预防衰老，保护“胸腺”是关键！论如何在衰老中维持T细胞库的多样性。
大家都知道人体的衰老是一个必然的生理过程。可是，人类依旧对衰老敬而生畏。恐怕大部分的原因在于一个事实——年纪大了总容易饱受疾病的侵扰。在老年人体内，免疫监察能力被大幅度削弱了，体内一些病变无法被及时发现；退一步说，即使在能识别的情况下，年迈的机体也可能无法有效调动免疫反应加以清除，那么理所当然的，恶变细胞的发生率增高，老年人也就更容易生病了。那么，在衰老这种不可逆的过程中，免疫系统又怎么样才能维持正常运作呢？
T细胞是淋巴细胞的主要组分，它具有多种生物学功能，如直接杀伤靶细胞、产生细胞因子及对特异性抗原应答反应等，是身体中为抵御疾病感染、肿瘤而生的警卫队。之所以它具有多重重要功能的原因便在于其自身细胞库的多样性。那么，如何在衰老中维持T细胞库的多样性，对整个免疫系统来说就至关重要了。
成人的胸腺功能
30多年前，Steinmann研究组发表了一篇关于胸腺组织学的文章，描述了在青春期之后的胸腺上皮空间缺失。尽管胸腺功能随年龄增长而衰弱是不争的事实，但其残余活性量及持续时间仍备受争议。这个问题涉及到两个方面：第一，正常情况下，老化的胸腺是否可以提供初始T细胞库？其二，在化疗或骨髓移植的病理情况下，原本的T细胞群完全或部分缺失，退化的胸腺是否有重构T细胞库的能力？
T细胞受体基因重组切除环（TCR-rearrangementexcision circles，TRECs）是TCR基因重组过程中切除的DNA环，可作为新迁出胸腺者的标记，是胸腺活性的重要指标。尽管多个研究表明TREC水平随年龄大幅度下降，但无法解释的是，在高龄老年人中仍能检测到低水平的TREC。根据Hazenberg研究小组建立的数学模型推测，TREC水平的下降与胸腺中产生T细胞的能力没有直接联系，主要由外周T细胞分裂导致的（图1）。这就解答了第一个问题，T细胞库的多样性不会受到老化胸腺的影响。
图1. 图示为当胸腺功能改变或T细胞分裂时TREC水平变化。（a）当胸腺功能正常时，TREC水平稳定（胸腺输出=σ，细胞分裂=0；外周T细胞TREC水平=100%）。（b）当胸腺输出减少时，TREC水平也不会下降（胸腺输出=σ/4，细胞分裂=0；外周T细胞TREC水平=100%）。（c）外周T细胞的分裂会减少TREC水平（胸腺输出=σ/4，细胞分裂=α；外周T细胞TREC水平<100%）
T细胞稳态
在成人体内，T细胞的产生往往依赖外周初始T细胞的增殖。即使在青年体内，也仅只有16%的T细胞在胸腺内出生。在老年个体中，随着胸腺衰退，这个数字更少，仅1%的T细胞依赖胸腺产生，其余都由外周的T细胞增殖而成。人体中的稳态增殖能够平稳地维持初始T细胞群。据相关研究报道，在老年人体内外周血液中也拥有同等固定数量的初始CD4 T细胞。相反的是，初始CD8 T细胞数目则随着年龄增长而大幅度减少。当然这也可能存在例外。近来，Thome等人发现，在一些特定的淋巴组织与脾脏中，不仅仅是CD8 T细胞群，CD4 T细胞群也会不断改变。不过，在这篇研究中报道的是相对而非绝对淋巴数目，因此不同T细胞群是否确实发生改变尚不明确。
细胞库多样性的现状分析
在人的一生中，不仅仅需要保证T细胞的生成的数量，也要保证“质量”。也就是说，只有当TCR库储存的量足够多且不同时，才能使人体正常识别各种抗原，抵御病毒细菌入侵。早在二代测序发展之前，Arstila等就通过研究认为TCR库中储存106数量级的不同TRB序列。Robin与Warren研究组以初代深度测序的方式也获得了相似结果。鉴于人类的初始T细胞数量大于1011，预估的TCR储存量偏低，这也意味着一个初始细胞克隆群需要囊括10,000左右的细胞数。一则研究就计算机模拟推测，在0-20岁的区间内，胸腺后增殖进入T细胞库的数量是从胸腺中直接产生的两倍。诚然，在早产儿脐带血中发现，在T细胞库建立之后，T细胞才开始大量增殖。然而，细胞分化的数目是远远不到10,000个的。另外，TREC水平检测默认一个T细胞克隆数目也就在100个左右。
二代测序作为拓展TCR测序深度的研究手段，能够解答一些关于T细胞库的疑问，比如它的具体多样性程度、胸腺功能到底能否维持足够的多样性来应答不同的抗原反应。目前，依赖二代测序分析TCR库仍存有两道屏障：其一，如何删除错误却又不排除罕见的序列；其二，如何从小数量的循环细胞推断至大容量的T细胞库？前者的问题可以通过cDNA中合成的分子条形码识别来解决。而后者，尚未有最佳方案。从样品中获得的TCR分配频率并不能完全反映整个细胞库的TCR分配比例。并且，这些分配方式往往随着年龄增长而变化，整体的多样性评估也会因此受到阻碍。
除开TCR序列，T细胞多样性及其功能都被克隆数的多少配比所决定。克隆数的增多是免疫记忆的标志性特征。甚至，当记忆T细胞库只针对某种特定抗原应答时，由于抗原选择压力，单一种T细胞的克隆数占压倒性优势也是极为常见的。另外，非依赖外来抗原激活的不规律稳态增殖，也一样会导致T细胞库的克隆数随年龄发生相关变化。近来，有研究利用二代测序发现，在人类年龄的晚期，初始CD8 T细胞克隆群比CD4T细胞的增加更多。尽管这些细胞克隆包括类似干细胞的记忆细胞，然而大部分的克隆表达初始T细胞的TCR序列，并与记忆T细胞群所表达的序列完全无重合性。因此，初始T细胞在无外源抗体的刺激下，依旧有增殖的可能性。而这样一个不规律的克隆大小分布却与生物本能相关。在老年人中，机体自发排除了一些在免疫应答中用途不大的罕见克隆，选择扩增别种克隆以应对常见的免疫应答。这种本能机制能够促进老年人的适应性免疫力。
图2人类中胸腺退化、T细胞库多样性的缩减与T细胞克隆数扩增的关系。这幅图说明了细胞库多样性缩减与胸腺退化没有直接联系。胸腺活性在年龄早起就开始急剧衰弱，并在成年后保持不变的水平。与之相比，多样性的衰减速度比较平缓，直到老年期才开始加速。初始细胞库的克隆数急速增加也是迈入老年的一个重要标志。
结语
综上所述，在人类的衰老过程中，免疫力下降无法避免，因此维持其T细胞库的多样性对机体来说至关重要。虽然胸腺退化导致细胞库的缩减是无法改变的，但目前越来越多的证据证明，细胞库的多样性依赖外周循环初始细胞的低频率稳态增殖（图2），而非经典理论认为的胸腺活性。随着二代测序的发展，TCR的多样性也得以进一步为人类所知，结合计算机模拟数据模型，更多T细胞库的假说也能够在未来得到证实。
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参考文献
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