Nuklearne sirtuiny i starzenie się układu odpornościowego Część 2

Proszę o kontaktoscar.xiao@wecistanche.compo więcej informacji

4. Monocyty i makrofagi

Makrofagi znajdują się we wszystkich tkankach ciała [59]. Mają one kluczowe znaczenie dla homeostazy tkanek podczas rozwoju funkcji specyficznych dla kontekstu, jak ma to miejsce w przypadku makrofagów pęcherzykowych w płucach czy komórek mikrogleju w ośrodkowym układzie nerwowym.

Poza rolą specyficzną dla tkanek makrofagi są również dobrze znane ze swojej zdolności do fagocytowania patogenów, co prowadzi do prezentacji antygenu i zapalenia. Makrofagi pochodzą z prekursorów erytro-szpiku we wczesnym rozwoju embrionalnym lub z infiltracji monocytów w wieku dorosłym. Makrofagi pochodzące z zarodków i monocytów są zdolne do utrzymywania obfitości poprzez samoodnowę, gdy jest to wymagane. Makrofagi reagują na otoczenie, w wyniku czego nabywają spektrum stanów funkcjonalnych. Po stymulacji antygenem makrofagi aktywują się i polaryzują do pro- lub przeciwzapalnego fenotypu, odpowiednio tak zwanych klasycznie aktywowanych makrofagów M1 i alternatywnych M2. Makrofagi Ml pełnią funkcje cytotoksyczne i prozapalne uszkadzające tkanki, podczas gdy makrofagi M2 są ważne dla rozwiązania stanu zapalnego i naprawy tkanek. Funkcja makrofagów jest zmieniona u starszych gospodarzy, co skutkuje słabymi wynikami po infekcjach i zwyrodnieniu tkanek [60]. Cechy fenotypowe starych makrofagów mogą się różnić w zależności od populacji makrofagów, ale wiele badań wskazuje, że makrofagi pochodzące od starych żywicieli mają zaburzoną zdolność fagocytarną i są skośne w kierunku fenotypu bardziej prozapalnego. Ubytek makrofagów u starszych myszy poddanych immunoterapii wiąże się ze zmniejszoną produkcją i przeżywalnością cytokin prozapalnych [61]. Podobnie, celowanie w makrofagi u starszych myszy poprawia strukturę nerwów obwodowych i sprawność mięśni [62]. Łącznie dane te wskazują, że deregulacja makrofagów wraz z wiekiem jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do ogólnego starzenia się organizmu.

Różne linie dowodowe wskazują, że sirtuiny jądrowe wspierają funkcje immunosupresyjne i odpowiedzi związane z M2- (ryc. 2 i 4). Na przykład, ekspresja SIRT6 wzrasta w mysich makrofagach BM w warunkach polaryzacji M2- [55]. Podobnie ekspresja SIRT2 zmniejsza się w mysim mikrogleju po stymulacji LPS, która indukuje polaryzację Ml [56].cholesterol cistancheSirtuiny wspierają biologię makrofagów na wielu poziomach, w tym różnicowanie komórek, samoodnowę, polaryzację i aktywację. Poziomy białek SIRT1 i SIRT2 wzrastają podczas różnicowania ludzkich monocytów do makrofagów, a ich hamowanie kannabinolem (tab. 1) lub niedobór powoduje rozwój fenotypu prozapalnego [46]. SIRT1 i SIRT2 zapobiegają przedwczesnej ekspresji genów prozapalnych poprzez kontrolę ich struktury chromatyny. Mechanicznie SIRT1 i SIRT2 oddziałują z enzymem DNA metylotransferaza 3B(DNMT3B) w celu promowania metylacji DNA oraz ograniczenia odkładania H3K4me3 i H3K27ac [47]. Makrofagi pochodzące z BM z myszy Sirt6W LysM-Cre, u których gen SIRT6 jest specyficznie usunięty w komórkach szpiku, wykazują zwiększone poziomy ekspresji cytokin prozapalnych, w tym interleukiny (IL)-6, czynnika martwicy nowotworu (TNF-). i interferon (IFN-) oraz zwiększone możliwości migracji w porównaniu z kontrolami WT, ale nie wiadomo, czy jest to spowodowane upośledzeniem różnicowania komórkowego [55].

Aktywności SIRT1,SIRT2, SIRT6 i SIRT7 są również ważne dla równowagi polaryzacji makrofagów (ryc. 4), która zależy od określonych bodźców i dalszych zdarzeń sygnalizacyjnych [66]. Polaryzacja M1 zachodzi w odpowiedzi na wyzwalacze, takie jak LPS lub IFN-y i silnie zależy od czynnika transkrypcyjnego jądrowego czynnika-kB (NF-kB), głównego regulatora procesów zapalnych i związanych z wiekiem [13,66]. Polaryzacja M2 jest indukowana przez bodźce takie jak IL-4 lub ⅡL-10 i wykorzystuje różne sygnały kaskadowe, w tym przetwornik sygnału i aktywator transkrypcji 6(STAT6) oraz aktywację receptora y aktywowanego przez proliferatory peroksysomów (PPARγ). Wiele badań wykazało, że SIRT1, SIRT2 i SIRT6 ograniczają zapalenie makrofagów poprzez regulację NF-kB [55,57,58]. Makrofagi BM z nokautem SIRT1, SIRT2 i SIRT6 wykazują hiperacetylację podjednostki NF-kB p65, co zwiększa jej aktywność transkrypcyjną i zwiększoną ekspresję docelowych genów NF-kB, w tym IL-6, TNF-a i IL{ {34}} . Biochemiczne i funkcjonalne wzajemne oddziaływanie SIRT1, SIRT2 i SIRT6 z NF-kB jest dobrze udokumentowane w wielu typach komórek [13,65,67], co sugeruje, że podobne mechanizmy regulacji NF-kB mogą istnieć w makrofagach. W komórkach HeLa SIRT6: wycisza ekspresję genów docelowych NF-kB poprzez deacetylację H3K9ac [13].skutki uboczne cistanche deserticolaPonadto w komórkach 293F SIRT6 promuje ekspresję represora NF-kB, IkBa (czynnik jądrowy wzmacniacza genu lekkiego polipeptydu kappa w inhibitorze limfocytów B), poprzez mechanizm obejmujący monoubikwitynację cysteiny metylotransferazy histonowej SUV39H1, co skutkuje w jego dysocjacji od promotora genu IkBa i w konsekwencji aktywacji genu [68]. W mysich embrionalnych fibroblastach SIRT2 bezpośrednio deacetyluje podjednostkę p65 NF-kB w lizynie 310, hamując jej aktywność transkrypcyjną [67]. SIRT2 deacetyluje H4K16ac podczas przejścia G2/M, ale nie zbadano, czy SIRT2 epigenetycznie reguluje geny docelowe NF kB podczas zapalenia lub w podobnych warunkach. Wreszcie doniesiono, że ekspresja SIRT7 zmniejsza się w sposób zależny od wieku w leukocytach zdrowych pacjentów. W monocytowej linii komórkowej THP-1 różnicowanie monocytów z makrofagami za pośrednictwem PMA zwiększa ekspresję SIRT7, podczas gdy nadekspresja SIRT7 zwiększa markery różnicowania w niestymulowanych komórkach THP-1 [64].

