慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一种与衰老密切相关的疾病。肺巨噬细胞(LMs)是重要的固有免疫和适应性免疫效应细胞，也是COPD气道炎症的主要细胞之一，在COPD发病中发挥关键作用。本文详细介绍了LMs在衰老过程中发生的表型和功能等变化，包括吞噬下降、衰老相关标志物增加、炎症细胞因子生成增加等。以期了解LMs的衰老在COPD发生、发展中的作用，探寻抗衰老治疗是否可成为COPD治疗的新思路。
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COPD已成为全球第三大死亡原因。流行病学研究显示，我国40岁以上COPD患者患病率达13.7%[1]。2021年最新数据显示，我国≥60岁人口占18.70%，比2010年上升5.44个百分点。其中≥65岁人口占13.50%，比2010年上升4.63个百分点。随着老年人口的快速增长，COPD等年龄相关性肺疾病的发病率和病死率不断上升。研究表明COPD加速免疫衰老、氧化应激和气道炎症，与年龄匹配的健康对照组相比，COPD患者的实际生物年龄早老4~5岁[2]。而具有衰老特征的生物标志物脱氢表雄酮、生长激素的研究表明，COPD的生物年龄较非COPD的同龄人早老13~23岁[3]。COPD导致的肺早老和老龄肺有诸多相似的改变，COPD的气道炎症加速了肺衰老和肺功能的下降。COPD存在肺的早老，衰老影响COPD的进展，COPD与衰老互为因果，了解COPD衰老相关机制及抗衰老治疗，为探索未来COPD的治疗提供了新的思路。
巨噬细胞是COPD慢性气道炎症的主要细胞和"长命"细胞，也是COPD气道固有免疫和适应性免疫的重要细胞，其数量与COPD的疾病严重程度相关。随着年龄的增加，人体免疫系统也经历免疫衰老的过程。巨噬细胞在衰老过程中的变化，包括吞噬、趋化、分泌炎性细胞因子的能力、抗原呈递能力及杀灭病原微生物和清除衰老细胞的能力均下降，甚至有人提出"COPD是一种免疫衰老性的疾病"[4]。一方面，与年龄相关的肺巨噬细胞(lung macrophages，LMs)功能变化可促进COPD的发生、发展，另一方面，COPD又加速肺衰老的过程，进一步导致LMs功能障碍。本文就LMs衰老在COPD肺衰老加速中的作用及相关机制进行综述。
不同组织器官中的巨噬细胞由循环中的单核巨噬细胞系统不断补充，当组织受到某种刺激释放趋化因子或代谢物等信号时，巨噬细胞受趋化进入相关组织，只有到了不同的组织中，巨噬细胞即具备组织器官的特异性，发挥其独特的功能和作用。LMs主要包括肺泡巨噬细胞(alveolar macrophages，AMs)和间质巨噬细胞(interstitial macrophages，IMs)。大量的AMs位于肺泡腔内，但既往对AMs、IMs的具体数量、密度及定位的研究不多。最近的研究对健康人和吸烟者的LMs的数量、密度及定位进行了分析，发现平均右肺上叶的AMs为1.4×109个，IMs为2.1×109个。95%的AMs在肺泡腔，5%的AMs在气道，78%的IMs在肺泡间隔，14%的IMs在小血管周围，7%的IMs在小气道周围。肺泡间隔中的IMs比小血管和小气道周围结缔组织中的IMs多[5]。小鼠IMs在出生前存在于肺中，起源于卵黄囊祖细胞，成年后由循环中的单核细胞补充[6]。吸烟者的肺组织中IMs远高于非吸烟者[5]。但由于IMs的定位不同于AMs，因此对IMs的研究较少。在小鼠模型中，发现AMs是由单核细胞在粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)和转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)刺激下发育而来。