免疫衰老，即衰老相关的免疫功能下降是这些衰老相关疾病发病和死亡的重要原因之一。最近的研究表明，NK细胞是衰老细胞免疫监视的核心参与者，与其衰老相关的积累可促进衰老相关的慢性低度炎症的发生。
NK细胞在免疫系统中的细胞毒性能力最强，其数量或功能的改变可能会对机体整体免疫力产生深远影响，这与机体衰老尤其相关。研究发现，随着衰老发生，NK细胞毒性作用下降，使得老年人群更易感染，且癌症、自身免疫性疾病和神经退行性疾病等疾病风险增加。
2022年3月，发表在《Cells》（IF：7.666）上的一篇题为“Aging of the Immune System: Focus on Natural Killer Cells Phenotype and Functions”的综述，揭示了改善NK细胞衰老在治疗与衰老相关疾病和延缓生物衰老过程中的重要作用。
NK细胞是机体重要的免疫细胞
NK细胞作为免疫第一反应者发挥重要作用，可迅速消除感染病毒或携带病原体的细胞以及癌细胞。NK细胞通过基于细胞间直接接触的NK细胞毒性（NKCC）和分泌细胞因子（如干扰素γ[INF-γ]或肿瘤坏死因子α[TNF-α]）来诱导靶细胞凋亡。NK细胞约占外周单个核细胞（PBMC）的5-10%，广泛分布于骨髓、淋巴结、肝脏、皮肤、肺、外周血、次级淋巴器官等。
如图1所示，在小鼠中，共同淋巴样祖细胞（CLP）产生共同先天性淋巴样细胞（ILC）前体（CILCP），CILCP可产生NK细胞、辅助样ILCs。从CILCPs开始，NK细胞发育至少包括五个阶段：
NK祖细胞（NKP）→refined-NKP（rNKP）→CD27+CD11b−NK→CD27+CD11b+NK→CD27−CD11b+NK
图1 NK细胞的发育过程
此外，NK细胞可以作为先天免疫和适应性免疫之间的桥梁，通过其共刺激配体（如CD40L和OX40L）与T细胞和B细胞相互作用，进一步促进NK细胞分化。
衰老导致NK细胞数量、表型和功能的一系列变化
越来越多的研究显示，衰老会导致NK细胞的数量、表型和功能的一系列变化，是机体免疫功能降低的重要原因（图2）。
图2 衰老与NK细胞
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NK细胞数量随着衰老发生的变化
如图3所示，多项研究描述了循环NK细胞绝对数量以及NK细胞亚群分布随衰老发生的变化，大多数研究显示，NK细胞数量会随着衰老的发生而增加。
图3 整个衰老过程中NK细胞表型、亚群和细胞毒性的变化
02
衰老对NK细胞因子生成和分泌的影响
NK细胞毒性亚型和功能降低与病毒感染和癌症风险增加相关。
随着衰老发生，NK细胞功能障碍的一个潜在原因可能是全身环境的变化，据报道，采用IL-2或IL-12刺激NK细胞后，尽管老年人NK细胞产生趋化因子MIP-1α、Rantes和IL-8显著增加，但仍低于在年轻人中观察到的结果。
03
衰老对NK细胞毒性作用的影响
目前已充分证实NK细胞毒性作用随衰老发生而下降。
NK细胞杀伤靶细胞依赖于靶细胞识别所必需的NK细胞受体。多项研究表明，随着衰老的发生，表达活化受体NKp30或NKp46的NK细胞占比下降，表达抑制性受体KLRG1的NK细胞占比上升。这些结果提示，随着衰老发生，NK细胞受体可能整体上向抑制性更强的表型转变。
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衰老环境对NK细胞的影响
据报道，NK细胞成熟过程中局部微环境的变化或衰老过程中异常细胞部位的局部变化可能改变NK细胞的行为。一项动物研究将从年轻小鼠中分离的骨髓NK细胞移植到年老小鼠体内，观察到NK细胞功能显著受损；而将从老年小鼠中分离的NK细胞转移到年轻小鼠中，NK细胞似乎完全恢复了其细胞毒性潜力（图4-5），这些结果表明，在衰老过程中，宿主组织微环境对NK细胞功能具有很大影响。
图4 调节NK细胞功能成熟关键检查点的Eomes和T-bet在老年骨髓NK细胞中显著减少
图5 老年NK细胞在年轻环境中成熟时其功能增强
随着衰老发生，对NK细胞发育和存活的重要细胞因子IL-2和IL-15水平下降，这可能导致NK细胞随衰老发生而下降。同时，IL-6和GDF15等炎性细胞因子水平随衰老发生而增加，从而导致衰老炎症微环境。这些研究给临床以启示，发现NK细胞衰老表征后，我们可以通过细胞因子刺激维持NK细胞年轻态，改善免疫衰老。
NK细胞输注改善T细胞衰老
中国研究团队在《Frontiers in Immunology》上发表了一篇名为“Characterization of age-related immune features after autologous NK cell infusion: Protocol for an open-label and randomized controlled trial”的文章。研究表明，NK细胞能够显著改善T细胞衰老和耗竭。
人体衰老的一个重要标志是免疫细胞的衰老和耗竭。免疫细胞衰老使得免疫系统无力查杀外来入侵的细菌病毒和衰老细胞、病变细胞，从而导致与年龄相关的感染与疾病的发生。因此，克服免疫衰老，就是在延缓机体衰老。
该研究招募了37名健康受试者，其中32名输注扩增的NK细胞，5名静脉注射生理盐水。输注后4周内监测受试者外周衰老和衰竭T细胞变化，以及衰老相关分泌表型（SASP）相关因子的血清水平。
结果显示，受试者衰老的CD28-、CD57+、CD28-CD57+、CD28-KLRG1+ CD4+和CD8+T细胞群体显著减少，PD-1+和TIM-3+ T细胞也显著减少；SASP相关因子包括IL-6、IL-8、IL-1α、IL-17、MIP-1α、MIP-1β和MMP1显著降低，此外T细胞还表现出细胞毒性增强。
NK细胞输注后关键SASP相关因素减少
T细胞衰老和衰竭是健康个体的可逆过程，可通过自体NK细胞输注来缓解衰老。这无疑体现了NK细胞疗法在延缓细胞衰老,降低衰老相关疾病发病率上，具有巨大的潜力。