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej

SIRTI i SIRT2 odgrywają również ważną rolę w aktywacji mikrogleju i zapaleniu mózgu, co ma istotne implikacje dla zależnych od wieku chorób neurodegeneracyjnych [56, 69]. Nadekspresja SIRT1 w komórkach mikrogleju chroni również komórki nerwowe przed śmiercią wywołaną peptydem amyloidowym, szlakiem neurotoksycznym związanym z patogenezą choroby Alzheimera [69]. Komórki mikrogleju Sirt2/myszy i SIRT2 KD prowokowane LPS wykazują silniejszą odpowiedź prozapalną mikrogleju, w tym wyższy poziom wydzielania cytokin i produkcji wolnych rodników oraz śmierć komórek [56]. Na poziomie molekularnym SIRT1 i SIRT2 wywierają swoje właściwości przeciwzapalne poprzez zmniejszenie aktywności NF-kB. Zdolności enzymatyczne SIRT2 są modulowane przez fosforylację, a brak tej modyfikacji potranslacyjnej na serynie S331 SIRT2 zapobiega acetylacji NF-kB w komórkach mikrogleju. Rzeczywiście, nadekspresja opornego na fosfor mutanta SIRT2 S331A, ale nie fosfomimetycznego mutanta SIRT2 S331D, w mikrogleju powoduje zmniejszoną acetylację podjednostki p65 przy lizynie 310, prawdopodobnie powodując wyciszenie docelowego genu NF-kB.

Chociaż makrofagi są komórkami ostatecznie zróżnicowanymi, mają zdolność do samopodtrzymywania się poprzez lokalną proliferację niezależnie od różnicowania prekursorów krwiotwórczych, co jest cechą zwykle kojarzoną z komórkami macierzystymi [70]. SIRT1 uczestniczy w samoodnowie makrofagów poprzez kontrolowanie progresji i proliferacji cyklu komórkowego [42].dawkowanie cistanche redditMakrofagi SIRT1 KD są mniej wydajne w testach tworzenia kolonii i wykazują zatrzymanie cyklu komórkowego G1, co jest związane z regulacją w dół Myc, upośledzoną fosforylacją czynnika E2 (E2F) i zwiększoną translokacją jądrową czynnika transkrypcyjnego FOXOl. W związku z tym niedobór SIRT1 powoduje wyciszenie genów szlaków Myc i E2F, które odgrywają ważną rolę w samoodnawianiu i regulacji w górę tych szlaków z udziałem czynników FOXO, o których wiadomo, że indukują zatrzymanie cyklu komórkowego. Podobny fenotyp obserwuje się w makrofagach poddanych działaniu NAM (tab. 1), co stwarza możliwość, że w proces samoodnowy zaangażowane są również inne sirtuiny.

Cistanche może przeciwdziałać starzeniu

Pomimo dobrze ugruntowanej przeciwzapalnej roli sirtuin, tylko w jednym badaniu skupiono się na ich wpływie na starzenie się makrofagów i rozwój chorób związanych z wiekiem. Obecność starzejących się komórek w starych tkankach sprzyja polaryzacji i aktywacji makrofagów M1, co prowadzi do zapalenia tkanek i upośledzenia sygnalizacji insuliny [71].W rzeczywistości przewlekłe zapalenie o niskim stopniu nasilenia u osób starszych jest związane z insulinoopornością i cukrzycą [72]. W związku z tym wykazano, że szpikowy SIRT2 chroni przed nietolerancją glukozy poprzez kontrolowanie stanu zapalnego związanego z wiekiem [63]. Sposób, w jaki SIRT2 reguluje ten proces, wyjaśnia jego funkcjonalna interakcja z inflammasomem NLRP3 (ryc. 4), co również opisano w HSC. W makrofagach SIRT2 oddziałuje i deacetyluje białko szkieletowe NLRP3, hamując tworzenie i aktywność inflamasomu NLRP3. Co ważne, poziomy SIRT2 zmniejszają się wraz z wiekiem w makrofagach w połączeniu ze zwiększoną acetylacją i aktywacją NLPR3. Ponadto biała tkanka tłuszczowa hodowana wcześniej wspólnie ze starymi makrofagami wykazuje upośledzoną sygnalizację insulinową w porównaniu z młodymi kontrolami, co można uratować starymi makrofagami transdukowanymi SIRT2 lub konstytutywną deacetylowaną formą NLPR3. To badanie podkreśla oś SIRT2-NLPR3 w makrofagach jako interesujący cel odwrócenia zapalenia związanego z wiekiem i poprawy homeostazy glukozy.