出生时，随着肺组织中氧浓度的变化，AMs的吞噬等功能逐渐完善。当肺组织发生损伤或炎症时，依赖于肺内AMs池增殖或募集单核-巨噬细胞系统补充AMs[6]。Byrne等[7]对不同年龄段的健康人和肺移植术后患者的LMs进行研究表明，健康老龄人及肺移植术患者LMs主要来自循环中的单核细胞。最近一项使用人源化小鼠模型的研究，进一步证实了循环中的单核细胞是肺组织单核细胞以及IMs和AMs的前体细胞[8]。
LMs在清除病原体和有毒有害颗粒物、维持机体内环境稳态、调节免疫、实施组织修复等方面发挥重要作用。AMs通过吞噬作用、固有免疫和启动适应性免疫，清除吸入的颗粒物及病原体。肺组织因吸入外界不同的气体和颗粒物等引起肺内复杂微环境变化，影响LMs的基因转录及其表型和功能的改变。脂多糖、干扰素γ和(或)肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)可诱导形成M1型巨噬细胞[9]。"经典"活化的M1型巨噬细胞吞噬能力和类似于辅助性T细胞1(Th1)的抗原递呈能力增强，产生的Th1细胞因子如IL-1β、IL-6、IL-12和TNF-α，促进清除细菌病原体等。M2型巨噬细胞是一种异质性更强的细胞群，主要在IL-4和IL-13的诱导下分化而来，其特征是表达可识别的表面标志物，如甘露糖受体(CD206)、生物合成酶(如花生四烯酸盐)、其他蛋白(如几丁质酶和几丁质酶样蛋白)以及基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)。活化后的M2型巨噬细胞分泌IL-10、精氨酸酶、TGF-β等，参与下调炎症反应、促进组织修复，同时，M2型巨噬细胞具有很强的吞噬功能[9]。在细胞表面标志方面，M1型以表达人类白细胞抗原-DR、CD14和CD38为典型特征，M2型以表达CD36、CD206和CD163为典型特征。这些表面标志物的表达与病原体吞噬和炎症反应密切相关。
细胞在自然衰老过程中DNA的错配反应激活p53，而体内外的氧化应激造成的DNA损伤，即细胞应激相关的衰老，活化p16INK4a。p53和p16INK4a共同激活细胞周期蛋白激酶p21CIP1/WAF1，诱导细胞周期停滞[10]。细胞衰老是细胞处于一种不可逆转的周期停滞状态而不启动凋亡程序，衰老细胞表现出典型的特征，包括细胞形态变大、变扁平，产生衰老相关的标志物β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)。衰老的细胞核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、p38丝裂原活化蛋白激酶、Janus激酶的活化，刺激释放炎症因子、趋化因子、MMPs等，即衰老相关分泌表型(senescent associated secretory phenotype，SASP)，以自分泌和旁分泌信号调节局部组织微环境，进一步诱导衰老和氧化应激[10]。Boe等[11]对AMs衰老变化的研究表明，健康老年小鼠AMs衰老标志物SA-β-Gal高表达，生长和细胞周期通路相关的基因下调，对远端损伤的转录反应迟缓。Klotho是一个关键的抗衰老分子，是成纤维细胞生长因子23的辅受体，调节胰岛素/胰岛素样生长因子信号转导、磷酸盐稳态、细胞存活和增殖。在慢性肺部疾病的研究中，如香烟烟雾诱导的COPD模型，外周肺组织中AMs表现出衰老状态，其Klotho的表达降低，而Klotho通过NF-κB调控巨噬细胞的炎症反应[12]。在放射诱导的肺间质纤维化疾病模型中，骨髓来源的单核/巨噬细胞高表达SA-β-Gal、p16和p21等，同时伴有SASP分泌增加，表明巨噬细胞发生了衰老[13]。未来对LMs群体进行单细胞分析的研究将有助于确定细胞衰老的异质性程度。
