衰老和复杂的免疫系统

为什么我们的免疫系统会随着年龄的增长而变差?新的小鼠模型研究发表在基因组生物学研究了一种假设,这种假设改变了被称为B细胞的特化免疫细胞前体的基因调节,导致它们随着年龄的增长而衰退。该研究发现,衰老会影响几个参与生长和增殖途径的基因,这使我们在了解衰老和免疫系统方面迈出了重要的一步。

由于医疗保健、营养和生活方式条件的改善,人们的寿命在几个世纪里翻了一番。1841年出生的女婴预期寿命为42岁,而2016年出生的女婴预期寿命为83岁。人们比以前活得更久,老年人也比以前更健康。

然而,健康寿命的增长并没有跟上寿命的增长。人口老龄化带来了重大的经济、健康和社会挑战。为了克服这些挑战,我们需要了解衰老过程,并利用这些知识来确保晚年生活的健康老龄化和幸福。

随着我们年龄的增长,很明显,组织的老化方式不同。例如,帕特里克的头发在他40岁的时候开始变白(安妮的头发还不错,看看我们的照片),我们俩在50岁的时候(最近!)都被要求戴老花镜。

衰老会影响免疫系统

在免疫系统中,胸腺的退化(萎缩)发生在青春期,这可能被认为是衰老过程中的第一步,之后免疫系统会在年龄更晚的时候全面衰退。事实上,人们可能会把年龄称为一种获得性免疫缺陷。

现在已证实,老年人更容易受到感染,如肺炎,对免疫接种反应较弱。这种易感性表明免疫系统适应性分支功能的丧失,该分支产生的抗体是对抗多种感染所必需的。

抗体是在B细胞中产生的。产生这些细胞的途径非常复杂,包括许多前体细胞类型。这一过程的所有早期步骤都发生在骨髓中,其中专用的前体细胞B细胞是由造血干细胞产生的。

你拥有的B细胞前体越少,你产生成熟B细胞的机会就越少,这种成熟的B细胞具有与你可能遇到的任何感染匹配的良好抗体。

衰老过程强烈地影响这些早期步骤,前体B细胞的数量减少,这些细胞向分泌抗体的成熟B细胞的发育流减少。重要的是,这减少了抗体库的多样性。

由于每个B细胞产生不同的抗体,这本质上是一个数字游戏——你拥有的B细胞前体越少,你产生成熟的B细胞的机会就越少,这种成熟的B细胞与你可能遇到的任何感染的良好抗体匹配。

衰老与基因调控

这些前体的数量在老年人中下降的确切原因尚不清楚。有一种理论认为,这与基因对衰老的影响有关。许多基因为蛋白质编码,蛋白质是细胞发挥功能的工具。另一些则为控制这些蛋白质的调节分子编码。基因在细胞核中的包装和组织方式对它们的表达有重大影响,例如它们是打开还是关闭。

为了验证这一理论,我们决定探索B细胞前体中基因表达装置和基因组组织的变化是否导致了这种下降。由于在实验条件下很难获得人类骨髓,我们在与人类免疫系统密切相关的小鼠免疫系统中进行这些研究。

Babraham研究所的几个小组贡献了他们的专业知识,包括Peter Fraser、Mikhail Spivakov、Patrick Varga-Weisz、Sarah Elderkin和Anne Corcoran的实验室。这个团队的努力产生了第一个综合研究,检查衰老如何通过基因组调控小鼠骨髓中的B细胞前体影响基因表达。

当我们比较年轻和年老小鼠B细胞前体的基因表达时,我们发现衰老只影响相对狭窄的一组基因。值得注意的是,其中一些基因,包括长非蛋白质编码的转录本和被称为microRNAs的小调控转录本,参与了对营养状况作出反应的途径,并与生长和增殖有关。

胰岛素样生长因子(IGF)信号通路中的几个关键基因在衰老的B细胞前体细胞中被下调。

特别是,胰岛素样生长因子(IGF)信号通路中的几个关键基因在老化的B细胞前体细胞中被下调。IGF信号通路是一个高度保守的调节通路,由许多细胞类型的生长激素启动。我们发现基因组组织的变化与这种下调有关。

我们的研究表明,基因在活跃和压抑的核环境之间的重新定位可能有助于基因表达的变化,随着年龄的增长。这是一种不寻常的下调方法,因为正常情况下,信号通路是通过细胞质事件的微调来调节的,例如磷酸化。

值得注意的是,过去几项突破性的研究表明,在蠕虫、苍蝇和老鼠等几种模型生物中,IGF通路组分的缺失或突变可以延长寿命,基因研究也发现了这一点这在人类身上有一些证据

这可能是由于各种各样的原因,包括减少代谢或细胞增殖对外部压力的敏感性。据我们所知,老年小鼠体内幸存的B细胞是“自然”下调这一通路的第一个衰老细胞的例子。

虽然我们的发现向前迈出了一步,但仍有许多问题有待解决。未来的研究应该阐明,我们观察到的变化在多大程度上是B细胞前体固有的,或者取决于这些细胞发现自己所处的环境的改变,因为随着年龄的增长,骨髓发生了变化。此外,我们需要了解这些变化是促进了细胞的恢复能力,还是对其功能产生了负面影响。

未来研究的一个令人兴奋的问题是,这些调节机制是否会在衰老过程中影响其他组织和系统。

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