5. Eozynofile

Eozynofile odgrywają ważną rolę w obronie przed infekcjami pasożytniczymi i alergicznymi stanami zapalnymi, takimi jak alergiczny nieżyt nosa i astma. Inne role obejmują metabolizm komórkowy, termogenezę i odpowiedzi przeciwnowotworowe. Eozynofile są wytwarzane w szpiku kostnym w obecności IL-5, procesu, który w sposób krytyczny zależy od czynnika transkrypcyjnego GATA-1 [73]. Najnowsze dowody wskazują, że u ludzi i myszy w białej tkance tłuszczowej starszych żywicieli zmniejsza się liczba eozynofili [74]. Ten zależny od wieku spadek liczebności eozynofili jest skorelowany z występowaniem stanu zapalnego i rozwojem różnych stanów związanych z wiekiem, w tym osłabienia i upośledzonej odpowiedzi immunologicznej na immunizację. Co ważne, przeniesienie młodych eozynofili do starszych biorców myszy zmniejsza ogólnoustrojowy stan zapalny niskiego stopnia, poprawia sprawność fizyczną oraz różnicowanie i aktywność immunologiczną, podkreślając rolę młodych eozynofili jako środków odmładzających.

Nasza wiedza na temat roli sirtuin i eozynofilów jest bardzo ograniczona (ryc. 2 i 5). Istnieje tylko jeden raport opisujący wzajemne zależności funkcjonalne między nimi (rysunek 5A)[75]. Jednak niektóre dowody sugerują, że sirtuiny odgrywają ważną rolę w biologii eozynofili. Na przykład odpowiedź na uszkodzenie DNA jest procesem silnie związanym z aktywnością sirtuiny w jądrze [76] i wiadomo, że jest silniejsza w przypadku eozynofilów niż w innych komórkach wrodzonej odporności [77]. SIRT6 jest ważny dla różnicowania i funkcji eozynofili [75]. Różnicowanie in vitro komórek BM w eozynofile zmienia się pod nieobecność SIRT6. Ponadto polaryzacja makrofagów M2 za pośrednictwem eozynofilów, proces zależny od wydzielania eozynofilowej IL-4, jest również osłabiona w obecności eozynofili Sirt67. SIRT6 reguluje obfitość i aktywność GATA-1, czynnika transkrypcyjnego wymaganego do zaangażowania i różnicowania linii eozynofili [73]. Co ciekawe, SIRT6 promuje aktywność transkrypcyjną GATA-1 niezależnie od jej aktywności enzymatycznej. SIRT6 tworzy trójskładnikowy kompleks z GATA-1 i p300, aby pozytywnie regulować aktywność GATA-1, więc możliwe jest, że SIRT6 działa jako białko szkieletowe, rekrutując acetylotransferazę p300 do tego kompleksu. Podobnie do tego, co dzieje się u starszych gospodarzy, po ekspozycji na zimno, szpik.Myszy6-sirt mają niższą częstotliwość eozynofili w białej tkance tłuszczowej niż myszy WT. Termogeneza adaptacyjna wymaga produkcji cytokin, w tym IL-4 przez eozynofile, co prowadzi do polaryzacji makrofagów M2 i z kolei ułatwia brązowienie białych adipocytów i wytwarzanie ciepła. Chociaż badanie to dotyczyło roli eozynofilowego SIRT6 w aktywności brunatnych adipocytów, warto zauważyć, że złogi brunatnej tkanki tłuszczowej i funkcja zmniejszają się u osób starszych [78], co sugeruje nowe możliwości zrozumienia mechanizmów starzenia się organizmu i ich potencjalnego związku z eozynofilowym SIRT6 .

różnicowanie, prawdopodobnie poprzez stabilizację i aktywację GATA-1 [75]. (B)SIRT2 wzmacnia cytotoksyczność zależną od komórek NK w porównaniu z komórkami raka wątrobowokomórkowego, ale leżący u podstaw mechanizm molekularny pozostaje w większości nieznany [79]. (C)W DC SIRT1 reguluje ekspresję cytokin z ważnymi konsekwencjami dla późniejszego różnicowania Th [80-82]. SIRT1 promuje różnicowanie Treg przez wytwórcę TGF- 1 w sposób zależny od HIF1-. SIRT1 promuje również różnicowanie Th17 poprzez deacetylację IRF1, ograniczając w ten sposób jego wiązanie z promotorem il-27p28 i wyciszając jego ekspresję. Ponadto, w odpowiedzi na zymosan, SIRT1 zostaje zrekrutowany do promotora genu il-12a w celu zahamowania jego ekspresji i ograniczenia różnicowania Th1. (D) SIRT6 jest wymagany zarówno do różnicowania, jak i dojrzewania DC, ale mechanizmy molekularne związane z tym procesem nie zostały zbadane [48].

6.Komórki NK

Komórki NK są cytotoksycznymi limfocytami pełniącymi ważną rolę w odporności wrodzonej przeciwko komórkom i nowotworom zakażonym wirusem. Komórki NK wydzielają perforyny i granzymy oraz wyrażają na swojej powierzchni ligandy śmierci komórkowej w celu wywołania apoptozy komórek docelowych. Ponadto komórki NK wydzielają różne prozapalne cytokiny, w tym TNF-x i IFN- , które odgrywają ważną rolę w podtrzymywaniu i wzmacnianiu odpowiedzi immunologicznych poprzez aktywację makrofagów i komórek dendrytycznych. U ludzi w podeszłym wieku przedział komórek NK wiąże się ze wzrostem dojrzałych, długo żyjących, krążących komórek NK [83]. Pomimo tego wzrostu cytotoksyczność za pośrednictwem komórek NK, w tym wydzielanie ziarnistości i zabijanie za pośrednictwem receptora śmierci, jest osłabiona, co skutkuje słabą odpowiedzią na wirusy i wzrostem rozwoju raka. 5). Poziom ekspresji ludzkiego SIRT1 jest wysoki w starszych komórkach NK [84]. W szczególności poziom ekspresji SIRT1 jest znacząco wyższy w ludzkich komórkach NK osób starszych niż 85 lat niż u osób starszych i młodych w średnim wieku 75 i 21 lat. odpowiednio. Podobnie, poziomy białka szoku cieplnego 70 (HSP70), białka odgrywającego ważną rolę w fałdowaniu białka i będącego dalej efektorem aktywności SIRT1 w kontroli jakości białka [85], są również wysokie u osób starszych w wieku powyżej 85 lat. W tej samej grupie dysmutaza ponadtlenkowa 2 (SOD2), główny enzym antyoksydacyjny regulowany przez SIRT1 w wielu komórkach [86], jest również silnie eksprymowana przez komórki NK aktywowane przez ir.korzyści z ekstraktu z cistancheDalsze badania mogą pomóc nam zrozumieć rolę SIRT1 w starszych komórkach NFK i wykazać, czy SIRT1 ma funkcjonalny związek z HSP70 i SOD2.