在稳态下，LMs寿命长，具有自我更新的能力，是维持肺内环境稳态的重要细胞之一。越来越多的研究表明，LMs可能随着年龄的增长而逐渐耗竭[14,15]。AMs数量受GM-CSF的调控，衰老的微环境即细胞外基质(肺泡衬液)中透明质酸增加，下调了骨髓来源的巨噬细胞对GM-CSF刺激的增殖反应，采用肺泡上皮细胞过表达GM-CSF编码基因Csf2的转基因鼠，表现出AMs的明显增加，Csf2基因敲除导致AMs的缺失[14]。单细胞转录组学和质谱蛋白质组学等多组学分析发现在衰老的肺部微环境中，ⅩⅣ型胶原下调，这可能会破坏核心蛋白聚糖调节TGF-β的能力，影响AMs成熟[16]。Penke等[17]研究表明，前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)在老年小鼠肺泡灌洗液中增加，且在AMs自我更新中起双向调节作用。在老年小鼠肺内PGE2水平升高，并与AMs数量减少相关。而在吸烟者及香烟烟雾暴露小鼠肺内AMs数量增加，同时肺内PGE2水平降低。进一步研究表明，衰老相关的PGE2主要由衰老的Ⅱ型肺泡上皮细胞产生，通过PGE2受体2亚型损害线粒体功能抑制AMs增殖[18]。
研究表明随着年龄的增长，人和小鼠的LMs的表型不是巨噬细胞及其前体单核细胞固有的，而是由衰老的微环境决定的[14,16]。AMs表型随年龄增长发生变化，其表型改变与循环中的单核细胞的表型改变一致[7]。也有研究表明，AMs存在一种复杂的年龄依赖性表型，与应激状态下激素信号失调相关，可能干扰AMs对生理应激源的反应，导致健康衰老过程中AMs功能障碍如吞噬能力的降低和肺免疫功能下降，这些年龄依赖型表型不能用单纯的巨噬细胞M1/M2模型转化解释[11]。将老年小鼠的AMs的微环境即细胞表面衬液改变为年幼小鼠的微环境后，老年小鼠AMs能够恢复其"年轻表型"，反之亦然[14]。然而，值得注意的是，许多小鼠衰老和炎症的研究模型是在相对无菌的环境中进行。而人类在一生中暴露于病原体、环境污染物中。因此，人类衰老的肺部微环境与鼠模型有很大的不同。
巨噬细胞有多种功能，如吞噬、抗原递呈功能、分泌多种炎症因子和趋化因子等。在衰老研究中巨噬细胞吞噬功能降低普遍存在。目前大多数研究都证实了LMs随年龄增长出现明显的吞噬功能障碍。在多种衰老模型中，LMs吞噬受体，如CD206、CD204等清道夫受体及胶原样结构巨噬细胞受体表达异常，并存在功能缺陷[11,15,19]。吞噬过程涉及病原体识别、吞噬杯形成和吞噬体封闭，这些过程都需要肌动蛋白细胞骨架重塑。衰老小鼠的AMs表现出Rac1 mRNA和蛋白的表达被抑制，导致Rac1-GTP水平和肌动蛋白相关蛋白2/3的活化减少，以及随后的F-肌动蛋白聚合、丝状伪足形成减少[19]。尽管一些研究表明衰老的AMs吞噬细菌的能力增强，但其对细菌的杀伤能力受损[11,20]。这可能是老年人常见呼吸道病原体如肺炎链球菌和流感病毒感染后，导致病死率增加的重要原因[15,19]。研究表明将年轻小鼠的AMs转移到老年小鼠，能够改善老年小鼠流感病毒感染的预后[15]。巨噬细胞对凋亡细胞的吞噬清除能力称为胞葬作用。随着年龄的增长，AMs对凋亡中性粒细胞的清除能力亦受损，导致中性粒细胞潴留气道[15]。