NK细胞输注降低衰老标志物
国际期刊《Biochemistry and Biophysics Reports》中的一篇题为“Autologous NK cells propagated and activated ex vivo decrease senescence markers in human PBMCs”的研究论文，发现经扩增培养的自体NK细胞，除了表现出很强的杀肿瘤细胞和清除衰老细胞的能力，而且在输注后降低了血液中外周血单个核细胞（PBMC）的衰老标记物。
在此项临床研究中，共有5志愿者参加，分成两组：一组三人接受10亿NK输注；一组两人接受20亿NK输注。
p16和β-gal是已知的衰老标志物，可以间接反映体内衰老细胞水平。个体年龄越大，p16和β-gal的体内水平就越高。
研究结果表明：在输注NK细胞后，5名志愿者的p16和β-gal水平都有不同程度的下降。
第一组三名志愿者，在接受了10亿个NK细胞后，进行了90天的监测。两周后，这三个人的PBMC中的衰老标记物p16和ß-gal 均显著下降；70岁的人在90天后大约恢复到其初始值的一半。
第一组衰老标志物水平显著下降
第二组两名志愿者接受更长期的观察检测，并在两个不同的时间点输注了20亿个NK细胞：一次在开始时，一次在192天后。与第一组的效果相似：衰老标志物在开始时大幅下降，随着时间的推移而回升，并在第二次输注NK细胞时再次下降。
第二组衰老标志物水平显著下降
尽管，只有少数志愿者参与，但这项研究表明NK细胞可以改善慢性炎症，并有延缓免疫衰老的作用。
总 结
NK细胞在对抗癌症、疾病、衰老和感染方面发挥着关键作用。随着衰老发生，虽然NK细胞数量增加，但其细胞毒性和功能反而下降，这也是老年人对病毒感染易感性增加、总体疾病负担增加以及衰老和癌细胞蓄积的主要原因。因此，监测NK细胞数量、功能和活性的变化可以及时了解机体免疫衰老状态，早期预警衰老相关疾病的发生发展，有助于制定个性化NK细胞功能和活性干预策略，以恢复NK细胞“年轻化”状态，实现延缓衰老、促进健康的最终目的。
参考资料：
1.Brauning A, Rae M, Zhu G, et al. Aging of the Immune System: Focus on Natural Killer Cells Phenotype and Functions[J]. Cells, 2022, 11(6):1017.
2.Blum KS, Pabst R. Lymphocyte numbers and subsets in the human blood. Do they mirror the situation in all organs?[J]. Immunol Lett, 2007, 108(1):45-51.
3.Crinier A, Narni-Mancinelli E, Ugolini S, et al. SnapShot: Natural Killer Cells[J]. Cell, 2020, 180(6):1280-1280.e1.
4.Ligthart GJ, van Vlokhoven PC, Schuit HR, et al. The expanded null cell compartment in ageing: Increase in the number of natural killer cells and changes in T-cell and NK-cell subsets in human blood[J]. Immunology, 1986, 59:353-357.
5.Sansoni P, Cossarizza A, Brianti V, et al. Lymphocyte subsets and natural killer cell activity in healthy old people and centenarians[J]. Blood, 1993, 82:2767-2773.
6.Le Garff-Tavernier M, Beziat V, Decocq J, et al. Human NK cells display major phenotypic and functional changes over the life span[J]. Aging Cell, 2010, 9:527-535.
7.Zheng Y, Liu X, Le W, et al. A human circulating immune cell landscape in aging and COVID-19[J]. Protein Cell, 2020, 11:740-770.
8.Mariani E, Meneghetti A, Neri S, et al. Chemokine production by natural killer cells from nonagenarians[J]. Eur J Immunol, 2002, 32(6):1524-1529.
9.Shehata HM, Hoebe K, Chougnet CA. The aged nonhematopoietic environment impairs natural killer cell maturation and function[J]. Aging Cell, 2015,14(2):191-199.
10.Kaszubowska L, Foerster J, Kaczor JJ, et al. NK cells of the oldest seniors represent constant and resistant to stimulation high expression of cellular protective proteins SIRT1 and HSP70[J]. Immun Ageing, 2018, 15:12.