SIRT2 promuje aktywność komórek NK wątroby w odpowiedzi na raka wątrobowokomórkowego (Figura 5B) (HCC)[79]. Ekspresja SIRT2 specyficznie wzrasta w komórkach NK wątroby z HCC. myszy indukowane, gdzie promuje aktywność komórek NK. Komórki NK z nadekspresją SIRT2- wydzielają wyższe prozapalne cytokiny, ziarnistości cytotoksyczne i mają zwiększoną aktywność nowotworową, podczas gdy SIRT2 KD osłabia aktywność cytotoksyczną komórek NK. Aktywność SIRT2 jest skorelowana ze zwiększoną fosforylacją pozakomórkowej regulowanej kinazy 1/2 (Erk1/2) i p38, dwóch szlaków sygnałowych ważnych dla aktywności komórek NK. Pomimo znaczenia SIRT2 dla odpowiedzi przeciwnowotworowej, w której pośredniczą komórki NK wątroby, rola tej sirtuiny w starzeniu się komórek NK nie została jeszcze zbadana. 7. Komórki dendrytyczne

Komórki dendrytyczne (DC) to komórki prezentujące antygen, które odgrywają ważną rolę w odporności adaptacyjnej i utrzymywaniu samotolerancji. W stanie stacjonarnym komórki dendrytyczne są wysoce fagocytarne i stale prezentują własne antygeny ograniczające reaktywność komórek T. Po zakażeniu DC dojrzewają, co skutkuje zwiększoną ekspresją receptorów kostymulujących, w tym cząsteczek CD80, CD86 i MHC-II, wydzielaniem cytokin prozapalnych i pobudzaniem komórek T. Główne podtypy dendrytyczne obejmują konwencjonalne komórki dendrytyczne (cDC) pochodzenia szpikowego i plazmacytoidalne komórki dendrytyczne (pDC), które pochodzą z prekursora limfoidalnego. Starzenie się powoduje poważne zmiany w aktywności DC. Ogólnie rzecz biorąc, podczas gdy odpowiedź DC na patogeny jest zmniejszona, występuje zwiększona reaktywność na własne antygeny i zwiększona ekspresja cytokin prozapalnych, które przyczyniają się do załamania tolerancji i zapalenia [87].

Podczas gdy SIRT1 jest zbędny w różnicowaniu i dojrzewaniu DC, DC SIRT1 ma ogromne znaczenie w utrzymaniu równowagi odpowiedzi immunologicznych, w których pośredniczy Th (Figury 2 i 5). Rzeczywiście, ekspresja SIRT1 wzrasta w DC po stymulacji receptora Toll-podobnego (TLR) u ludzi i myszy, a jej usunięcie u myszy skutkuje zmienioną polaryzacją komórek T [80,81]Jednak kilka grup badawczych zgłosiło kontrastujące role SIRT1 w tym typ komórki (ryc. 5C). Yang i współpracownicy odkryli, że DC SIRT1 kieruje wytwarzaniem komórek Th17, podzbioru komórek T o właściwościach zapalnych, poprzez hamowanie wytwarzania IL-27, cytokiny przeciwzapalnej, która hamuje różnicowanie Th17 . Rzeczywiście, myszy Sirt10 CD110-Cre, u których SIRT1 jest specyficznie usunięty w DC, mają niższy odsetek komórek Th17. Na poziomie molekularnym SIRT1 oddziałuje i deacetyluje interferon regulatorowy czynnik 1 (IRF1), czynnik transkrypcyjny związany z ekspresją IL-27. IL-27 jest heterodimerem białkowym składającym się z podjednostek p28 i indukowanego przez Epsteina-Barra genu 3(EBI3)SIRT1-deacetylacja IRF1 zależna od zmniejsza wiązanie IRF1 z promotorem genu il-27p28, co powoduje w jego wyciszaniu, co prowadzi do zmniejszenia produkcji IL-27 i promowania różnicowania Th17. Stosując podobny mysi model delecji Sirt1 w DC, Liu i współpracownicy donieśli, że DC SIRT1 dyktuje równowagę pomiędzy produkcją Th1 i regulatorowymi komórkami T (Treg) po stymulacji DC, bez zmian w linii Th17. Myszy z Sirt1/DC mają wyższy odsetek limfocytów T IFNyt i wydzielania IFNy oraz niższy odsetek limfocytów T FOXP3 plus i poziomy mRNA FOXP3. W tym badaniu SIRT1 reguluje produkcję IL-12 i TGF{{40} }, dwie charakterystyczne cytokiny dla różnicowania Th1 i Treg, odpowiednio w sposób zależny od czynnika indukowanego hipoksją (HIFla). W ludzkich DC SIRT1 ogranicza również wytwarzanie IL-12p70 w odpowiedzi na zymosan, bodziec TLR2 zaangażowany w immunotolerancję i regulację w dół cytokiny Th1 [82]. IL-12p70 jest heterodimerem podjednostek p35 i p40, które są kodowane odpowiednio przez geny IL-12a i IL-12b. Mechanicznie, zymosan pobudza rekrutację SIRT1 do promotora genu IL-12a, powodując zagęszczenie chromatyny w nukleosomie 1 i deacetylację histonów, co ogranicza ekspresję IL-12p35. Ogólnie rzecz biorąc, badania te wskazują, że SIRT1 jest głównym regulatorem produkcji cytokin w DC i ma ważne implikacje dla późniejszego generowania podzbioru limfocytów T.