自噬是一种溶酶体自我降解的细胞途径，它通过诱导降解不需要的蛋白质和细胞器来维持稳态平衡，随着年龄的增长自噬功能出现缺陷。细胞自噬功能下降，受损和错误折叠的蛋白质增多，最终导致细胞衰老。LC3相关吞噬作用(LC3-associated phagocytosis，LAP)是一种非经典自噬形式，Inomata等[21]研究表明LMs利用LAP而不是典型的自噬来清除肺炎链球菌和调节炎症。值得注意的是LAP随着年龄的增长而降低，导致巨噬细胞杀灭细菌的能力下降和促炎反应增强。衰老的LMs线粒体自噬功能障碍，导致受损线粒体的积累、线粒体质量增加，从而对病毒感染和无菌性炎症的免疫应答发生缺陷[18,22,23]。
在老年人及老年小鼠分离出的AMs中，促炎细胞因子(CCL2、IL-1b、MIF、TNF-α、IL-12)和免疫调节细胞因子(IFN-β、IL-10)表达增加[20]。通过单细胞测序分析，在老年小鼠AMs中表现出超过100个基因的差异表达，包括Cebpb(一种控制多种炎症反应基因的转录因子)和其他可能促发呼吸道炎症的基因的上调[16]。老年小鼠肺中富集的AMs亚群提示，促炎特征可能起源于气道巨噬细胞的一个独特亚群，该亚群随着年龄的增长而发生克隆扩增[20]。此外，随着年龄的增长，AMs中某些组织重塑因子(如基底膜Ⅳ型胶原和MMP-12)的表达增加，提示其可能在年龄相关的肺重塑中发挥作用[11]。
衰老对LMs抗原呈递能力也有影响。来自老龄小鼠的巨噬细胞中已证实抗原呈递受损和主要组织相容性复合物Ⅱ类分子表达减少，影响固有免疫和适应性免疫应答[24]。
线粒体呼吸链是内源性活性氧(reactive oxygen species，ROS)的主要来源。随着年龄的增长，LMs线粒体自噬功能障碍，从而导致线粒体DNA突变、线粒体ROS的产生增加[18,25]。与年龄相关的ROS水平增加与AMs抗氧化反应降低相对应。过量ROS可诱导细胞衰老，通过激活p53和减少抗衰老分子沉默信息调节因子1(sirtuin1，SIRT1)，导致线粒体功能的关键调节因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α功能受损。衰老过程中，AMs线粒体功能障碍和ROS生成也可能激活NLRP3炎症小体，产生IL-1β和IL-18，参与慢性炎症性疾病的发生、发展[25,26,27]。
衰老还与一个被称为"炎性衰老"的过程相关，这一过程的标志是先天免疫系统的激活，导致循环中促炎细胞因子水平的升高，在无感染的情况下，导致肺实质破坏和弹性下降[28]。一方面，衰老的LMs分泌的趋化因子和细胞因子可能通过募集和激活中性粒细胞、单核细胞和树突状细胞而启动炎症。另一方面，衰老的LMs对凋亡的中性粒细胞的清除功能有障碍。中性粒细胞在肺内活化和聚集，释放多种生物活性物质引起黏液高分泌并破坏肺实质[29]。而且，肺内衰老细胞不能被LMs有效清除而积累，SASP因子的生成增加促发了与衰老相关的低度慢性炎症。
衰老参与COPD发病，而COPD又加速肺衰老，两者互为因果。衰老与COPD具有相似的分子和细胞变化过程，LMs的衰老参与COPD的发生、发展。
LMs在维持内环境稳定、调节固有免疫和适应性免疫中具有重要作用，是COPD气道炎症发生、发展的主要细胞之一。衰老的LMs抗原递呈能力受损，无法将病原体和颗粒物等抗原信息递呈给T淋巴细胞，以启动抗原特异性T细胞的适应性免疫应答[24]。此外，LMs激活CD4+ T细胞的能力也因衰老而受损，可能与主要组织相容性复合物Ⅱ类分子表达减少有关。为了弥补适应性免疫功能的下降，先天免疫系统出现了矛盾性的上调。因此，随着年龄增长，固有免疫应答被激活，适应性免疫系统失调，导致中性粒细胞、LMs等在吸烟者和COPD患者肺内募集和滞留，使气道处于促炎状态。