Nature Aging I 中国衰老标志物联合体发布衰老干预疫苗综述
学术
科学
2024-04-15 17:25
北京
翻译 by 胡靖浩、王康、李元翔、刘黎啸、熊沐钊
衰老是一个跨越分子、细胞到组织、器官以至整个机体系统的复杂生物学过程，精准定位和干预关键靶点对于开发延缓衰老和防治相关疾病的新策略至关重要。疫苗，作为预防医学的重要手段，展现出在衰老及相关疾病干预中的巨大潜力。2024年4月15日，来自中国衰老标志物研究联合体（Aging Biomarker Consortium, ABC）的多个课题组紧密合作，在Nature Aging杂志发表题为“Targeting aging and age-related diseases with vaccines”的综述，系统总结了使用疫苗干预衰老以及衰老相关疾病的最新研究进展，并对靶向清除衰老细胞的疫苗研究的未来方向进行了前瞻性展望。
衰老是许多慢性疾病的主要危险因素，疫苗接种通过特定抗原诱导机体免疫反应来对抗这些与衰老相关的疾病。作者全面概述了针对衰老相关疾病的疫苗干预措施的最新进展，这些疾病包括阿尔茨海默病、II型糖尿病、高血压、腹主动脉瘤、动脉粥样硬化、骨关节炎、纤维化和癌症等，并分析了部分疫苗未能展现预期临床效果的潜在原因。随后，重点总结了清除衰老细胞疫苗的研究进展，并讨论了可能用于衰老细胞清除的潜在抗原。最后，文章总结了衰老及其相关疾病疫苗领域当前的挑战，重点讨论了开发靶向清除衰老细胞疫苗所面临的关键问题与潜在对策。衰老反映在分子、细胞、组织和器官等多种层级上的机体生理功能的逐渐衰退。它的特征包括细胞衰老、干细胞耗竭、基因组不稳定、端粒磨损、表观遗传改变、蛋白质稳态失调、巨自噬失能、营养感知失调、线粒体功能障碍、慢性炎症、肠道微生物失调和细胞间通讯改变。衰老被认为是许多慢性疾病发生的重要因素，如阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)、动脉粥样硬化、骨关节炎(osteoarthritis, OA)、Ⅱ型糖尿病(type II diabetes, T2D)、慢性阻塞性肺疾病和癌症等。因此，针对衰老或衰老相关疾病的干预措施对于治疗这些疾病具有巨大潜力。近年来，运动、卡路里限制等健康的生活方式已被证明对延缓衰老和减轻衰老相关疾病有效。小分子药物干预、基因干预和细胞干预作为延缓衰老策略也取得进展。尽管这些干预措施被证明有效，但它们也存在劣势：小分子通常缺乏针对特定细胞群或组织的特异性，并且可能通过抑制抗凋亡途径而给正常组织带来脱靶的风险；基因干预可能导致致瘤性转化等长期的不良影响。因此，迫切需要开发新的干预措施来应对衰老的复杂性。自1796年世界上第一支疫苗（天花疫苗）发明以来，疫苗技术在预防传染性疾病方面取得了显著的成功。近年来，疫苗技术已经超越了预防传染性疾病的最初目标，越来越多地应用于癌症等衰老相关疾病的治疗。有效的疫苗可以激活机体先天免疫系统，使其立即对入侵的病原体做出反应。这种反应随后触发机体适应性免疫系统，诱发体液免疫反应从而产生保护性抗体，并诱导机体对已被感染的靶细胞产生细胞免疫。此外，疫苗能够诱导病原体特异性记忆淋巴细胞的产生，从而在再次感染时快速应答。疫苗通常由抗原或产生抗原的物质、载体分子和增强抗原免疫原性的佐剂组成。根据其制造方法，疫苗分为传统和非传统两种类型。传统疫苗包括减毒活疫苗和灭活疫苗，而非传统疫苗则根据生产技术进行分类，即病毒或非病毒疫苗载体，包括腺病毒疫苗、逆转录病毒疫苗、核酸疫苗、以及以细胞为基础的疫苗等（图1）。伴随疫苗技术发展和生物标志物的发现，疫苗应用领域正在超出预防传染病的范畴，并扩大至寻求长期的机体保护。疫苗有可能被用于大部分疾病领域，甚至可用于缺乏已知靶点的疾病，其中一个新的、有希望的方向是开发衰老和衰老相关疾病的疫苗干预方式（图1）。图1 疫苗技术和衰老细胞清除治疗(Senotherapy)的里程碑时间线疫苗技术发展了几个世纪，产生了多种疫苗平台。最近几十年，我们对衰老细胞特征的了解获得了进展，使我们能够开发更多干预衰老的策略。针对特定分子、病原体或细胞群的疫苗方法可以在疾病发展中起到预防和治疗的作用。一项概念验证的小鼠研究表明，通过针对衰老细胞抗原来开发清除衰老细胞的疫苗（在本文中称为“衰老疫苗”）是有效的，该方法成功地减少了小鼠动脉斑块的形成。这种疫苗策略为预防衰老和衰老相关疾病提供了新的干预途径，这种干预方式的优势体现在注射次数少、患者依从性强、潜在成本低和靶向效率高等方面。目前，衰老疫苗主要以衰老细胞表面特异性高表达的分子作为靶点诱导机体免疫系统对衰老细胞进行清除。另一方面，衰老相关疾病的疫苗主要针对参与疾病发展的介导疾病发展的关键因素发挥作用。本篇综述详细汇总了针对衰老和衰老相关疾病疫苗的进展，并讨论了相关的挑战。由于篇幅限制，对于衰老相关疾病疫苗，本文主要关注那些已经在临床试验中进行研究的疫苗。