U ludzi i myszy SIRT6 uczestniczy w różnicowaniu i dojrzewaniu komórek dendrytycznych (ryc. 5D) [48]. W porównaniu z kontrolą WT, Sirt6/myszy mają mniej prekursorów cDC w szpiku kostnym. Ponadto, różnicowanie i dojrzewanie in vitro mysich DC z komórek BM są upośledzone przy braku SIRT6. Bardziej uderzające wyniki uzyskano w ludzkim modelu generowania cDC, w którym hamowanie SIRT6 inhibitorem S6 (Tabela 1) poważnie upośledza różnicowanie monocytów do DC. Z perspektywy fenotypowej mysie DC pochodzące z Sirt6//BM są mniej dojrzałe, co mierzono zmniejszoną ekspresją CD86,CD80 i MHCII, zwiększoną pojemnością endocytów i zmniejszoną zdolnością do stymulowania proliferacji limfocytów. Co ważne, zaangażowanie TLR z LPS w DC pochodzących z Sirt6/BM skutkuje zwiększonym odsetkiem komórek wytwarzających TNF-o-i IL-6-, co oznacza, że ​​SIRT6 dostraja wytwarzanie cytokin w tych komórkach. Podsumowując, badanie to podkreśla ważną rolę SIRT6 w DC i sugeruje, że brak SIRT6 w starszych DC może być częściowo odpowiedzialny za słabą odpowiedź immunologiczną i stan zapalny. 8. Odporność adaptacyjna

Podczas gdy wrodzony układ odpornościowy rozpoznaje powtarzalne motywy o niskiej specyficzności obecne w wielu patogenach i uszkodzonych komórkach gospodarza, adaptacyjny układ odpornościowy wyróżnia się wysokim stopniem specyficzności antygenowej. Limfocyty B i T, dwa komórkowe elementy odporności nabytej, są generowane w szpiku kostnym (ryc. 2), chociaż prekursory komórek T następnie migrują do grasicy, aby zakończyć ich dojrzewanie. Dojrzałe limfocyty B i T krążą w krwiobiegu i układzie limfatycznym, a oba wyrażają receptory komórek B (BCR) lub receptory komórek T (TCR) w swoich błonach, które są przystosowane do rozpoznawania prawie wszystkich egzogennych lub złośliwych antygenów, jednocześnie tolerując autoantygeny. Różnorodność klonalna swoistości antygenowej jest zatem podstawą adaptacyjnego układu odpornościowego. Po rozpoznaniu czynników zakaźnych limfocyty B i T są aktywowane i różnicują się w komórki efektorowe lub długowieczne komórki pamięci. Limfocyty efektorowe albo wzmacniają wrodzoną odpowiedź immunologiczną przez specyficzne ukierunkowanie na patogeny lub poprzez wydzielanie cytokin, albo indukują śmierć zakażonych i złośliwych komórek gospodarza, albo kończą odpowiedź immunologiczną po wyeliminowaniu prowokacji. W kontekście immunostarzenia, różnorodność klonalna limfocytów B i T jest osłabiona i obserwuje się znaczne zmniejszenie zdolności do odpowiedzi na szczepionki i nowe czynniki chorobotwórcze. 9.T Komórki

Limfocyty T dzielą się na pomocnicze limfocyty T CD4t i cytotoksyczne limfocyty T CD8t i są aktywowane przez antygeny specyficzne dla TCR w procesie obejmującym kontakty między komórkami. Cytotoksyczne limfocyty T CD8t rozpoznają złośliwe komórki lub komórki zakażone i nakierowują je na śmierć komórkową za pomocą różnych mechanizmów, w tym wytwarzania granzymów i perforyn, dwóch głównych czynników proapoptotycznych. Pomocnicze limfocyty T CD4 plus mają funkcje immunomodulujące i są dalej podzielone na niezliczone podzbiory, w tym Th1, Th2, Th9, Th17 i Treg, z których każdy ma odrębną grupę docelowych komórek odpornościowych i wzór ekspresji cytokin (ryc. 2) [88, 89].

Chociaż uważa się, że pewien stopień naiwnej produkcji limfocytów T utrzymuje się do późnego wieku, przyjmuje się, że główna pula limfocytów Tr ustala się we wczesnym okresie życia. Podczas związanego z wiekiem zaniku grasicy następuje postępująca redukcja komórkowości grasicy i wyraźna utrata architektury tkankowej. Towarzyszy temu wykładniczy spadek tymopoezy, której okres półtrwania u ludzi wynosi 16 lat [9]. Spadek produkcji nowych limfocytów T z wiekiem ma konsekwencje dla istniejącej wcześniej puli naiwnych limfocytów T i dla reszty układu odpornościowego.

