆扩增。（二）衰老肺脏的先天免疫反应肺部先天免疫功能在保护肺粘膜表面免受空气传播病原体侵袭的过程中起着关键作用，随着年龄的增长会逐渐出现其功能失调，这也是肺衰老的重要表现之一。尽管老化的先天免疫系统会释放更多的促炎细胞因子促发炎症反应，但它同时在识别病原体、通过TLR级联发出信号、呈递抗原、经历趋化和吞噬异物的能力上也受到了阻碍。甚至在创造“发炎”一词之前，人们就已经发现，在健康、临床上正常的老年人的下呼吸道中细胞因子和中性粒细胞的数量增加了。从老年小鼠和老年人身上收集的肺泡灌洗液中TNF、IL-6和补体成分的含量升高，这反映了先天免疫功能的失调。老年人中与年龄相关的免疫衰老还导致TLR传导的信号质量和信号数量缺陷。从老年个体中分离出的单核细胞TLR1–9转录水平降低，而与年轻对照组相比，对老年单核细胞的刺激显示了其产生促炎性细胞因子TNF-α和IL-6的缺陷。通过衔接分子MyD88介导的信号转导缺陷会进一步降低TLR的表达，而后者在衰老的啮齿类动物中的表达也会降低。此外，衰老破坏了控制I型干扰素基因表达的主要和次要RIG-I信号通路，从而导致抗病毒免疫应答受损。先天免疫的其他分支也会随着年龄的增长而受到负面影响，如通过吞噬作用吞噬微生物、通过产生ROS破坏病原体并通过中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞(dendriticcells，DCs)转运到感染位点。由于这些细胞位于呼吸道粘膜表面的环境界面处，因此对入侵微生物的局部免疫反应减弱可能会使本该被控制的感染在衰老宿主中全身扩散。DC是先天性和适应性免疫的关键介质，能够吞噬微生物并迁移至淋巴结，在那里它们通过激活T细胞引发适应性免疫反应。衰老的DC会表现出吞噬功能、淋巴结迁移能力、细胞因子产生能力、共刺激和抗原呈递能力的下降。肺中先天免疫反应的衰退导致适应性免疫细胞的启动能力减弱，并影响了老年人对疫苗的反应能力。老年小鼠的肺泡上皮细胞产生较高水平的趋化因子CXCL1/2，这导致了流感感染期间嗜中性粒细胞向肺的转运增加。这些中性粒细胞的存在是这些动物死亡率增加的原因，因为发现减少中性粒细胞可使老年小鼠的存活率恢复到与年轻小鼠相同水平。同样，在老年小鼠中感染呼吸道病原体肺炎链球菌与TLR表达、TNF-α产生、NF-κB表达的降低和死亡率的增加相关。这些缺陷可以扩展到其他先天免疫细胞类型，如衰老的巨噬细胞在肺炎链球菌感染期间也表现出细胞因子产生、NLRP3炎症小体组装的减少和NF-κB活性下降。这些研究强调了衰老在诱发肺部先天免疫功能障碍以及导致免疫系统对微生物入侵的反应缺陷的影响。预防这些与年龄有关的免疫调节策略的衰退对于恢复适当的免疫功能以降低传染性和炎性相关的肺部疾病的发病率至关重要。（三）衰老肺脏的适应性免疫反应免疫系统的适应性特性能够提供对外来微生物的无菌免疫，维持对病原体和疫苗的免疫记忆，并监视在恶性转化过程中产生的新抗原。适应性免疫会随着年龄的增长而发生显著改变，包括造血功能向骨髓生成偏移、淋巴细胞生成受到抑制、幼稚淋巴细胞生成减少、调节性T细胞增多以及B细胞适应性和抗体亲和力下降（图4）。年龄的增长会损害造血干细胞（hematopoieticstemcells，HSCs）产生原始淋巴细胞的能力，产生幼稚淋巴细胞的能力对于维持各种原始T和B细胞池至关重要。与年幼动物相比，成年小鼠中ROS活性较低的HSC种群较少，这导致了HSC自我更新能力减弱。在衰老的啮齿动物中，B细胞分化也减少了，这是由于前B细胞E47的表达降低以及支持基质细胞的IL-7产量减少所致。