尽管迄今为止仅报道了有限数量的衰老疫苗，但作者希望从衰老相关疾病疫苗（其中一些也针对衰老细胞抗原）的研究和临床试验中获得启示，为衰老疫苗的安全性、递送平台和利用策略提供参考信息。可用于延缓衰老和预防衰老相关疾病的衰老疫苗潜力巨大但明显稀缺。本文将有助于阐明该领域需要进一步探索的关键问题。衰老相关的疾病研究已经积累了一系列分子标记物。例如，肿瘤特异性抗原（tumor-specific antigens, TSAs）在癌症中积累，T2D中白细胞介素（interleukin, IL-1β）水平升高，AD中tau水平升高，OA中神经生长因子（nerve growth factor, NGF）水平升高。这些蛋白在病理组织中大量积累，而在正常组织中不存在或丰度较低，是疫苗的潜在靶标。因此，特异性靶向这些病理分子的疫苗诱导的抗体有望在病理环境中延缓疾病进展。目前在衰老相关疾病领域的疫苗研究主要集中在AD、T2D、高血压、腹主动脉瘤（abdominal aortic aneurysm, AAA）、动脉粥样硬化、OA、纤维化和癌症，本文将提供这些领域最新进展的概述。AD是一种慢性进展的神经退行性疾病，影响着全球5000万成年人，但缺乏有效的治疗方法。虽然阿尔茨海默病的确切病因尚不清楚，但衰老已被广泛认为是该疾病的一个重要危险因素。AD以神经病理为特点，如阿尔茨海默淀粉样前体蛋白（amyloid precursor protein, APP）来源的淀粉样β肽（amyloid beta, Aβ）形成的纤维沉积导致的淀粉样斑块，以及细胞内tau蛋白组成的神经原纤维缠结（neurofibrillary tangles, NFTs）和大脑炎症。针对AD的各个方面进行了大量临床试验，包括Aβ、tau、神经炎症、生物过程功能障碍（如胆固醇代谢）和遗传风险因素（如ApoE4和TREM2）。值得注意的是，到目前为止，Aβ还没有被明确地认定为AD的主要驱动因素，确切的驱动因素也没有被完全理解。主动免疫也被认为在阿尔茨海默病干预中起着至关重要的作用。截至2024年3月5日，美国临床试验登记平台 （ClinicalTrials.gov）报告了7种进行中的阿尔茨海默病疫苗，这些疫苗尚未因无效或不良后果而停止研究。其中，5种疫苗靶向Aβ（ALZ-101、ACI-24、ABvac40、UB-311和AV-1959），2种靶向tau（AADvac1和ACI-35）。先前终止的研究包括第一代抗Aβ疫苗AN1792、CAD106（NCT02565511）、多肽疫苗V950、ACC-001、Lu AF20513（NCT02388152）和AFFITOPE AD02（NCT02008513）。疫苗研究中针对Aβ研究的流行可能归因于淀粉样蛋白级联假说的历史影响，该假说是最早提出的假说之一，并在随后的几年中引发了重大关注。由于全长Aβ会引发无菌性脑膜炎，为解决安全性问题，研究人员仔细选择了Aβ的靶向区域，使用不同的佐剂和载体来实现不同类别和程度的免疫反应。其中一个例子是ACC-001，它利用氨基末端Aβ1-7肽偶联物来避免全长Aβ（AN1792）引起的T细胞活化。其他五项研究旨在引发体液免疫反应、同时解决T细胞活化问题，尽管其中Lu AF20513和CAD106的临床试验已经终止。对ACI-24、UB-311和AV-1959D的研究在小鼠、猴子和患者中显示出抗体应答和其他有益作用（表1和图2）。目前大多数抗Aβ疫苗靶向的是N末端，然而，这种策略可能导致抗体与未加工的蛋白质结合，并在神经元和表达APP的细胞周围积聚，从而导致潜在的毒性作用。为了解决这一问题，一个研究小组开发了ABvac40，这是第一个针对Aβ40的C末端的疫苗，Aβ40是Aβ的一种亚型，也可以产生毒性聚集物（表1和图2）。然而，对AD相关认知能力下降的主要驱动因素的理解表明，淀粉样斑块之外的其他因素也参与其中。针对阿尔茨海默病的另一种病理特征——tau蛋白的疫苗也在开发中。在临床试验中测试的针对tau的疫苗中，ACI-35和AADvac1显示出了希望（表1和图2）。然而，可能是由于tau和淀粉样斑块之间的生物学联系，导致tau的产生与淀粉样斑块呈正相关，目前尚未发现单独针对tau的疫苗可以延缓AD的发展。此外，除了靶向特征分子Aβ和tau外，针对AD的疫苗疗法，如GV1001，能够以多种方式提供潜在的益处。尽管许多相关的肽疫苗已进入临床开发阶段，但诱导抗体穿透血脑屏障仍然存在挑战。应对这一挑战的一种方法是通过鼻喷疫苗来激活先天免疫系统（表1和图2）。与药物干预和被动免疫等其它AD干预措施相比，疫苗接种在给药次数较少和动员初始和辅助性T细胞的能力上具有优势，这表明疫苗方法可能有助于克服MHC II多态性和衰老相关的T细胞免疫变化。然而，目前的AD疫苗治疗的临床试验在显著改善患者的认知能力上遇到了挑战，因为AD的潜伏期很长，这可能是由于干预开始较晚所致。随着临床前筛选技术的进步，有可能识别出更早出现或更适合作为疫苗靶点的分子。