Z jednej strony starzejące się naiwne limfocyty T stają się odpowiedzialne za utrzymanie przedziału przy braku znacznej produkcji limfocytów T, co powoduje, że wchodzą one w stan podobny do pnia [91]. Z drugiej strony, ciągła ekspozycja na nowe patogeny oraz pojawienie się zaburzeń autoimmunologicznych i przewlekłych infekcji skutkuje powiększoną pulą limfocytów T pamięci powiększonej klonalnie kosztem puli obwodowych naiwnych limfocytów T. To ostatecznie ogranicza różnorodność TCR, osłabia zdolność adaptacyjnego układu odpornościowego do stawienia czoła nowym i istniejącym wcześniej wyzwaniom i jest cechą charakterystyczną immunostarzenia [3, 92]. Starzeniu się limfocytów T towarzyszy szereg wewnętrznych defektów limfocytów T, które obejmują wyczerpanie limfocytów T, rozległe zmiany genetyczne i epigenetyczne, upośledzoną sygnalizację TCR oraz utratę proteostazy i homeostazy mitochondrialnej [92].cistanche Czyngis-chanSirtuiny przyczyniają się do biologii limfocytów T (ryc. 6) i do zachowania zdrowia w przedziale limfocytów T na wielu poziomach: SIRT1 odgrywa złożoną rolę w regulowaniu odpowiedzi limfocytów T, w których pośredniczy TCR, starzenia i polaryzacji limfocytów T pomocniczych; Nokaut Sirt6 w limfocytach T powoduje ogólnoustrojowe zapalenie u myszy, a wysoki poziom ekspresji SIRT7 w raku piersi jest powiązany z wyczerpaniem limfocytów T. Proporcjonalna aktywacja komórek T podczas odpowiedzi immunologicznej zależy ściśle od progu sygnalizacji TCR, który określa, czy stymulowane komórki T wywołują skuteczną odpowiedź immunologiczną, czy stają się anergiczne. Ten próg ma kluczowe znaczenie dla wykluczenia autoimmunizacji i może ulec rozregulowaniu podczas starzenia [93,94]. Sygnalizacja TCR jest dokładnie kontrolowana przez receptory kostymulujące lub korepresorowe w błonie komórkowej oraz przez moduły wewnątrzkomórkowe, które dostrajają intensywność sygnalizacji TCR. SIRT1 okazał się ważnym czynnikiem regulacji odpowiedzi komórek T poprzez regulację zakończenia sygnalizacji TCR (Figura 6A i Tabela 1). W przypadku braku SIRT1, aktywacja komórek T za pomocą przeciwciał anty-CD3 jest dozwolona niezależnie od kostymulacji CD28. U myszy stymulowane TCR komórki Sirtl'T proliferują nieproporcjonalnie, wytwarzają zwiększone poziomy IL-2 i nie są w stanie wejść w anergię, co sugeruje, że SIRT1 ujemnie reguluje sygnalizację TCR in vivo [40,95]. To z kolei powoduje utratę tolerancji w komórkach Sirt1-/T. Rzeczywiście, podczas gdy naiwne i aktywowane limfocyty T wykazują podobne poziomy ekspresji SIRT1, poziom anergicznego T jest znacznie wyższy. Mechanicznie, zakończenie sygnalizacji TCR za pośrednictwem SIRT1- obejmuje czynnik transkrypcyjny AP-1, który musi być aktywny transkrypcyjnie, jeśli odpowiedzi efektorowe komórek T mają być skuteczne [95]. Acetylowanie członka c-Jun heterodimeru AP-1 jest potrzebne, aby był on aktywny, a SIRT1 dynamicznie reguluje acetylację c-Jun podczas aktywacji TCR [95-97]Dlatego po stymulacji TCR, gdy c -Jun szczyty acetylacji, SIRT1 oddziałuje z c-Jun, aby zmniejszyć jego poziomy acetylacji, a tym samym zgasić odpowiedź TCR, w której pośredniczy AP-1- Dostarczając dalszych dowodów na to, że SIRT1 działa jako modulator sprzężenia zwrotnego aktywacji i anergii komórek T, jedno badanie wykazało, że IL-2, która może odwrócić anergię w komórkach T, hamuje ekspresję SIRTI poprzez zapobieganie wiązaniu FOXO3a z promotorem Sirtl. Stanowi to prawdopodobny mechanizm przywracania wrażliwości TCR [98].

(B) W komórkach B niedobór SIRTI skutkuje obniżonymi poziomami MHC-II, co skutkuje upośledzoną prezentacją krzyżową do komórek CD4*T [104]. SIRT1 jest również ważny dla rekombinacji z przełączaniem klas, ponieważ hamuje ekspresję AID poprzez deacetylację H3K9Ac i H3K14Ac na promotorze AID [46]. Przeciwnie, komórki B Sirt7-/śledziony wykazują wadliwą rekombinację przełączania klas [18]. Wyblakłe linie oznaczają utratę funkcji związaną z wiekiem, a komentarze w kolorze czerwonym wskazują zmiany związane z wiekiem. Figurka stworzona za pomocą BioRender.com. Niedobór SIRT1 skutkuje obniżonymi poziomami MHC-Ⅱ, co skutkuje upośledzoną prezentacją krzyżową do limfocytów T CD4 plus [104]. SIRT1 jest również ważny dla rekombinacji z przełączaniem klas, ponieważ hamuje ekspresję AID przez deacetylację H3K9Ac i H3K14Ac na promotorze AID [46]. Przeciwnie, komórki B Sirt7-/śledziony wykazują wadliwą rekombinację przełączania klas [18]. Wyblakłe linie oznaczają utratę funkcji związaną z wiekiem, a komentarze w kolorze czerwonym wskazują zmiany związane z wiekiem. Figurka stworzona za pomocą BioRender.com.

W przypadku starszych limfocytów T różne sprzeczne badania wykazały zarówno podwyższone, jak i obniżone poziomy białka i mRNA SIRT1, co wskazuje na istnienie złożonej sieci sygnalizacyjnej rządzącej aktywnością SIRT1 w tym kontekście (Figura 6A). Podczas różnicowania limfocytów T CD8t, stymulacja IL-12 zwiększa acetylację histonów i czynnik transkrypcyjny, podstawowy czynnik transkrypcyjny typu ATF typu zamek leucynowy (BATF). BATF współpracuje z c-Jun w celu zahamowania transkrypcji genu SIRTI, zapewniając wysoki poziom acetylacji histonów w promotorze T-bet, aby kierować zwiększoną produkcją ATP i różnicowaniem komórek T w komórki efektorowe [99]. Poziom ekspresji BATF jest wyższy w starych limfocytach T CD4 plus, a dostępność motywów wiążących BATF wzrasta wraz ze starzeniem się limfocytów T CD8 plus [105]. Obserwacje te wskazują, że regulacja w dół SIRT1 może łączyć aktywację komórek T ze starzeniem się komórek T [106]. Zgodnie z tym modelem, Sirtl/myszy rozwijają spontaniczną autoimmunizację, co wskazuje, że rola SIRT1 w utrzymaniu tolerancji obwodowej może być ważna dla zapobiegania temu wzorcowi immunostarzenia T [107]. U ludzi w podeszłym wieku ekspresja SIRT1 jest znacznie zmniejszona w jednojądrzastych komórkach krwi obwodowej, ale nie wiadomo, czy jest to spowodowane nieprawidłową regulacją epigenetyczną locus SIRT1 i czy ma ona istotny wpływ na odpowiedź limfocytów T [108].

