衰老免疫系統(tǒng)重獲新生

隨著年齡的增長，機體的免疫系統(tǒng)開始衰退，更容易患上癌癥、感染病毒等疾病，并且機體對疫苗和癌癥免疫療法的反應也越來越差，這表明在免疫治療中需要考慮年齡的因素。在本研究中，研究團隊發(fā)現(xiàn)基于PD-1和CTLA4的癌癥免疫療法不能根除老年小鼠的腫瘤，這種抗腫瘤活性的缺陷與兩種已知的與年齡相關的免疫缺陷相關：系統(tǒng)性幼稚CD8⁺ T細胞的豐度減少和樹突狀細胞（DC）的遷移活性減弱。研究團隊確認了一種疫苗佐劑，稱為DC高激活劑，它可以糾正老年人的DC遷移缺陷。含有腫瘤抗原和DC高激活因子的疫苗誘導Th1 CD4⁺ T細胞驅動老年小鼠的抗腫瘤免疫。當在生命早期使用時，DC高激活劑是唯一確定的可誘導抗腫瘤CD4⁺ T細胞持續(xù)到老年的佐劑。這就是近期美國波士頓兒童醫(yī)院的Jonathan C. Kagan研究團隊在《Cell》上發(fā)表的題為“Correction of age-associated defects in dendritic cells enables CD4⁺ T cells to eradicate tumors”的研究。

1. 老年小鼠中，CD4⁺ T介導抗腫瘤免疫

研究團隊通過評估不同生命年齡段的抗腫瘤反應開始這項研究，在不同年齡（8，20，40，68和92周齡）段小鼠皮下植入表達卵清蛋白（OVA）抗體的B16黑色素瘤細胞（B16OVA）。發(fā)現(xiàn)20和40周齡小鼠的腫瘤大小和8周齡小鼠一致，68和92周齡的小鼠的腫瘤生長速度超過了年輕的小鼠?？筆D-1治療8、20和40周齡小鼠的B16OVA腫瘤對小鼠存活具有保護作用，而對68和92周齡小鼠并無保護作用。研究團隊使用B16OVA腫瘤裂解物（whole-tumor lysates，WTLs）配合不同DC刺激佐劑治療腫瘤，這些佐劑包括LPS、LPS+鋁（Alum）、LPS+1-棕櫚酰-2-戊二酰磷脂酰膽堿（PGPC），發(fā)現(xiàn)只有LPS+PGPC佐劑可以在年輕和老齡小鼠中同時誘導腫瘤消退。這些結果表明，含有DC高激活劑的疫苗可誘導老年小鼠的抗腫瘤免疫。接下來檢測CD4⁺和CD8⁺ T細胞在抗腫瘤免疫中的作用，通過中和抗體消耗CD4⁺或CD8⁺ T細胞，發(fā)現(xiàn)老齡小鼠中，中和抗體介導的CD4⁺ T細胞缺失，而非CD8⁺ T細胞缺失，廢除WTL+LPS+PGPC疫苗療法的腫瘤治療效果。

圖1. DC高激活劑糾正老年小鼠缺陷T細胞介導的抗腫瘤免疫

2. 老年小鼠中，CD4⁺ T細胞介導抗腫瘤免疫   

CD4⁺ T細胞在老年小鼠抗腫瘤免疫中的重要性提示了接種疫苗后對年齡依賴性的CD4⁺ T細胞功能的檢測。為此，通過使用PBS或OVA+LPS+PGPC免疫8周齡和90周齡小鼠后分離皮膚引流淋巴結（dLN）的CD3⁺ T細胞行單細胞RNA測序（scRNA-seq）分析。結果發(fā)現(xiàn)，年齡因素確實影響T細胞的聚類分布。在PBS處理組，相比于8周齡小鼠CD4⁺ T細胞的初始狀態(tài)表型（如：Lef1、Satb1、Ccr7、Sell、Igfbp4），90周齡小鼠的CD4⁺ T細胞則表現(xiàn)出混合有炎性（如：S100a4、S100a6、S100a11、Cxcr6、Itgb1、AW112010）和調節(jié)性（如：Maf、Ctla2a、Tnfrsf4）的特征；在OVA+LPS+PGPC處理組，相比于8周齡小鼠CD4⁺ T細胞，90周齡小鼠的CD4⁺ T細胞上調基因涉及T細胞的遷移、分化、記憶T細胞活化和調節(jié)等方面，值得注意的是，細胞毒性相關分子（如：Eomes、Gzmk、Ctla2a、Ifng、Gzmb、Gzma、Runx3、Nkg7、Cst7、Fcrl6、Slamf7、Cx3cr1、Prf1、Lamp1）在老齡小鼠CD4⁺ T細胞富集。這些數(shù)據(jù)表明，DC高激活劑在老齡小鼠內誘導CD4⁺ T細胞獲得細胞毒作用和抗腫瘤作用。