此外，由于AD复杂的生物学机制，单一的干预靶点可能不足以延缓病程的发展，疫苗治疗结合其他干预措施（例如，减少淀粉样蛋白或NFT的产生，增加其降解，改善神经炎症环境等）将是值得探索的领域。改变体内免疫抑制环境可能有助于提高AD疫苗的疗效。在AD小鼠模型中阻断程序性细胞死亡受体1（PD-1）可诱导IFN-γ依赖性全身免疫反应、巨噬细胞向大脑募集、Aβ斑块清除和认知改善。AD疫苗的策略目的是减少大脑中Aβ和tau蛋白的水平，通过诱导适应性免疫系统产生特定的抗体，或者利用先天免疫细胞去实现这一目标。具有神经保护作用的肽的使用也是潜在干预AD的方法。T2D是一种普遍存在的慢性炎症性疾病，与免疫衰老和炎症性衰老相关，影响约四分之一的65岁以上的人群。T2D是一种受遗传和环境因素影响的多因素疾病。其特点是β细胞功能障碍，胰岛素抵抗和慢性炎症，最终导致血糖水平失控和多组织并发症的出现。已经开发了各种干预措施来解决这些病理特征。例如，调节餐后血糖水平的两种主要肠促胰岛素，包括抑胃肽（gastric inhibitory polypeptide, GIP）和胰高血糖素样肽1（glucagon-like peptide 1, GLP-1），是许多T2D药物的靶点。针对胰岛淀粉样蛋白多肽（islet amyloid polypeptide, IAPP）的单克隆抗体也已被开发出来，IAPP由β细胞分泌，形成对β细胞有毒的聚集体并诱导炎症。槲皮素和姜黄素等小分子的结合已显示出降低T2D中促炎标志物（如信号素3E）的潜力。T2D并发症的干预也是一个值得关注的领域。例如，TGF-β1在糖尿病肾病的发病机制中起着重要作用，一直被认为是干预肾纤维化的潜在靶点，但临床试验显示阻断TGF-β1并没有显著的益处。虽然已经提出了许多针对T2D中重要介质的干预措施，但针对它们的疫苗疗法却很少。T2D复杂的病理状态和生物途径的相互作用可能是导致T2D疫苗治疗效果有限的原因。然而，几项T2D疫苗研究值得关注。GLP-1对于维持葡萄糖稳态至关重要，能够增加胰岛素分泌并改善胰岛素敏感性，使其成为治疗T2D的有前景的治疗靶点。有研究报道了一种针对二肽基肽酶4（dipeptidyl peptidase 4, DPP4）的疫苗，该酶负责GLP-1的快速降解（表1和图3）。白细胞介素-1β（IL-1β）在T2D中介导促炎作用。据报道，抑制IL-1β受体可保护人β细胞免受高糖引起的损伤，并减缓OA等慢性疾病的进展。在最近的一项研究中，Cavelti-Weder等人使用含有全长重组IL-1β偶联病毒样颗粒（virus-like particles, VLPs）的疫苗靶向IL-1β，并在非人灵长类动物（nonhuman primates, NHPs）和T2D患者（NCT00924105）中进行了评估（表1和图3）。然而，需要进一步的研究来确定IL-1β疫苗的最有效剂量，并检查IL-1β抗体水平升高对患者的长期影响。值得注意的是，抗IL-1β单克隆抗体长期中和IL-1β与严重上呼吸道感染的风险增加有关。在糖尿病小鼠中测试的另一种IL-1β疫苗也显示出有益的效果（表1和图3）。尽管这些研究结果令人鼓舞，但阻断TGF-β1临床试验的失败提醒我们，靶向细胞因子不一定会带来显著的临床益处，需要进一步研究。T2D的发展可导致多种并发症，如高血压、高脂血症、白内障、糖尿病视网膜病变等，严重影响患者的健康和生活水平，这一发现提示了疫苗可以发挥作用的潜在领域。糖尿病视网膜病变是T2D患者的常见并发症，可导致失明，并且与全身性血管疾病的高发病风险相关。肾素原是肾素-血管紧张素系统（renin–angiotensin system, RAS）的上游蛋白，其水平和肾素原受体水平均与糖尿病视网膜病变的发生和严重程度相关。相反，阻断肾素原已被证明对糖尿病视网膜病变具有抑制作用，被认为是预防糖尿病视网膜疾病的理想治疗方法。Yokota等人设计了一种疫苗，可诱导高滴度的抗肾素原抗体，显示出预防T2D患者早期糖尿病视网膜病变的潜力（表1）。T2D疫苗的未来开发和应用需要考虑到这种疾病发展所涉及的复杂机制。T2D的发展不仅与β细胞有关，还受胰腺外糖代谢的影响。例如，在免疫细胞浸润的脂肪组织中，信号素3E的分泌会促进胰岛素抵抗。这些研究表明，对调节糖脂代谢的联合治疗可能是未来疫苗靶点选择和应用的优势方向。T2D疫苗已经在小鼠模型中被评估，它们靶向DPP4和IL-1β等小分子，调节相关生理通路，使其恢复至正常水平，并且减少小鼠中糖尿病并发症的发病率。疫苗已被探索用于治疗其它衰老相关的疾病，并且随着对疾病机制的不断理解和合适靶点的发现取得了一定进展。例如高血压的独特的生物标志物被鉴定，它们为高血压疫苗提供了潜在的候选抗原。这些抗原包括RAS的组成成分，如肾素、血管紧张素I（Angiotensin I, Ang I）、血管紧张素II（Angiotensin II, Ang II）和血管紧张素II 1型受体（Angiotensin II type 1 receptor, AT1R）。然而，由于靶向RAS的疫苗比药物干预具有更持久的效果，因此需要考虑在急性失血期间抗体对RAS维持血压功能的影响。