这些信号对于驱动RAG2的表达至关重要，而RAG2的表达对于B细胞受体（Bcellreceptor，BCR）的重组是必需的，从而导致衰老小鼠的BCR多样性受到限制。同样，由于胸腺退化而导致的老年个体的幼稚T细胞生成减少，导致了T细胞受体（Tcellreceptor，TCR）谱系多样性受到限制。随着年龄的增长，原始细胞抗原受体多样性的丧失损害了适应性免疫细胞从新的感染因子和恶性转化细胞中识别抗原的能力，导致免疫监视功能受损。图4与年龄有关的全身性和肺脏局部免疫变化。年龄增长通过影响原发性淋巴样组织、继发性淋巴样组织和靶组织而导致免疫衰老和炎症。上：胸腺退化和骨髓纤维化降低了原始T/B淋巴细胞在循环系统中的水平。中：淋巴结结构的丧失会破坏树突状细胞(dendriticcell，DC)的启动和T细胞及B细胞的激活。下：T/B细胞启动和激活的缺陷导致效应抗体产生减少、T细胞的保护功能丧失。肺组织中中性粒细胞迁移缺陷导致免疫病理增加。在没有感染的情况下，炎症导致巨噬细胞产生更多的炎性细胞因子。随着年龄的增长，先天免疫细胞的启动缺陷和固有细胞自主分子的变化导致T细胞逐渐变得功能低下和反应迟钝。来自衰老动物的原始CD4+T细胞的促凋亡因子Bim的表达降低，导致增殖潜能、IL-2产生以及CD4+T细胞依赖性抗体应答降低。TCR信号的减少，部分是由于年龄相关的miRa丢失，这导致双特异性磷酸酶(dual-specificphosphatase，DUSP)6无法受到抑制。衰老还会使抑制性T滤泡调节细胞的比例上升，并通过转录因子RBPJ的表达促进早期T滤泡辅助细胞(Tfh)的分化。与成熟的Tfh细胞表型相似的前Tfh细胞会增加，这可能解释了在老年人中观察到的循环Tfh细胞频率和流感疫苗的抗体反应钝化的矛盾报告。老年小鼠的病原体特异性CD8+T细胞扩增存在缺陷，这降低了其多样性，并在使抗病毒免疫功能受损。来自衰老小鼠的T细胞也会经历细胞代谢变化，从而影响其活性和功能。随着年龄的增长，CD4+T细胞中ATPaseCD39的表达增加，使其更容易发生凋亡和线粒体失调。此外，来自衰老小鼠的CD4+T细胞通过线粒体呼吸作用减少了耗氧量，参与单碳代谢的酶的缺陷增加导致IL-2的产生和增殖潜能下降。B淋巴细胞群体也显示出伴随年龄增长出现的功能衰退。老年人接种流感疫苗后的保护性抗体滴度为30％–50％，而年轻人为65％–80％。这归因于老年人免疫球蛋白可变基因的新生体细胞超突变减少导致的抗体反应的适应性减弱。抗体产生缺陷一部分由Blimp1的表达下降导致，Blimp1阻止了B细胞向浆细胞的分化，但依然允许记忆B细胞形成。此外，衰老的小鼠和人类的AID和E47表达降低，这是B细胞亲和力成熟的关键，其改变导致疫苗反应欠佳。老年小鼠表现出B细胞阻遏性T卵泡调节（Bcell-repressiveTfollicularregulatory，TFR）细胞的扩增，老年个体中的这些细胞的表型与其在年轻个体中的表型不同，这与PD-1表达增加有关。这些与年龄有关的变化共同限制了生发中心B细胞的成熟和B细胞的功能，导致抗体产生和体液免疫的缺陷。尽管现有研究已经描述了先天性和适应性免疫中与年龄相关的变化，但恶化的免疫状况如何增加了肺部疾病的发生率和死亡风险仍旧存疑。系统生物学方法已经揭示了跨越老龄化人群的免疫反应的预测因子，但是个体的遗传和环境变异为高分辨率定义免疫老化动力学的研究提出了挑战。为了解决这个问题，近十年来，人们采用了多种免疫组学方法来纵向剖析个人免疫系统的各种特征。这促进了“免疫衰老”评价体系的发展，它比实际年龄更能描述一个人的免疫状况，并被证明是全因死亡率的预测指标。