一旦炎症被触发，就会出现自我延续的炎症级联反应和肺实质损伤[24]。持续的气道免疫炎症反应，是COPD发生、发展的基础。衰老细胞释放SASP，募集中性粒细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞和CD4+T细胞来清除衰老细胞[30]。然而，衰老的免疫系统尤其是AMs的免疫清除能力下降，导致COPD患者肺组织中衰老细胞和碎片的积累[4]。未被清除的凋亡细胞或细胞碎片等可以刺激自然杀伤T细胞，激活树突状细胞，驱动T细胞成熟，进一步释放炎症介质，形成恶性循环。
随着年龄的增长，LMs衰老引起吞噬功能下降，清除吸入的病原微生物和有毒有害颗粒物的能力降低，导致感染风险增加。同时，香烟烟雾等有毒有害颗粒物的暴露造成ROS增加致氧化应激，损害细胞呼吸链，引起线粒体DNA损伤，导致氧化磷酸化减少、ATP合成减少，进一步加剧细胞衰老。香烟烟雾暴露导致的氧化应激可诱导LMs中p21CIP1/WAF1激活和SA-β-Gal表达，细胞周期阻滞，引起巨噬细胞衰老参与COPD发病[12]。衰老的LMs吞噬功能障碍，导致流感嗜血杆菌、肺炎链球菌等致病菌定植于下呼吸道，引起重症肺炎的发生和COPD患者反复急性加重[15,19]。进一步研究表明，衰老的LMs吞噬功能降低与线粒体功能障碍和线粒体ROS生成失调有关[31,32]。线粒体功能障碍导致线粒体结构发生改变和线粒体蛋白表达失调，进一步促进衰老。COPD患者的AMs中基础线粒体ROS的表达增加，但在肺炎链球菌感染时线粒体ROS的产生未增加，从而导致细胞内细菌杀伤能力下降[31]。同样，在COPD患者的单核细胞来源的巨噬细胞中线粒体ROS增加，同时伴有线粒体膜电位降低，表明线粒体功能失调[31]。衰老的LMs与COPD的LMs有类似的病理生理改变。
氧化应激是衰老和COPD共同的发生机制。细胞衰老过程产生ROS自由基造成氧化应激，氧化应激是COPD发病的重要机制。衰老细胞释放的ROS和SASP，造成周围非衰老细胞的衰老，进一步推动衰老进程。COPD患者因激活的炎症细胞，如中性粒细胞和巨噬细胞等，产生内源性ROS增加和不断地吸入外源性氧化物如香烟烟雾等，使肺组织氧化应激状态持续存在。
衰老致氧化应激，促进SASP的释放，包括促炎细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)、生长因子(血管内皮生长因子、TGF-β)、趋化因子(CXCL1、CXCL8、CCL2)和MMPs(MMP-2、MMP-9)、纤溶酶原激活物抑制剂1(plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1)等，这些SASP诱导释放ROS，进一步驱动衰老程序。衰老细胞包括LMs的促炎细胞因子的释放造成慢性持续性气道炎症，趋化因子募集中性粒细胞进入气道，而衰老的LMs对凋亡中性粒细胞清除障碍，导致中性粒细胞在肺组织蓄积，释放弹性蛋白酶造成组织结构破坏及黏液高分泌[29]。TGF-β则促进气道壁纤维化和组织异常修复。另有研究表明，衰老的AMs分泌PAI-1增加，可诱导Ⅱ型肺泡上皮细胞衰老和肺组织纤维化，而在COPD患者的痰液、周围肺组织及AMs中PAI-1增加[11]。这些因素都与衰老发生COPD密切相关。