除了RAS，疫苗靶向交感神经系统中起调节作用的α1-肾上腺素受体(α1-adrenergic receptors, α1-AR）和G蛋白偶联受体（G-protein-coupled receptors , GPCRs）也因其在高血压干预中的潜力而被研究。具体而言，在血管和神经上发现的α1D-AR亚型介导大鼠主动脉和髂动脉等组织的收缩（表1和图4）。另一种与衰老相关的血管病变，腹主动脉瘤（AAA），是一种主动脉退行性疾病。然而，由于缺乏有效的治疗方法，AAA患者手术后的长期生存前景仍然不佳。有趣的是，Ang II，导致高血压的关键因素，也与AAA的进展有关。基于这种联系，由Ang II的N末端组成的疫苗在大鼠模型中提供了对弹性纤维损伤的保护。在另一项研究中，前面提到的ATRQβ-001疫苗也减轻了AAA表型（表1和图4）。衰老本身是动脉粥样硬化的一个主要风险因素。虽然自身免疫能以多种方式影响动脉粥样硬化的进展，但疫苗研究主要旨在调节加剧疾病进程的自身免疫反应。目前正在探索的策略包括动员调节性T细胞、滤泡辅助性T细胞和B细胞，或诱导产生针对氧化低密度脂蛋白（Low-density lipoprotein, LDL）相关抗原表位的IgM和IgG抗体等。例如，在动物模型用载脂蛋白B（Apolipoprotein B, ApoB）进行干预，证明了与调节性T细胞相关的对抗动脉粥样硬化的保护作用。另一种疫苗侧重于阻断参与LDL代谢的特定调节蛋白的功能。通过诱导B细胞产生中和抗体，调节LDL受体以控制血浆LDL胆固醇水平的前蛋白转化酶枯草溶菌素9（proprotein convertase subtilisin kexin type 9, PCSK9）能够被靶向。科学家们还试图通过与当前降脂策略互补的疗法来改善与动脉粥样硬化相关的血管微环境。为此，Ma等人开发了肽疫苗ATS7vac。此外，为了解决动脉粥样硬化中与血管微环境相关的炎症成分，一种基于猪脂肪组织的口服疫苗被设计出，通过诱导免疫耐受来对抗炎症过程。这是clinicaltrials.gov报道的唯一一项截至2024年3月5日尚未停止的动脉粥样硬化疫苗临床试验。同时，动脉粥样硬化相关疫苗已在临床试验中进行了评估。这些发现已在先前的综述中进行了总结。迄今为止，很少有动脉粥样硬化疫苗在临床试验中被证明是有效的，其中最大的挑战之一是精确调节动脉粥样硬化中的免疫反应。这种疾病的免疫调节机制具有双重作用，既有促进作用，也有保护作用。在同时促进保护性免疫反应和抑制炎症之间实现微妙的平衡对于成功的动脉粥样硬化疫苗至关重要。这种微妙的平衡很好地体现在靶向IL-1β的治疗性抗体卡那单抗上。虽然有一项临床试验表明心血管事件的复发率低，但全身抗炎治疗也引发了对感染的担忧（表1和图4）。除了与衰老相关的血管病变外，衰老还与OA等关节疾病密切相关。OA会导致疼痛和残疾，但没有有效减缓其进展的治疗方法。衰老被认为会加剧关节分解代谢和合成代谢活动之间的不平衡，这也是OA的特征。虽然尚未有针对OA的疫苗的临床试验，但最近的一项研究通过疫苗策略靶向NGF来逆转OA相关疼痛（表1）。然而，NGF在OA中的作用有待进一步阐明，因为少数接受高剂量NGF抑制剂治疗的患者出现了关节病加速的症状。就开发延缓OA的特异性疫苗而言，靶向基质降解的驱动因素，减少与衰老相关的氧化应激，增加生长因子反应性，并清除关节中表现出SASP的细胞，可能会带来突破的希望。此外，越来越多的研究表明，组织纤维化的风险随着年龄的增长而增加。在纤维化组织中，正常成年组织中通常低水平表达的基因将被激活并上调。Sobecki等人利用表位预测，证明了主要组织相容性复合体Ⅰ（MHC-I, Major histocompatibility complex Ⅰ）分子可以呈递解整合素金属蛋白酶12（Disintegrin and metalloprotease 12, ADAM12）以及转录因子GLI1。同样的，ADAM12和GLI1靶向疫苗被开发了出来。有趣的是，由于有缺陷的脂肪酸氧化在肾纤维化中起着关键作用，Wu等人假设在脂质代谢中起重要作用的PCSK9可能影响脂肪酸氧化途径的调控，并开发了靶向PCSK9的PCSK9Qβ-003肽疫苗（表1）。针对衰老相关血管病变的疫苗已经在小鼠模型或临床试验中进行了评估。它们靶向在血压控制、脂质代谢和血管生理状态中发挥关键作用的分子，从而帮助重建健康的心血管环境。MMP，基质金属蛋白酶；Treg细胞，调节性T细胞。癌症疫苗在临床转化领域引起了广泛关注（图5）。尽管已开发的疫苗已被设计为识别和消除多种癌症中新出现的肿瘤细胞，但预防性癌症疫苗的开发仍然局限于针对已知两种可促进癌症的病毒感染，即乙型肝炎病毒（Hepatitis B virus, HBV）和人乳头瘤病毒（Human papillomavirus, HPV）。为了达到有效性和安全性标准，理想的癌症疫苗应该靶向免疫原性、肿瘤细胞高度特异性和对肿瘤生存至关重要的抗原。