这项研究和其他研究共同强调了一个重要的概念，即实际年龄不一定是生物年龄的可靠指标。实际年龄和生理年龄的这种脱钩现象已在数据中得到证实，这些数据表明生物衰老标志（例如免疫学、表观遗传学和临床表型）可能是较好的长寿预测指标。（四）肺癌、免疫疗法和衰老随着世界人口的老龄化，癌症的发生率正以惊人的速度增长，但是我们对癌症与衰老之间的联系仍缺乏了解。肺癌目前仍然是癌症致死的主要原因之一，每年造成的死亡人数超过了乳腺癌、前列腺癌、结肠直肠癌和脑癌的总和。降低吸烟率、早期发现策略以及靶向疗法的发展已使得近期肺癌死亡率下降。但是，肺癌的致死人数仍十分惊人，占据了所有癌症致死人数的25%，而且在所有癌症类型中肺癌的5年存活率最低。肺腺癌是非小细胞肺癌（NSCLC）最常见的组织学类型，可通过其分子特征进一步细分。已经清楚的是，NSCLC的不同类型是由致癌驱动基因的表达引起的。有趣的是，肺腺癌的这些分子特征按年龄分层。例如，在50岁以下的患者中，存在可靶向基因组改变（例如EGFR突变、ALK或ROS1融合或ERBB2插入）的肺癌发生率较高。相反，在较高年龄段的肺腺癌患者中发现了其他致癌驱动因素，例如Kras突变、BRAFVE和MET外显子14跳跃。值得注意的是，这些分析基于临床基因型分组的数据，该分型分析了肿瘤的预决定基因集。尽管在给定因素的影响下研究年龄与肿瘤基因型之间的关系是具有挑战性的，但是使用非靶向测序来了解年龄与其他基因组改变是否彼此独立的研究很有先见之明。年龄是肺肿瘤发生的调节剂，与年幼组相比，老年小鼠中KrasG12D驱动的肺肿瘤的激活导致更多的腺瘤和深层病变。老年小鼠中的肺部肿瘤表现出p53依赖性DNA损伤应答受损，并导致生存期缩短。其他与年龄相关的修饰因子（例如Bin1和SIRT4）也增加了老年动物对肺肿瘤发生的易感性。对啮齿类动物肺癌建模的大多数研究都是在年幼个体中进行的，因此，需要进一步的研究来阐明衰老的微环境如何影响肺癌的发展。关于癌症和衰老的既往研究认为，恶性肿瘤是由体细胞中出现的连续多级遗传损伤引起的。与该理论一致，吸烟相关的肺癌亚型，包括小细胞癌和鳞状细胞癌，其发病率随着年龄的增长而增加，并与DNA损伤、基因组改变和高突变量相关。但是，从来源于皮肤和食管的人体正常组织进行的高通量超深度测序显示，非转化细胞的体细胞突变量非常高。在暴露于阳光下的正常皮肤细胞中，已知许多驱动皮肤鳞状细胞癌生长的突变在幼年时就已经处于强烈的阳性选择之下。同样，在年老的正常食管上皮细胞中，与年龄相关的突变数量也显著增加。这些研究强调了将年龄相关的癌症发展归因于细胞自主遗传事件的理论的不足。非细胞自主过程，例如肿瘤微环境中年龄依赖性的变化，也可能在肿瘤发生中起关键作用，并可能导致疾病发展（图5）。对于晚期肺癌的治疗，目前有五种经FDA批准的免疫治疗剂，包括彭布罗拉祖玛单抗（Pembrolizumab）、阿特珠单抗（Atezolizumab）、杜鲁伐单抗（Durvalumab）、尼古鲁单抗（Nivolumab，靶向PD-1途径）和伊立木单抗（Ipilimumab，靶向CTLA-4）。据报道，老年肺癌患者的存活状况更差，免疫治疗药物的疗效下降，但鉴于前瞻性临床试验中包括的老年个体很少，因此收集和解释数据有一定的难度。细胞毒性CD8+T细胞是许多通过PD-1/PD-L1轴的免疫检查点抑制剂（ICI）的靶标，可降低TCR多样性、降低其增殖能力，并降低老年人的细胞凋亡阈值。有趣的是，尽管已证明PD-1在老年人的T细胞中表达上调，但用ICI进行信号抑制并不能将T细胞的活性恢复到与年轻患者相同的程度。此外，循环系统PBMC的转录谱分析显示，除其他与年龄相关的变化（包括对先天免疫激动剂的反应受阻和T细胞增殖减少）外，老年人T细胞PD-1的上调功能受损。