体力健康轨迹塑造健康衰老中的免疫重塑：一项为期三年的纵向研究

本文通过一项为期三年的纵向研究，揭示了在健康老年群体中，体能（特别是心肺功能与肌力）的微妙下降与免疫衰老的早期标志性变化（如幼稚T细胞、调节性T细胞（Treg）减少，以及终末分化与衰老相关T细胞亚群增加）密切相关，且这种关联独立于主观体力活动水平和系统性炎症。研究强调了客观体能是免疫衰老轨迹的一个关键可塑性决定因素，为通过维持或改善体能来延缓免疫衰老、提升免疫韧性提供了新视角。

引言

衰老伴随着生理功能的渐进性下降，其中深刻的免疫调节改变是一个关键标志。这一过程被称为免疫衰老，其特征包括T细胞表型改变、适应性免疫力减弱以及对新抗原的反应受损。尽管生活方式因素，特别是体力活动和体能，被认为可以影响免疫衰老，但关于这些过程的动态变化及其早期可塑性，我们仍知之甚少。此前的研究大多为横断面或短期干预，难以阐明个体内随时间变化的体能衰退如何与免疫重塑相关联。本研究旨在通过在一个特征明确的健康老年队列中进行为期三年的纵向观察，探索体能表现变化与免疫细胞组成变化之间的个体内关联，以确定体能轨迹（而非静态体能水平）是否与特定的免疫衰老模式相关。

方法

研究设计与参与者

本研究是“吉森免疫衰老研究”的一部分，是一项纵向观察性研究，于2020年8月至2024年12月期间进行。最终队列由49名健康老年人（男性30人，女性19人）组成，基线平均年龄为63.8±3.8岁。所有参与者均无急慢性疾病，并在研究期间未报告规律用药。参与者在基线、1年随访和3年随访时接受了重复评估。

评估内容

1. 1.
   体能表现：通过心肺运动试验测定峰值摄氧量（VO_2peak）评估心肺功能；通过握力计评估握力；通过等速肌力测试评估腿部屈伸力量。
2. 2.
   身体成分：通过生物电阻抗分析评估体脂百分比和内脏脂肪百分比。
3. 3.
   免疫表型分析：通过流式细胞术对外周血单个核细胞进行详细分析，包括：
   • •
     T细胞亚群：CD4⁺和CD8⁺的幼稚（Naïve）、中枢记忆（CM）、效应记忆（EM）、再表达CD45RA的效应记忆（EMRA）细胞。
   • •
     衰老相关表型：CD57⁺T细胞。
   • •
     调节性与效应性T细胞：T效应细胞（Teff）、调节性T细胞（Treg）及其亚群（静息Treg， rTreg；记忆样Treg， mTreg）。
   • •
     双阴性T细胞：CD4^-CD8^-淋巴细胞。
4. 4.
   血清细胞因子：检测包括IL-6、TNF-α、GDF-15、IL-1ra等在内的10种炎症和调节相关蛋白。
5. 5.
   体力活动：通过国际体力活动问卷长表评估，以每周代谢当量任务分钟数表示。
6. 6.
   巨细胞病毒血清状态：通过ELISA检测基线及3年随访时的血清CMV IgG抗体。

数据分析

采用重复测量方差分析或弗里德曼检验评估各时间点的变化。计算3年随访与基线之间的变化值，并使用相关分析和分层逐步线性回归模型探究体能变化与免疫参数变化之间的关联，并校正了基线年龄、性别、CMV血清状态和内脏脂肪变化等协变量。

结果

纵向变化趋势

+/CD8⁺Ratio. (B) Stratified analyses by gender on CD8⁺naïve T cells. (C) Stratified analyses by gender on CD8⁺effector memory T cells re-expressing CD45RA (EMRA). * indicates post hoc differences of time point p < 0.05.">

+ Central Memory (CM) T cells, (B) on CD4⁺Effector Memory (EM), (C) on CD4⁺effector memory T cells re-expressing CD45RA (EMRA), (D) on CD4⁺CD57⁺T cells, (E) CD8+ CM T cells, (F) on CD8⁺EMRA T cells, (G) Effector T cells (Teff) and (H) on CD4^-CD8^-lymphocytes. *Indicates post hoc differences of time point; p < 0.05. “a” indicates post hoc differences within CMV-negative between baseline and 1-year follow-up, “b” between 1-year follow-up and 3-year follow-up and “c” between baseline and 3-year follow-up. # indicates post hoc difference between group and time point (interaction); p < 0.05. § indicates differences between groups; p < 0.05.">

1. 1.
   体能下降：尽管自我报告的体力活动保持稳定，但参与者的心肺功能（VO_2peak）、握力和腿部屈曲力量均出现显著下降。
2. 2.
   免疫衰老特征：观察到典型的“衰老”T细胞谱变化。具体表现为：
   • •
     CD4⁺/CD8⁺比值下降。
   • •
     幼稚CD4⁺和CD8⁺T细胞百分比持续减少。
   • •
     高度分化的CD8⁺EMRA T细胞和表达衰老标志物CD57⁺的CD8⁺T细胞增加。
   • •
     T效应细胞（Teff）增加，而调节性T细胞（Treg）总体减少，导致Treg/Teff比值显著降低。
   • •
     Treg亚群呈现不同轨迹：静息Treg（rTreg）显著减少，而记忆样Treg（mTreg）增加。
   • •
     CD4^-CD8^-淋巴细胞频率增加。
3. 3.
   炎症标志物：经典的促炎细胞因子（如IL-6、TNF-α）水平在研究期间基本保持稳定。但生长分化因子-15（GDF-15）和白细胞介素-1受体拮抗剂（IL-1ra）有所增加。