然而，大多数治疗性抗原并不满足所有这些标准，它们可以分为两大类，肿瘤相关抗原（Tumor-associated antigens, TAAs）和TSA。由于TAAs也在正常细胞中表达，靶向TAAs的疫苗引起了人们对其对正常组织毒性的担忧。另一方面，TSA是突变衍生的具有高度免疫原性的新抗原，在几种类型的癌症中仅有1%的带有潜在免疫原性的突变能够被免疫细胞识别。尽管在临床前研究中取得了有希望的结果，但治疗性癌症疫苗在临床试验中一再失败；这种结果可归因于免疫抑制肿瘤微环境、T细胞反应不足、疫苗制剂和患者选择的不理想。现在许多癌症疫苗与免疫检查点阻断（Immune checkpoint blockade, ICB）联合应用，以增强抗肿瘤免疫反应，研究表明应仔细考虑ICB的时间，最好在接种疫苗后。令人兴奋的是，最近在增强抗原免疫原性和完善疫苗平台方面取得的进展提高了癌症疫苗的疗效。例如，只有一小部分在肿瘤中表达的新抗原可以引发T细胞反应。为了解决这个问题，新抗原预测可以与人类白细胞抗原（Human leukocyte antigen, HLA）类型、抗原蛋白序列分析等技术相结合，以鉴定最具免疫原性的肿瘤新抗原。优化抗原的递送也可以提高癌症疫苗的有效性和安全性。Liu等人报道了一种巧妙的方法，将抗原和佐剂封装在低pH激活的DNA管状纳米装置中，同时引发抗原呈递、T细胞活化和癌细胞裂解。此外，治疗性原位癌症疫苗（In situ cancer vaccines, ISV）已成为一种不需要事先确定抗原，而是原位激活免疫响应的方式。然而，ISV具有某些缺点，例如当通过溶瘤病毒递送时导致免疫系统过度激活，由于免疫耐受而导致放疗和化疗释放的抗原的利用被限制，以及当使用免疫激动剂时肿瘤抗原产生不足。利用自身肿瘤作为抗原来源，并配以适当的佐剂，可以避免免疫系统的过度激活，并克服对肿瘤抗原的免疫耐受。有研究报道利用个体肿瘤组织的抗原信息设计了个性化的自体癌症疫苗，当以细菌内膜作为佐剂递送时，该疫苗有效地抑制了各种实体瘤模型小鼠术后的肿瘤复发。关于癌症疫苗平台和临床进展在之前的综述中已有全面的介绍和讨论，我们在此不再赘述。在本节的剩余部分中，作者将探讨癌症和衰老之间的相似性和差异，旨在为开发针对这两种疾病的疫苗提供灵感（表2）。癌症和衰老具有某些共同的特性，但也表现出不同的特征，其共同点包括基因组不稳定性，这和表观遗传改变有关。最近，人们对基于新抗原的癌症疫苗产生了相当大的兴趣，并开发了一个综合模型来快速预测通过肿瘤测序鉴定的新抗原的免疫原性。同样，随着年龄的增长而积累的衰老细胞也会由于基因组和表观遗传的变化而表达新的抗原。例如，最近的一项研究表明，衰老过程中内源性逆转录病毒的再激活可以作为衰老的生物标志物和驱动因素，而这在年轻的对照组中很少检测到。此外，与衰老前状态相比，衰老细胞表达更多的衰老相关自身肽。用于检测肿瘤中新抗原的方法可能适用于鉴定衰老细胞特异性的高度免疫原性抗原。炎症是衰老和癌症的另一个共同特征，抗炎治疗已经证明了其延缓衰老和肿瘤进展的能力。例如，人们已经发现阻断TNF-α通路可以延缓衰老，同时阻断IL-1β显示出在预防老年人非小细胞肺癌发展方面的前景。因此，通过疫苗靶向促炎细胞因子可能是减缓这两种情况进展的潜在治疗选择。此外，促进癌细胞或癌变前细胞衰老已被认为是一种可能的抗肿瘤策略。研究表明，对恶性前期衰老细胞表达的抗原的特异性免疫是肿瘤免疫监测的一部分。衰老的癌细胞可被用来诱导保护性CD8依赖的抗肿瘤免疫反应，这是由衰老细胞增强的MHC-I机制促进的，该机制激活了衰老相关自身抗原肽的呈递。另一项研究还表明，衰老增强了IFN-γ信号传导，这是CD8+T细胞消除肿瘤细胞所必需的，并且IFN-γ诱导MHC-I的表达，促进抗原呈递和肿瘤免疫监测。这些结果表明，靶向肿瘤内的衰老细胞并诱导其裂解可能有助于表位扩散并增强抗肿瘤免疫。使用各种类型的疫苗平台，TAA和TSA在转录、翻译和蛋白质加工后和MHC I类与MHC II类分子在抗原呈递细胞的表面呈递；随后，这些疫苗激活或诱导CD4+T细胞、CD8+T细胞和B细胞清除癌细胞。衰老细胞会发生一系列特征性改变，包括细胞增大、增殖能力减弱、核膜破坏、端粒缩短和异染色质结构紊乱。重要的是，这些细胞还会出现衰老标志蛋白如p16INK4A和p21CIP1的上调、衰老相关β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）活性增高，以及衰老相关分泌表型（SASP）的增加。衰老细胞的病理性积累与许多与衰老相关疾病有关，多项研究表明，消除衰老细胞可以抑制这些疾病的发展。因此，靶向消除衰老细胞为治疗各种衰老相关疾病提供了一种潜在的策略。免疫反应使机体能够清除外源性病原体和有害成分，也可以介导衰老细胞的清除。为了实现这种清除，理想情况下，衰老疫苗应该针对在衰老细胞中高表达但在非衰老细胞中低表达的分子。最近，针对CD153水平升高或糖蛋白非转移性黑色素瘤蛋白B（GPNMB）的衰老细胞的疫苗进行了概念验证研究。