因此，老年个体中的PD-1表达水平可能是组织依赖性的，并且可能与T细胞活化无关。这可能与老年人中的调节性T细胞增加有关，因为最近的研究表明，肿瘤微环境中效应T细胞和调节性T细胞之间的PD-1表达平衡可以预测对PD-1癌症免疫疗法的反应。值得注意的是，随着年龄的增长，T细胞协同刺激的CD28的表达逐渐丧失，导致CD8+CD28-T细胞在老年个体中扩增。然而，在PD-1靶向治疗后，NSCLC患者外周血中增殖的PD-1+CD8+T细胞主要为CD28阳性。这种与年龄有关的免疫重塑可能解释了为何老年人中靶点阻断的疗效降低。PD-1和共刺激分子在老年患者的肺肿瘤浸润淋巴细胞中的表达尚待确定，目前尚不清楚这是否会影响对ICI的反应。因此，对肺癌进行建模对于理解老年人肺癌的微环境中是否包含不同的分子决定簇，以及这是否对老年患者的治疗产生影响至关重要。揭示年龄如何影响肿瘤的免疫环境可以为将来的研究提供参考，以便我们可以在适龄环境中有效调节免疫系统。尽管肺癌发病率随年龄增长而上升，但高于85岁的个体的癌症发病率却呈下降趋势。大数据分析表明，癌症发病率在90岁以后下降了三分之二以上，在岁以上稳定在0％-4％。尽管这种“最古老”的流行病学队列研究可能存在固有的诊断偏差，但在九十多岁和百岁老人中的研究显示，具有独特的生物学特征和血浆蛋白质组特征的功能性遗传变异与长寿相关。其中一些变异可以保护机体免受各种年龄有关疾病（包括癌症）的困扰，但是其如何赋予保护作用的机制尚待明确。图5.与年龄相关的肺部癌变修饰。左：在青年时期，保护性因子在特定位置可以阻止原发性肺癌的发展。但是，某些肺腺癌的分子亚型也在年轻人中富集（如ALK和ROS1易位），这与年龄驱动肿瘤发生的观点相悖。中：随着年龄的增长，肺癌的发病率急剧上升。老年患者中富含肺腺癌的某些分子亚型。存在于肺中的衰老细胞的增加和免疫监视的减少可能会增强其他细胞内促有丝分裂原的改变，这些改变最终可能导致肺部肿瘤的发生。右：在百岁老人中，肺癌的发生率和患病率反而降低了，但是这种情况发生的原因尚不完全清楚。（五）老年人呼吸道感染呼吸道细菌和病毒病原体感染是老年人发病和死亡的主要原因之一。在COVID-19出现之前，所有肺炎死亡病例中的85％发生在65岁以上的人群中，只有3％发生在45岁以下的人群中。已经提出了几种与年龄有关的肺功能障碍的机制，加深了对呼吸道感染易感性的解释。肺部驻留细胞中与年龄相关的变化、固有免疫和适应性免疫的改变是老年肺炎患者肺炎严重程度的基础。肺炎链球菌、流感嗜血杆菌、金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性杆菌是引起老年人细菌性肺炎的主要病原体。肺部肺炎球菌感染是全球65岁以上人群的主要死亡原因，突显了老年人的易感性。易患肺炎球菌感染的老年人呼吸系统的特征包括咳嗽反应粘膜屏障功能和纤毛清除功能的损伤，这些机械措施对于吸入病原体的清除很重要。由于衰老的肺上皮细胞中病原体结合宿主蛋白的表达增加，导致衰老的肺上皮细胞能够结合更多的肺炎链球菌抗原，因此衰老肺中衰老细胞的积累也导致了与年龄相关的肺炎球菌性肺炎的易感性增加。随着年龄的增长，呼吸道上皮细胞的再生能力受损，导致老年人的康复较慢、住院时间更长。巨噬细胞是一种具有强大抗菌特性的细胞，位于远端气道和间质，是肺部抗菌炎症反应的关键介质。老年小鼠长期暴露于TNF-α会导致单核细胞异常成熟，从骨髓中过早流出以及迁移潜能改变。当受到抗原攻击时，与年幼动物相比，老年小鼠的Ly6C+单核细胞产生更多的IL-6和TNF-α，促进了衰老过程中出现的促炎信号的正反馈回路。