性别与CMV状态的影响

• •
  性别差异：女性表现出更高的CD4⁺/CD8⁺比值、更多的幼稚CD8⁺T细胞和更少的CD8⁺EMRA T细胞，提示女性的免疫衰老轨迹可能更慢。
• •
  CMV感染：CMV血清阳性个体的T细胞表型呈现“记忆膨胀”特征，包括更高的CD4⁺EM、EMRA、CD57⁺以及CD8⁺EMRA和Teff细胞，而CMV阴性个体的CD4⁺CM和CD4^-CD8^-淋巴细胞频率更高。有趣的是，CMV阴性个体的CD8⁺EMRA细胞在随访期内急剧增加，缩小了与CMV阳性组的最初差距。

体能变化与免疫重塑的关联

+ T cell subsets, (B) in CD8⁺T cell subsets and CD4^-CD8^-lymphocytes, (C) Teff and Tregs as well as their subpopulations and (D) in serum cytokine levels in healthy older adults. *p < 0.05, **p < 0.01. Δ indicates change over the 3-year period (follow-up minus baseline). BMI, body mass index; CCL, C-C motif chemokine ligand; CD, cluster of differentiation; CM, central memory T cells; CXCL, C-X-C motif chemokine ligand; EM, effector memory T cells; EMRA, effector memory T cells re-expressing CD45RA; GDF, growth differentiation factor; IL, interleukin; IL-1ra, interleukin-1 receptor antagonist; MET, metabolic equivalent of task; Nm, Newton meter; Teff, T effector cells; Treg, regulatory T cells; rTreg, naïve Treg cells; mTreg, memory Treg cells; TNF-α, tumor necrosis factor-alpha; VEGF, vascular endothelial growth factor; VO_2peak, peak oxygen uptake.">

相关分析和回归模型显示，体能变化与免疫参数变化之间存在一致关联。

1. 1.
   心肺功能（ΔVO_2peak）：心肺功能下降与CD4^-CD8^-淋巴细胞频率降低显著相关。在调节性T细胞亚群中，VO_2peak下降与rTreg的减少呈负相关，而与mTreg的增加呈正相关，表明体能下降可能伴随着从胸腺来源的静息Treg向外周诱导的记忆Treg的亚群转换。
2. 2.
   肌肉力量（Δ握力）：握力下降与CD4^-CD8^-淋巴细胞减少独立相关。此外，握力下降还与衰老相关的CD4⁺EMRA T细胞增加、CD8⁺CD57⁺T细胞增加以及趋化因子CCL2水平升高相关。
3. 3.
   体力活动（ΔMETs）：自我报告的体力活动水平变化与效应T细胞（Teff）频率变化独立且稳定地相关，体力活动减少伴随着Teff增加。体力活动减少还与CD4⁺EMRA T细胞增加和IL-1ra水平升高相关。

讨论

本研究支持“体能轨迹与免疫衰老密切相关”这一观点。研究发现，在临床健康的老年人中，仅三年内发生的、相对微妙的个体内心肺功能和肌肉力量下降，即可预测免疫细胞群的转变，特别是调节性和衰老相关区室的转变。

研究结果描绘了一幅生理与免疫协同衰老的图景。尽管自我报告的体力活动保持稳定，但身体成分呈现动态变化（体脂先降后升），同时心肺功能和四肢力量持续恶化，表明功能储备在悄无声息地流失。在细胞层面，观察到了典型的免疫衰老特征，但血清中的经典促炎细胞因子谱却基本保持稳定，仅GDF-15和IL-1ra等应激反应和调节相关信号分子升高。这表明，在健康衰老的早期，细胞免疫重塑可能先于明显的系统性“炎症老化”发生，为理解体能轨迹如何与免疫衰老相互作用提供了一个有价值的时间框架。

分层分析凸显了性别和潜伏性CMV感染作为免疫异质性的驱动因素。女性显示出更“年轻”的免疫特征。CMV阳性则塑造了更具“记忆膨胀”特征的T细胞表型。值得注意的是，即使在CMV阴性个体中，CD8⁺EMRA细胞在随访期内也急剧增加，提示即使没有明显的病毒感染，年龄相关的免疫重塑也可能导致相似的衰老表型。

关联性分析进一步强化了功能衰退与免疫重塑之间的联系。握力下降和体力活动减少与更分化、衰老的T细胞表型相关。心肺功能的变化与调节性T细胞亚群的平衡转变相关。心肺功能和握力均与CD4^-CD8^-淋巴细胞的变化相关，但其功能意义有待阐明。内脏脂肪增加与CD8⁺EMRA细胞增多和Treg/Teff比值降低相关，提示了免疫代谢的相互作用。

总之，这项研究强调了体能衰老与免疫衰老之间多维度的相互作用。通过纵向、个体内设计，研究证明客观测量的体能和肌肉力量的轨迹，在三年的时间里与免疫细胞组成的动态变化密切相关。即使在临床健康的老化过程中，心肺功能和力量的适度下降也与衰老免疫表型的转变相关，其特征是效应细胞和衰老细胞扩增，幼稚和调节性T细胞群丢失，以及调节性T细胞亚群内部失衡。观察到的自我报告体力活动稳定与客观功能能力下降之间的分离表明，免疫衰老轨迹与生理体能的变化更为一致，而非单纯的行为暴露。重要的是，在缺乏明显病理的情况下捕捉到的免疫重塑，将免疫衰老定性为一个在健康衰老早期就出现的、渐进且亚临床的过程，并且对生理体能和习惯性活动均保持敏感，从而将体能确定为免疫轨迹和潜在免疫韧性保护的主要决定因素。