Podczas starzenia limfocytów T opisano również obniżenie poziomu miR-18la mikroRNA w starzejących się limfocytach T naiwnych i pamięciowych, które wpływają na poziomy SIRT1. miR-18la dostraja aktywację komórek T poprzez regulację ekspresji białek, które wpływają na intensywność i wynik sygnalizacji TCR. W starszych ludzkich limfocytach T, regulacja w dół miR-18la wzmaga ekspresję kilku regulatorów negatywnego sprzężenia zwrotnego sygnalizacji TCR, w tym SIRT1, tym samym podnosząc próg aktywacji limfocytów T i zmniejszając wrażliwość limfocytów T [100]. Warto zauważyć, że hamowanie lub wyciszanie SIRT1 w cyklicznych starszych ludzkich limfocytach T nie tylko przywraca progresję cyklu komórkowego, ale także zmniejsza ich stres replikacyjny [109]. Jest to sprzeczne z obserwacjami w pierwotnych mysich fibroblastach, w których brak SIRT1 jest związany z nieprawidłową replikacją DNA [110].

Ogólnie rzecz biorąc, badania te wskazują, że ekspresja SIRTI jest ściśle skalibrowana w celu zapewnienia prawidłowych odpowiedzi komórek T oraz że deregulacja SIRT1 w starszych komórkach T może predysponować do zwiększonej odpowiedzi T w przypadku regulacji w dół SIRT1 oraz do słabych odpowiedzi komórek T w przypadku regulacji w górę SIRT1 .

Akumulacja ostatecznie zróżnicowanych limfocytów T CD8*CD28 jest kolejną cechą charakterystyczną immunostarzenia, a SIRT1 powiązano ze starzeniem się tych komórek [1,112]. W przypadku braku kostymulacji CD28 limfocyty T CD8*CD28 są wysoce cytotoksyczne, wykazują ekspresję cytokin prozapalnych i uzyskują cechy starzenia replikacyjnego [113]. Podczas starzenia SIRT1 ulega degradacji za pośrednictwem autofagii w wielu narządach myszy, w tym w śledzionie i grasicy. W starszych limfocytach T pamięci CD8 plus CD28 poziom SIRT1 jest regulowany w dół na poziomie białka, przy czym transkrypcja SIRT1 pozostaje niezmieniona, a hamowanie autofagicznej degradacji przywraca obfitość SIRT1 [49]. Podobne wyniki uzyskali Jeng i współpracownicy, którzy zaobserwowali, że ludzkie limfocyty T CD8 plus pamięci i, co ważniejsze, ostatecznie zróżnicowane limfocyty T CD8*CD28 wykazują dramatycznie obniżony poziom białka SIRT1 (ale nie SIRT6 lub SIRT7), bez żadnych zmian w jego ekspresja genów. Mechanicznie, utrata SIRT1 nasila degradację proteasomalną jego docelowego FOXOl, a tym samym zwiększa zdolność glikolityczną i cytotoksyczne funkcje efektorowe tych limfocytów T pamięci (Figura 6A) [102]. Rzeczywiście, ostatnio doniesiono, że FOXOl zapobiega starzeniu się i negatywnie reguluje aktywację i końcowe różnicowanie w limfocytach T CD8 plus [114]. Dlatego też utrata SIRT1 podczas ostatnich etapów różnicowania limfocytów T CD8 plus może przyczynić się do powstania stanu zapalnego poprzez promowanie akumulacji aktywnych i wysoce cytotoksycznych limfocytów T CD8t. W przeciwieństwie do przeciwzapalnych ról ogólnie przypisywanych sirtuinom, wykazano, że SIRT1 przyczynia się do ogólnego fenotypu prozapalnego poprzez tłumienie aktywności Treg. Jest to istotne, ponieważ aktywowane Treg gromadzą się na obrzeżach u osób starszych, prawdopodobnie z powodu kontekstu prozapalnego narzuconego przez wiek [45,15,16]. Deacetylacja FOXP3 przez SIRT1 czyni go bardziej podatnym na degradację proteasomów, tym samym zmniejszając supresyjną funkcję Treg w testach supresji in vitro. Odwrotnie, inhibicja sirtuiny za pomocą NAM znacząco zwiększa częstotliwość i funkcję komórek Treg in vitro (tabela 1) [43,44]. Co więcej, swoista delecja Sirtl w komórkach FOXP3 plus zwiększa poziomy FCXP3 i funkcję Treg in vivo, poprawiając w ten sposób przeżywalność w przeszczepach allogenicznych [118]. Jako kolejny dowód, że SIRT1 promuje prozapalne fenotypy komórek T, stwierdzono, że SIRT1 bierze udział w różnicowaniu komórek Th17. Są to limfocyty T CD4 plus, które pełnią ważną funkcję zapalną w infekcjach bakteryjnych i grzybiczych i które zostały powiązane z kilkoma chorobami związanymi ze stanami zapalnymi SIRT1 jest regulowany w górę podczas różnicowania Th17 i deacetyluje centralny czynnik transkrypcyjny Th17 RORyt, aby zoptymalizować jego aktywność transkrypcyjną, więc hamowanie SIRT1 hamuje zarówno różnicowanie, jak i funkcję Th17 [101]. Odwrotnie, 5SIRT1 reguluje acetylację STAT3, aby określić jego dystrybucję komórkową. Aktywacja SIRT1 za pomocą różnych agonistów (tab. 1) zmniejsza translokację STAT3 do jądra i z kolei upośledza transkrypcję docelowego RORC STAT3 (kodującego RORy), blokując w ten sposób różnicowanie Th17 [41]. SIRT1 następnie ujemnie reguluje poziomy RORy, jednocześnie zwiększając jego aktywność transkrypcyjną. To, czy te dwie przeciwstawne funkcje muszą być zrównoważone, aby kontrolować generację Th17 i czy jest to zależne od kontekstu, pozostaje niezbadane. Wreszcie, SIRT1 opisano również jako negatywną regulację różnicowania komórek T CD4t w komórki Th9 poprzez mechanistyczny cel mechanizmu zależnego od rapamycyny (mTOR)-HIF1 - [103]. Chociaż rola SIRT1 w pomocniczych limfocytach T efektorowych podczas starzenia nie została jeszcze zbadana, ustalone znaczenie SIRT1 w decyzjach dotyczących losu podczas różnicowania pomocniczych limfocytów T sugeruje, że SIRT1-rozregulował ekspresję i aktywność prawdopodobnie wpływa na brak równowagi w CD4 plus T subpopulacje komórek, które obserwuje się na początku starzenia się i choroby.