尽管在肺炎链球菌定植的老年小鼠的鼻咽中Ly6C+单核细胞数量增加，但细菌清除率以年龄依赖性方式受到损害。年轻鼠的肺中AMs主要以静息态存在，但老年动物中的AMs在基础水平表达更多的促炎细胞因子且它们更难以被IFN-γ激活，并在TLR刺激下游表现出失调的NF-κB和MAPK激活。A20是一种去泛素化酶，可调节TRAF6并抑制下游NF-κB信号传导，A20的肺特异性和年龄依赖性的强烈诱导，是随年龄增长的AMs中TLR信号传导失调的一种解释。肺驻留巨噬细胞显示出随着年龄的增长线粒体功能障碍的特征。来自衰老小鼠肺的AMs表现出ATP产生降低、ROS生成增加以及对肺炎链球菌感染的抗氧化反应下降。使用抗纤维化剂吡非尼酮可改善线粒体功能并降低氧化应激。此外，端粒功能障碍与AMs的功能障碍有关，因为TERC-/-小鼠由于AMs的代谢扰动而表现出对细菌性肺炎和一般肺部炎症的高度易感性。PGC-1α和TNFAIP3是端粒长度的稳态效应因子，直接影响巨噬细胞的线粒体功能，揭示了端粒缩短与肺先天免疫反应之间的新联系。除细菌性肺炎外，病毒性流感也是导致老年人口死亡的重要原因。与25-49岁的人相比，65-74岁之间的人死于甲型流感的风险要高30倍。免疫衰老导致老年患者对病毒病原体的易感性增加，并使预防性疫苗接种方法效果欠佳。由于疾病的严重程度取决于宿主的特性，因此研究主要旨在阐明随年龄变化而直接影响抗病毒免疫力的特定因素。蛋白质组学分析显示，在感染流感病毒的老年动物的AT2细胞和AMs中，蛋白质稳态网络出现适应不良性崩溃。在Hsp70家族成员和分子伴侣中，这些与年龄相关的蛋白稳态效应因子的变化最为明显。除AMs外，在老年小鼠的组织驻留骨骼肌巨噬细胞群中还出现了与年龄相关的吞噬能力降低和蛋白稳态受损，这导致流感性肺炎后骨骼肌功能恢复受阻。驻留于肺的适应性免疫的效应细胞的免疫衰老增加了病毒易感性。在RSV或流行性感冒的小鼠模型中，衰老小鼠病毒特异性CD8+T细胞的扩增减少，且保护性IFN-γ的产生减少。尽管这些研究可能反映了T细胞激活和定位到肺部缺陷的影响，但衰老对肺组织驻留的T细胞群的影响仍然不清楚。人肺中含有大量的常驻记忆T细胞（TRM），它们在从呼吸道病毒感染中恢复后仍存在于间质中。尽管TRM细胞可协调病原体对继发性攻击的反应，并且与CD8+效应性记忆T细胞不同，但尚不清楚衰老如何影响该细胞群。在人类中进行了六十年的单细胞转录组学研究阐明了随着年龄的增长，各分区T细胞的独特时空变化。人的肺部具有独特的CD8+T细胞群、TEMRA细胞群，这表明随着年龄的增长，这部分效应性记忆T细胞的肺生态位也随之产生。该细胞群在保护老年人免受继发感染中的作用尚不确定，但已成为今后研究的重要领域。尽管大多数研究集中在与年龄有关的先天免疫和适应性免疫调节异常，以解释对肺部感染因素的易感性，但仍在探索其他宿主特异性因素。对呼吸系统中常见的人类微生物群的研究表明，肺部并非如以前所设想的那样是无菌的，而是拥有独特的微生物群，其组成在肺部疾病的背景下会发生变化。目前正在研究通过干扰肺部微生物群是否可以直接影响肺部疾病的发生，以及个别微生物物种或更广泛的共生生态系统是否存在与年龄相关的变化，这些变化是否会影响年龄相关疾病和感染的易感性。同样，另一种可能赋予肺病原体宿主应答异质性的宿主特异性因子是CHIP，该术语用于描述血液循环中存在的具有适应性体细胞突变的克隆扩张的造血细胞的存在。CHIP的患病率随着年龄的增长而增加，这是由于个体一生中发生的突变逐渐累积所致。尽管CHIP与血液系统恶性肿瘤和心血管疾病有关，但CHIP对与年龄相关的肺部免疫力的影响尚不清楚。