圖2. DC高激活劑在老齡小鼠誘導CD4⁺ T細胞獲得細胞毒作用和抗腫瘤作用

3. 炎癥小體、IL-1b和DC遷移活性是老年小鼠抗腫瘤免疫的關鍵因素

在年輕小鼠中，過度活化介導的抗腫瘤免疫依賴于DC的NLRP3炎癥小體促進IL-1b的釋放，以及DC通過CCR7向dLN的過度遷移。為了評估這些活性是否是老年小鼠的抗腫瘤反應所需要的，研究團隊對老年基因敲除鼠（Nlrp3^-/-、Casp1/11^-/-和Ccr7^-/-）評估炎癥小體和遷移能力在老年小鼠高活化DC介導的抗腫瘤活性。結果顯示相比于老齡WT小鼠，WTL+LPS+PGPC的抗腫瘤效應在老齡敲除小鼠中缺失，表明炎癥小體和遷移在老齡高活化DC中的重要性。這些數(shù)據(jù)說明炎癥小體、IL-1b和DC遷移活性在老齡小鼠內介導的抗腫瘤作用。

圖3. 老年小鼠抗腫瘤免疫的關鍵因素

4. DC高激活劑在年輕小鼠誘導CD4⁺ T細胞反應并加強記憶CD4⁺ Th1細胞分化

研究發(fā)現(xiàn)與年齡相關的DC功能缺陷可以通過DC高激活劑得到糾正。隨后，用不同佐劑免疫，發(fā)現(xiàn)OVA+LPS+PGPC免疫佐劑通過CD4⁺ T細胞免疫應答產生最多的IFNg，即LPS+PGPC是最強的誘導Th1反應激活劑，而Th2相關的細胞因子（如：IL-10、IL-4或IL-13）并無增加，進一步研究發(fā)現(xiàn)DC高激活劑會加強記憶CD4⁺ Th1細胞分化，且這種效應依賴于炎癥小體NLRP3。

圖4. DC高激活劑增強Th1細胞CD4⁺ T細胞的再激活加速記憶T的生成

5. DC高激活劑誘導抗原特異性CD4⁺ T細胞持續(xù)到老年并發(fā)揮抗腫瘤作用

為評估DC高激活劑誘導T細胞免疫應答的長效性，對年輕小鼠（WT和Nlrp3^-/-）進行免疫，發(fā)現(xiàn)只有OVA+LPS+PGPC免疫WT小鼠在接種后的一年多時間依然具有抑制腫瘤進展的作用，數(shù)據(jù)表面DC高激活劑誘導抗原特異性CD4⁺ T細胞的長效性并依然依賴于炎癥小體，體外實驗進一步證實這一觀點。為了確定由DC高激活劑產生的T細胞是否足以提供保護性免疫，研究團隊將分離的免疫細胞轉移到異源宿主小鼠，同樣的免疫途徑免疫小鼠后，分離CD4⁺ T細胞、CD8⁺ T細胞、CD19⁺ B細胞、CD14⁺ 單核細胞過繼8周齡小鼠，發(fā)現(xiàn)只有CD4⁺ T細胞具有最強的抗腫瘤效果，揭示高活化DC誘導長效記憶CD4⁺ T細胞并獲得足夠的抗腫瘤作用。

圖5. 高活化DC誘導長久抗原特異性的CD4⁺ T細胞并發(fā)揮抗腫瘤作用

該研究表明，高活化DC可以引發(fā)保護性抗原特異性CD4⁺ T細胞反應，并可維持到老年。這或許說明老年群體的免疫缺陷是可以逆轉的，為老年人的癌癥免疫治療提供新思路。

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