W pracy badającej zmiany ekspresji genów zachodzące podczas immunosenesencji u szczurów stwierdzono, że poziomy białka SIRT2 są znacznie obniżone w śledzionie i, co bardziej widoczne, w grasicy starszych szczurów. Było to sprzeczne z faktem, że stara grasica również wykazywała obniżone poziomy docelowego H4K16Ac SIRT2 [18]. Bardziej ogólnie, hipoacetylacja H4K16Ac była wcześniej powiązana ze starzeniem się replikacyjnym i stwierdzono, że jest stosunkowo słaba w kilku starszych tkankach myszy. Autorzy zaproponowali prawdopodobne wyjaśnienie niższych poziomów zarówno SIRT2, jak i H4K16Ac, przy czym słabsza asocjacja MOF, głównej acetylotransferazy H4K16-, z blaszką jądrową była odpowiedzialna za hipoacetylację H4K16 [119].

Zmiany metylacji DNA i utrata niemych regionów heterochromatyny podczas starzenia, aw szczególności immunostarzenie, to zaburzenia epigenetyczne najczęściej rozpoznawane jako pojawiające się wraz z wiekiem. W tym kontekście wiadomo, że heterochromatynowy znak H3K9me3 jest słabszy u starszych ludzi. Chociaż jego zmiany zależne od wieku wydają się być zależne od kontekstu i gatunku, niższe poziomy H3K9me3 obserwuje się również w śledzionach starszych szczurów, które wykazują współistniejący spadek poziomów SUV39H1 metylotransferazy H3K9 [118]. Rzeczywiście, podwójny nokaut Sua39hl i Suv39h2 podsumowuje wiele defektów immunostarzenia u myszy, w tym inwolucję grasicy, zmniejszoną produkcję limfocytów, wyższy stosunek pamięci/komórek naiwnych i więcej primingu HSC w kierunku linii mieloidalnej. Ponadto wykazano, że regulacja H3K9me3 przez SUV39H1 determinuje decyzje dotyczące losu w naiwnych limfocytach T CD8 plus. Pod nieobecność SUV39H1 CD8 plus limfocyty T nie są zdolne do tłumienia programów transkrypcyjnych pamięci, a zatem upośledzają zdolność do nabywania funkcji efektorowych. Zamiast tego wyższy procent komórek T CD8 plus rozwija się w komórki T pamięci, co skutkuje długotrwałym przeżyciem i zwiększoną pamięcią długotrwałą. Dlatego też H3K9me3, w którym pośredniczy SUV39H1-, wydaje się być ważny dla wyciszania programów pamięciowych po aktywacji w limfocytach T, potencjalnie wpływając na zmniejszenie repertuaru naiwnego obserwowane podczas starzenia się [120].

Spośród wielu ról, jakie sirtuiny odgrywają w utrzymywaniu heterochromatyny w komórkach nieodpornych, SUV39H1 jest jednym z kluczowych celów SIRT6 i SIRT1, co sugeruje, że mogą one być również ważne w regulacji H3K9me3 w komórkach odpornościowych. SIRT6 pośredniczy w monoubikwitynacji SUV39H1, co zapobiega jego wiązaniu z chromatyną, a tym samym aktywności metylacji H3K9 [68]. Odwrotnie, SIRT1 bezpośrednio reguluje funkcję SUV39H1 poprzez deacetylację. W przypadku braku SIRT1 aktywność SUV39H1 jest dramatycznie osłabiona, co skutkuje utratą ognisk H3K9Ac i heterochomatyny białka 1 (HPlo) i, co za tym idzie, destabilizacją heterochromatyny [11].

Wreszcie, SIRT6 jest również zaangażowany w immunostarzenie i stany zapalne, ponieważ reguluje odpowiedzi zapalne komórek T. Nowatorskie badania nad rolą SIRT6 w starzeniu się wykazały, że myszy Sirt6/myszy wykazywały poważny fenotyp progeroidalny obejmujący głęboką limfopenię i umierały w pierwszym miesiącu życia. Jednak limfocyty Sirt6/ rozwijały się normalnie w konkurencyjnych testach transplantacyjnych, co wskazuje na fenotyp pozakomórkowy [25]. Kolejne badanie wykazało masywne zapalenie wielonarządowe u myszy Sirt6/myszy, głównie w ich wątrobach. Analiza histologiczna wykazała silną infiltrację limfocytów T CD3 plus oraz, w mniejszym stopniu, makrofagów F4/80 plus [121]. W tym badaniu celowana delecja Sirt6 w komórkach T lub w linii mieloidalnej, ale nie w hepatocytach, podsumowała fenotyp zapalny i zwłóknienia w wątrobie, co wskazuje, że SIRT6 reguluje stan zapalny w sposób autonomiczny wobec komórek odpornościowych. Chociaż SIRT7 nie został wyraźnie zbadany w kontekście immunostarzenia się, Huo i współpracownicy poinformowali, że wysoki poziom ekspresji SIRT7 w komórkach raka piersi jest skorelowany ze złym rokowaniem, wyczerpaniem komórek T i naciekiem prozapalnego typu M1- makrofagi [122], co sugeruje, że aktywność SIRT7 może przyczyniać się do stanu zapalnego i być szkodliwa dla homeostazy limfocytów T podczas starzenia.

Ten artykuł pochodzi z Genes 2021, 12, 1856. https://doi.org/10.3390/genes12121856 https://www.mdpi.com/journal/genes