研究表明，通过补体依赖性细胞毒性（CDC）或抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC），增强免疫系统对衰老细胞的清除，可以有效减轻衰老细胞的负担。然而，需要注意的是，正常细胞或动物模型中的衰老标志物蛋白的清除不同于清除衰老标志物阳性的衰老细胞。前者可能会产生不利影响，因为它们干扰了细胞和生物体的正常功能，如肿瘤抑制。例如，清除p16Ink4a阳性的衰老细胞已被证明可以延缓衰老相关疾病的发展，但在p16Ink4a-/-动物中观察到肿瘤易发效应和健康寿命缩短。因此，疫苗的目标是针对衰老标志物阳性的衰老细胞，而不是消除这些衰老标志物本身。衰老T细胞能分泌促炎细胞因子，这促进老年人群中慢性炎症的发生，并增加许多衰老相关疾病的风险。此外，衰老过程中免疫组库多样性降低导致了老年人对病原体产生有效免疫反应能力下降。在一项开创性的研究中，发现一种独特的衰老T细胞亚群，在脂肪组织中积累，表达表面标记CD4+、CD44hi、CD62Llo、PD-1+和CD153+，它们加剧了局部和全身炎症反应。CD153是一种II型跨膜糖蛋白，属于TNF超家族成员，主要在特异性激活的T细胞、巨噬细胞和单核细胞中表达。它通过CD30/CD153配体-受体对调控CD4+ T细胞介导的移植物抗宿主病（GVHD）。值得注意的是，一项在肾损伤小鼠模型中的研究显示，CD153或CD30的缺失改善了纤维化、炎症和肾功能。事实上，Yoshida等人描述了基于CD153表位和CpG作为佐剂的肽疫苗的生成，该疫苗有效诱导抗CD153抗体的产生，并减少衰老T细胞的数量。在一项概念验证研究中，接种疫苗并喂养高脂饮食的肥胖小鼠显示出改善的葡萄糖耐受性和胰岛素抵抗，证明了肽疫苗在消除衰老细胞和改善小鼠器官功能方面的有效性（图6）。受这些发现的鼓舞，人们高度期待进行进一步的研究，比如确定将这种疫苗策略转化为人类应用的可行性。在这项概念验证研究中，CD153疫苗被设计为诱导产生能够通过CDC作用消除衰老T细胞的细胞毒性抗体。为此，已知CpG佐剂能够诱导1型辅助性（TH1）反应；与此相一致的是，这种疫苗主要诱导IgG2抗体亚型。然而，TH1反应已与自身免疫疾病和慢性炎症的风险相关联。因此，在实现最大限度的衰老细胞清除所需的免疫反应类型和最小的副作用之间找到一种平衡是很重要的。此外，在结核杆菌（Mtb）感染个体中发现CD153可定义一组功能性Mtb特异性CD4+ T细胞；尽管这一发现并不直接涉及副作用，但在有Mtb感染风险的人群中使用CD153疫苗时可能需要谨慎一些。需要更详细的数据来指导免疫接种的最佳时机、剂量和间隔，以产生治疗效益和可接受的安全性。在最近发表在《Nature Aging》杂志上的一项研究中，Suda等人分析了与动脉粥样硬化风险因素相关的衰老血管内皮细胞的转录组，并识别出在这些细胞中上调三倍或更多的基因。在这些候选基因中，作者针对GPNMB，一种预测的跨膜蛋白，生成了一种肽疫苗。在接种此疫苗的小鼠中，GPNMB阳性细胞被消除；内脏脂肪组织中的SA-β-gal、Cdkn1a和Cdkn2a水平降低，并改善了葡萄糖耐受性。此外，GPNMB疫苗减少了ApoE敲除小鼠的主动脉斑块面积，并增加了早老症小鼠的中位寿命。进一步的机制研究表明，接种疫苗的小鼠产生的抗GPNMB抗体通过自然杀伤（NK）细胞介导的ADCC作用清除GPNMB表达细胞。针对NK细胞和CD8+T细胞的中和抗体阻碍了衰老细胞的消除，表明这两种细胞类型在GPNMB疫苗的有效性中起着至关重要的作用（图6）。
这项研究为衰老疫苗开辟了新的研究方向。虽然GPNMB疫苗的有效性已在高脂饮食和类早衰小鼠模型中得到证实，但在临床应用之前还需要进一步的研究。例如，该研究团队也探索了GPNMB的生理功能，并报道了其在人血管内皮细胞中的缺失缩短了它们的复制寿命，而GPNMB敲除小鼠表现出血管功能受损和动脉粥样硬化增加。这些作者发现GPNMB是溶酶体完整性的关键保护因子。这项研究表明，虽然GPNMB可以作为衰老细胞抗原，但在衰老细胞清除之外，清除正常细胞中的GPNMB可能对生物体产生不利影响。与此相一致，应仔细考虑GPNMB疫苗的接种时机，限制在衰老细胞开始积累时，以避免影响正常细胞的功能。此外，值得注意的是，GPNMB在多种非衰老细胞类型中表达（例如，肌细胞）。有必要进一步阐明消除GPNMB表达细胞对身体各种组织和器官的影响，并确定GPNMB疫苗的安全性。此外，细胞衰老本身可以促进伤口愈合并限制肿瘤形成，而衰老细胞在其表型、时空动态和转录组中表现出异质性。因此，对于包括GPNMB疫苗在内的“广谱”衰老疫苗，应共同关注如何选择性地针对“有害”的衰老细胞，同时最小化对“有益”衰老细胞的影响。关于衰老细胞溶解性疫苗的应用，GPNMB疫苗的ADCC效应提示了开发倾向于ADCC的抗体-Fc复合物的另一种策略，以帮助诱导针对衰老细胞的细胞毒性。