图6.与年龄相关的分子和免疫学决定因素可能会导致感染SARS-CoV-2的老年患者的预后更差。随着年龄的增长，分子和免疫学改变或许为加深老年COVID-19患者死亡率增加的理解提供了生物学依据。上图：SARS-CoV-2感染AT2细胞，其中血管紧张素转化酶2（ACE2）充当其进入细胞的受体。ACE2是肺组织中的干扰素刺激基因（ISG）。尚不清楚ACE2水平如何随年龄变化，以及随着年龄变化的干扰素信号传导级联变化是否会影响SARS-CoV-2受体的表达动态。中图：多个肺部免疫效应细胞在衰老的肺中发生变化，包括中性粒细胞浸润和肺泡巨噬细胞（AM）激活。在炎症背景下由SARS-CoV-2触发的过度促炎反应以及已经失衡的老年肺部巨噬细胞群可能是致命的组合，导致感染的老年人死亡率增加。下图：老年个体中幼稚T/B淋巴细胞的减少，导致抗原特异性T细胞反应降低和抗体滴度降低。终末分化T细胞的生成增加和炎症引起的细胞因子失调引发巨噬细胞的T细胞自发性炎性回路，从而导致细胞因子释放综合征和严重的全身性炎症反应，并伴有终末器官功能障碍。（六）老年人与COVID-19随着新型SARS-CoV-2病毒持续感染全球数百万人，社会迫切需要了解严重影响老年人的严重急性呼吸道综合症的发病机制。流行病学的生物学数据显示，年龄与COVID-19相关的死亡率密切相关，与50多岁的人相比，年龄在80岁或以上的人患病风险增加了20倍以上。最简单的解释是，老年人患有的既往疾病增加了新型冠状病毒的易感性，或者某些老年患者的高频用药使他们面临更大的风险。但是，仍然存在一种可能性，即随着年龄的增长，分子和免疫学改变可能为老年COVID-19患者病情恶化提供了生物学基础（图6）。SARS-CoV-2感染AT2细胞，并在其中传播、释放大量病毒颗粒。血管紧张素转换酶2（ACE2）是AT2细胞上SARS-CoV-2病毒的受体，细胞进入由病毒刺突蛋白和宿主蛋白酶TMPRSS2介导。有趣的是，ACE2受体是人鼻上皮和肺组织中干扰素刺激的基因，表明SARS-CoV-2可能利用此调节轴来增强受体表达以促进病毒进入细胞。在大流行早期就出现了一种假设，即老年人在气道上皮组织中增加了ACE2受体的表达，这会导致病毒进入、病毒载量和致病性增加。ACE2表达上调已经在非患癌人类老年肺组织中得到了明确的证明，但是更早的在大鼠肺中进行的研究，出人意料地发现，随着年龄的增长，ACE2的表达会降低。然而，鉴于小鼠和人类ACE2之间的结构差异，以及数据表明小鼠上皮ACE2不受人类干扰素信号的调控，目前尚不清楚SARS-CoV-2感染啮齿动物模型的可靠性如何，这引发了人们对疾病建模的担忧。因为干扰素信号在老年人中发生了变化，所以在小鼠模型中ACE2表达随年龄的变化也可能未被发现，毕竟在年轻的啮齿类动物中进行的具有强大干扰素信号的研究可能掩盖了ACE2的动态调节。在人COVID-19引起的严重呼吸衰竭的发展过程中，为确定与其相关的其他遗传因素，GWAS发现了一个新的易感位点，其覆盖了六个基因，包括两个趋化因子受体CCR9和CXCR6，后者可调节肺部驻留的记忆CD8+T细胞在气道中的定位，以应对病毒感染。新型冠状病毒与参与先天免疫的基因共表达，例如白介素信号传导（IRAK3）、吞噬细胞吞噬作用（NOS2），干扰素调节（MX1）和病毒复制抑制（OAS1）。因此，尽管肺中与年龄相关的分子决定因素（例如ACE2的改变）可能在决定疾病的严重程度方面起一定作用，但免疫衰老的作用也已引起人们的转载请注明地址:h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