衰老细胞分泌的细胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)，即衰老相关的EVs，可能是一种新的SASP因子。EVs包括外泌体、微囊泡和凋亡小体，参与细胞衰老过程，是细胞间通讯的重要介质。衰老细胞分泌的EVs具有独特的特征，并有助于调节受体细胞的表型。在肺泡灌洗液中，AMs被认为是肺EVs的主要来源[33]，其EVs含有炎症效应分子，包括细胞因子、趋化因子、黏附分子和蛋白酶，可能是衰老发生COPD的基础。与无气流受限的吸烟者和健康对照者相比，吸烟COPD患者肺内AMs来源的微囊泡增加，且微囊泡数量与气道阻塞程度相关[34]。肺泡上皮细胞和AMs之间通过EVs相互影响，在COPD发病中发挥关键作用。一方面，肺上皮细胞产生的EVs影响AMs的功能和极化状态[35,36]。另一方面，外界因素刺激AMs释放的EVs能够诱导肺上皮细胞产生更多的促炎表型[37]。EVs也可能从肺进入循环系统，并将衰老扩散到其他器官，这可能解释了COPD和其他慢性共病的机制。
由自噬减少引起的细胞衰老在COPD的发病和进展中发挥至关重要的作用。COPD患者和香烟烟雾诱导的COPD小鼠模型中LMs存在自噬不足，导致自噬流缺陷及自噬体成熟障碍，自噬相关蛋白LC3和自噬底物p62异常累积[38,39]。衰老的LMs自噬功能障碍，一方面导致吞噬功能和细菌清除功能下降，另一方面促进炎症介质和蛋白酶的释放[38,40]。这些后果导致气道炎症和肺泡破坏，是COPD的重要特征。LAP通路在衰老和香烟烟雾暴露中均失调，导致LMs在胞葬过程中不能有效处理包含凋亡细胞的吞噬体，引起凋亡细胞的积累，进而释放炎症介质驱动COPD气道炎症[21,40]。高迁移率族蛋白1(high-mobility group box 1，HMGB1)是一种SASP分子，香烟烟雾诱导LMs中HMGB1易位和释放进而诱导自噬来促进细胞迁移和NF-κB激活，为HMGB1作为COPD干预的潜在靶点提供了新的依据[39]。
抗衰老分子SIRT1通过调控关键调节蛋白和转录因子包括NF-κB、FOXO3、p53等，参与DNA修复、炎症、抗氧化基因表达和细胞衰老。在COPD患者肺组织、外周血单个核细胞及COPD小鼠模型AMs中SIRT1的表达和活性均显著降低[41,42]。Shin等[42]研究表明，SIRT1通过去乙酰化RELA/p65，负性调控炎症转录因子NF-κB，抑制香烟烟雾诱导的AMs炎症介质产生缓解气道炎症。上调SIRT1可能通过促进AMs由促炎的M1表型向抗炎的M2表型转换，进而缓解COPD小鼠气道炎症以及逆转AMs吞噬功能障碍[41]。抗衰老分子Klotho在AMs衰老过程中表达下降，与高水平的氧化应激、炎症相关。外源性补充Klotho已被证明逆转香烟烟雾诱导的细胞衰老并抑制AMs炎症介质表达减轻COPD小鼠气道炎症[12]。
SIRT1的表达受微小RNA调控，越来越多的证据表明微小RNA在衰老过程中发挥重要作用。miR-34a是SIRT1的关键调节因子，并通过PI3K-mTOR信号通路在氧化应激中增加[10]。用拮抗剂特异性阻断miR-34a可恢复SIRT1，减少衰老标志物(p16、p21、p53)及SASP(IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α)释放，减轻COPD气道炎症[43]。香烟烟雾诱导AMs中miR-34a升高，通过抑制SIRT1负调控AMs吞噬功能和胞葬作用，导致COPD肺部炎症不能缓解[44]。
衰老与COPD是一种互为因果的机体状态和疾病，两者关系密切。LMs在衰老和COPD发生、发展中发挥重要作用。目前对LMs衰老加速COPD发生、发展的分子机制研究，尚处于初步探索阶段，研究LMs衰老机制，寻找抗衰老治疗的靶点，恢复衰老LMs的功能，可能成为COPD未来治疗的新思路。
所有作者声明无利益冲突