在衰老细胞中高表达的膜蛋白被用作疫苗抗原或免疫细胞（基因工程或自然生成的)靶点，诱导产生特异性抗体，消除衰老细胞或直接杀死小鼠相应的衰老细胞。除了上述疫苗方法外，工程化免疫细胞也被认为是针对衰老细胞的一种策略。Amor等人分析了来自三种独立衰老模型的衰老细胞的转录组，并鉴定出广泛表达并特异性锚定在衰老细胞质膜上的蛋白。在排除了正常组织中高表达的分子后，作者选择了编码尿激酶型纤溶酶原激活剂受体（uPAR）的PLAUR基因作为CAR T细胞的靶标。改造的CAR T细胞能够在体外和体内有效消除高表达uPAR的细胞。在肝纤维化小鼠模型中，CAR T细胞介导的衰老细胞清除显著改善了组织病理变化并增加了原发性KrasG12D，p53-/-肺腺癌小鼠的生存率。uPAR CAR T细胞也可以消除uPAR阳性的衰老细胞并改善自然衰老小鼠的代谢功能。这一发现为发现更多衰老细胞抗原或标记物并开发针对衰老和与衰老相关疾病的免疫干预策略开辟了新的途径（图6）。uPAR是一种锚定在脂质筏中的糖脂磷酰肌醇（GPI）锚定膜蛋白，由283个氨基酸组成，排列成三个同源域，I、II和III，通过III域上的糖脂质锚定连接到细胞膜。尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA）及其受体uPAR的表达与多种癌症的恶性表型相关，如胶质瘤。uPA-uPAR复合体被认为参与了与细胞迁移相关的细胞内信号传导。研究表明，抑制uPAR显著减少了内皮细胞的侵袭能力。针对高表达uPAR的衰老细胞的靶向消除可能同时抑制肿瘤血管生成，带来额外益处。将uPAR作为衰老细胞中的抗原，提供了使用疫苗方法消除衰老细胞的可能性。最近发现，自然杀伤细胞2族成员D配体（NKG2DLs）在衰老细胞中高表达，但在正常细胞中不表达。NKG2D-CAR T细胞已证明能够在小鼠和非人灵长类动物中清除衰老细胞，同时显著改善脂肪组织、肌肉、骨骼、肝脏和肾脏功能以及小鼠的体力功能，而不产生显著的不良效应。然而，CAR T细胞疗法仍存在诸如高生产成本、长准备时间、复杂的生产流程以及由于使用病毒可能导致的插入突变肿瘤发展风险等限制。此外，CAR T细胞的有效期可能会有所不同，尽管最近的研究表明CAR T细胞在特定患者和小鼠中有长期存在的潜力。相比之下，针对uPAR或NKG2DLs的疫苗开发提供了一个可能的替代方案，可能提供更经济和长期的保护。然而，与基于疫苗的主动免疫策略相关的持续活性也引起了安全性关切，因为与单克隆抗体或细胞疗法不同，疫苗目前没有潜在的“开关”来控制它们的活动。因此，考虑到针对内源性“正常”抗原的潜在风险。有必要彻底评估和审查针对衰老细胞抗原的疫苗的安全性。未来的研究应致力于探索控制或调节疫苗引起的免疫反应的机制，以确保它们在针对衰老细胞和对延缓衰老及与衰老相关疾病方面的安全性和有效性。此外，除了内源性抗原，最近还利用了外源性抗原进行衰老疫苗的开发。人类巨细胞病毒（HCMV）是一种普遍存在的疱疹病毒，可建立终身潜伏感染，但可以在细胞衰老时重新激活。它的成分高度表达并可由衰老细胞呈现，使其成为疫苗接种的可行候选者。HCMV衍生的糖蛋白B（HCMV-gB）在衰老成纤维细胞的HLA-II分子上显著展示，触发细胞毒性CD4+ T细胞消除衰老细胞。利用HCMV-gB作为疫苗抗原可能促进在HCMV感染人群中接种后清除衰老成纤维细胞。在识别针对疫苗生产的潜在衰老细胞抗原方面的进展，无论是针对内源性还是外源性抗原，都为开发针对衰老和与衰老相关疾病的有效免疫干预措施提供了希望，但仍需进一步研究以评估它们的安全性、有效性和长期影响（图6）。衰老细胞的积累是与衰老相关的慢性疾病的重要驱动因素。衰老细胞表现出免疫原性，因此可以通过疫苗针对性地消除它们。与衰老细胞裂解法或CAR T细胞疗法相比，疫苗方法具有几个优势，包括作为“现成”的资源、更好的患者依从性和潜在的降低成本。然而，至关重要的是要认识到，疫苗也有副作用。常见副作用如接种部位红肿和疼痛、发热和头痛，通常在接种后两天内发生，这表明了疫苗引发的保护性免疫反应。尽管严重的副作用（如过敏反应）很罕见，但接种疫苗需要在医疗专业人员的监督下进行。此外，必须持续评估疫苗的安全性，以理解这些疫苗的长期副作用。在这一点上，承认与基于疫苗的策略相关的特定安全考虑是至关重要的，特别是与如单克隆抗体或细胞疗法等疗法相比，它们缺乏潜在的“开关”。此外，特别重要的是要考虑到免疫衰老对疫苗反应的限制，尤其是在老年人中。许多研究和疫苗开发的重点是创造靶向衰老相关疾病中的关键介质（例如阿尔茨海默病中的tau蛋白）的疫苗。虽然这些疫苗在临床试验中已显示出诱导特异性抗体产生的能力，但很少显示出延缓衰老相关疾病进展的好处。这表明需要通过寻找来自更关键疾病驱动因素的抗原或筛选能够诱发更强大免疫反应的表位来选择更合适的抗原。同时，免疫检查点在癌细胞和衰老细胞的免疫监视中的重要性突显了结合疫苗和免疫调节药物的联合疗法具有更加优质疗效的潜力。此外，在评估疫苗效力时，免疫反应是关键的评估对象。例如，在评估癌症疫苗时，特别关注抗肿瘤T细胞的功能评估，通过使用定量指标进行全面的免疫监测，以评估疫苗是否达到预期的免疫学效果，避免资源浪费在效力不佳的疫苗上。此外，由DPP4疫苗提示我们，介导的T2D的同一靶标也可能在衰老细胞中高度富集，甚至促进某些衰老过程或抑制衰老过程中的组织修复。因此，调查一些现有的衰老相关疾病的疫苗策略是否可以用作衰老细胞清除疗法是值得的。反过来，靶向衰老细胞也可能在与衰老相关疾病的干预中显示出益处。例如，衰老的内皮细胞促进血管老化；因此，衰老的血管展现出如血管张力失调、炎症反应增强和主动脉僵硬增加等表型，所有这些都是高血压、动脉粥样硬化和其他与衰老相关的血管病理的重要风险因素。然而，另一方面，衰老疫苗仍处于发展的初级阶段。考虑到衰老细胞是与衰老相关疾病和衰老过程本身的重要驱动因素，本节聚焦于衰老疫苗的未来方向。对于衰老疫苗，未来需要解决几个主要问题。首先，至关重要的是要识别针对有害衰老细胞的特定抗原，这也将有助于解决针对内源性“正常”抗原的疫苗策略的安全顾虑。其次，确定基于这些抗原的衰老疫苗是否能有效地刺激免疫反应，以消除有害的衰老细胞，同时最小化副作用。最后，重要的是探索和理解与清除衰老细胞相关的潜在缺点。目前，特异性表达于衰老细胞的抗原的识别主要依赖于对整个组织或组织切片进行的Bulk-RNA测序数据。然而，这种技术提供的细胞类型特异性信息有限，这阻碍了从有害的衰老细胞中精确识别衰老细胞抗原。此外，需要高分辨率的蛋白质组学来识别潜在的衰老细胞膜蛋白，这些蛋白可被靶向抗体识别，但在衰老过程中通常表达量低。最近，用于分析低丰度跨膜蛋白的蛋白质组学方法的进步，帮助在小鼠大脑中发现新的类抑郁行为调节因子。类似地，技术发展可能使得理解细胞类型特异性的衰老细胞跨膜蛋白质组成为可能，这将为衰老疫苗的开发提供宝贵的基础。此外，深入了解衰老细胞的异质性，以有效地针对有害细胞，同时避免消除那些发挥有益作用的细胞，是至关重要的。一旦确定了适合衰老细胞的抗原，衰老疫苗需要在抗原上定位适当的表位，以引发淋巴细胞免疫反应。在这方面，与癌症疫苗和SARS-CoV-2表位识别相关的研究提供了许多技术参考。为了防止自身免疫反应，使用如铝这样偏向Th2的佐剂可能比其他佐剂更合适。尽管如此，CD153疫苗选择了CpG佐剂，以促进产生有助于CDC的效应抗体以消除衰老细胞。因此，仍需要进一步的研究来确定每种衰老细胞清除剂疫苗最合适的佐剂。此外，在临床研究和应用中，提前识别有自身免疫反应高风险的个体，并在接种衰老疫苗前采取预防措施，是必不可少的。另一方面，在衰老过程中，免疫系统表现出包括胸腺萎缩、代谢紊乱、初始/记忆细胞比例失衡、表观遗传变化以及老年人在接种疫苗后的免疫应答能力减弱等特征。因此，衰老疫苗研究需要集中精力减轻由免疫衰老引起的疫苗效力下降。这可以通过适当的佐剂改善，例如与衰老细胞清除剂或免疫调节药物（如免疫检查点抑制剂）联合使用。目前，所有衰老疫苗都是以肽疫苗的形式存在，探索替代疫苗平台也可能扩展衰老疫苗的潜力。例如，脂质纳米颗粒（LNPs）可以被修改以靶向不同的组织。此外，RNA疫苗的半衰期可以通过修饰和输送系统进行调节，可能为设计衰老疫苗的安全开关提供参考。同时，需要进一步探索消除衰老细胞的后果。研究表明，衰老细胞可能具有有益效果，如限制纤维化反应，并有助于伤口修复。此外，持续消除高表达p16的衰老细胞会破坏血液和组织屏障，导致血管周围组织和肝脏的纤维化，以及肝窦内皮细胞的消除不会引起年轻细胞的替代。然而，值得注意的是，这些效果主要在基因工程小鼠模型的背景下观察到，而是否会在如小分子或基于免疫的干预策略等治疗性衰老细胞清除策略中出现类似结果，尚未在多项研究中进行测试。尽管如此，这些发现强调了在适当的时间施用衰老疫苗的重要性，以确保及时移除衰老细胞，同时尽量减少对年轻细胞替代的影响，从而促进有效的损伤修复。因此，需要进一步调查施用的最佳时机。此外，了解衰老细胞清除后释放的内容物可能对周围细胞、组织和生物体产生的潜在不利影响是必不可少的。而且，虽然衰老疫苗研究在小鼠模型中显示出效力，但重要的是要考虑到小鼠和人类之间免疫系统调节的显著差异。因此，在更接近人类遗传背景的非人类灵长类动物中进行研究，将有助于这些发现的临床转化。尽管衰老疫苗的研究遇到了许多未解决的挑战，但这些不应成为探索这一健康衰老的新治疗干预措施的阻碍。通过采纳预防医学的原则，及时使用疫苗消除衰老细胞，可能会比干预一个失调的系统有更有效的结果。针对衰老相关疾病的疫苗研究为靶向清除衰老细胞的疫苗的开发提供了有价值的参考。随着疫苗开发技术的进步、优化的疫苗传递系统以及对衰老细胞表面抗原认识的增加，作者相信衰老疫苗的安全性和效力最终将得到改善。继续在这一领域进行研究和开发，特别是进行严格的临床前研究和临床试验以验证衰老疫苗的安全性和效力，有望解决衰老的挑战和促进健康长寿。
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