《Nature Aging》FGF21：开启胸腺抗衰 “密码”，重塑免疫活力新希望

为解决胸腺衰老导致免疫功能失调的问题，美国多机构研究人员开展 FGF21 对胸腺衰老影响的研究。结果发现提高胸腺 FGF21 可延缓衰老、改善免疫。该研究为免疫衰老研究提供新思路，强烈推荐科研读者阅读。

　　

在人体的免疫系统中，胸腺就像一座至关重要的 “免疫工厂”，负责生产和培育 T 细胞，这些 T 细胞如同免疫系统的 “精锐部队”，守护着身体的健康。然而，随着年龄的增长，胸腺却会提前衰老，这一现象在脊椎动物中尤为明显。它的衰老就像免疫系统的 “多米诺骨牌” 被推倒，引发了一系列问题，比如 T 细胞多样性下降，最终导致免疫功能失调。

为什么胸腺会衰老得这么快呢？在青春期，当卵巢和睾丸功能达到高峰时，胸腺的衰老就已经悄然开始。到了 40 岁左右，健康人体内约 80% 的胸腺空间会被脂肪细胞占据，胸腺上皮细胞（TECs）数量减少，成纤维细胞增多，这些变化严重影响了胸腺的正常功能。此前，虽然已经知道一些干预措施，如热量限制、增加某些内分泌激素等，能在一定程度上改善胸腺功能，但对于 TEC 衍生的生长因子如何维持或增强胸腺功能，科学家们还没有完全弄清楚。

在这样的背景下，为了深入探究胸腺衰老的机制，找到延缓胸腺衰老的方法，来自美国耶鲁大学医学院、德克萨斯大学西南医学中心等机构的研究人员开展了一项重要研究。他们的研究成果发表在《Nature Aging》期刊上，论文题目是 “Enhanced paracrine action of FGF21 in stromal cells delays thymic aging” 。这项研究发现，通过提高胸腺基质细胞中 FGF21（一种属于成纤维细胞生长因子超家族的蛋白质，此前研究发现它能延长寿命，且由肝脏分泌，在胸腺基质中也有产生）的旁分泌作用，可以延缓胸腺衰老，改善胸腺功能，这一发现为增强老年人的免疫功能带来了新的希望。

研究人员在实验过程中运用了多种技术方法。他们通过构建不同细胞特异性过表达 FGF21 的转基因小鼠模型，如肝细胞、TEC 和脂肪细胞特异性过表达 FGF21 的小鼠，以及敲除 TEC 中 β -klotho（FGF21 发挥作用所必需的共受体）的小鼠模型，来研究 FGF21 在胸腺衰老过程中的作用。同时，运用了流式细胞术，对胸腺细胞和基质细胞进行染色分析，检测不同细胞亚群的数量和比例变化；采用定量实时逆转录聚合酶链反应（Q-PCR），分析相关基因的表达水平；利用免疫组织化学染色，观察胸腺的组织结构变化；还进行了行为学测试，如转棒实验和握力测试，评估小鼠的健康状况 。

下面来详细看看研究的具体结果。

肝细胞来源的内分泌 FGF21 对衰老过程中胸腺功能并非必需

研究人员之前发现，随着年龄增长，TECs 中 FGF21 的表达会下降，而且全身 FGF21 增加的小鼠，其年龄相关的胸腺退化会延迟。但之前使用的 Apoe - Fgf21 模型中，FGF21 从胚胎期就以药理水平过表达，导致小鼠体型明显变小。为了解决这个问题，他们构建了 CAG - LacZ - Fgf21 - eGFP 转基因小鼠。将这种小鼠与白蛋白（Alb） - Cre 小鼠杂交后发现，虽然 AlbCre - iFGF21Tg 小鼠循环中 FGF21 水平升高了约 5 倍，但并没有出现侏儒症，对 2 岁小鼠的胸腺大小和功能也没有明显影响。与 24 个月大的对照小鼠相比，AlbCre - iFGF21Tg 小鼠的初始或效应记忆（E/M）T 细胞没有变化，只是 CD8 初始细胞有所增加，E/M 细胞的年龄诱导性扩张有所减少，胸腺细胞总数、最早的胸腺祖细胞以及不同类型的胸腺细胞（如双阴性、双阳性、CD4 和 CD8 单阳性胸腺细胞）数量都没有显著差异，同时，肝细胞来源的 FGF21 升高也不影响髓质和皮质 TECs。这一系列结果表明，肝细胞来源的内分泌 FGF21 即使升高 5 倍，也不足以影响胸腺衰老过程。

TEC 衍生的 FGF21 可防止胸腺衰老

为了探究 FGF21 对胸腺退化机制的影响以及其在胸腺衰老过程中局部表达的作用，研究人员将 CAG - LacZ - Fgf21 - eGFP 小鼠与 Foxn1Cre 小鼠杂交，后者的 Cre 重组酶只在 TECs 和角质形成细胞中表达。分析发现，Foxn1 + TECs 中 FGF21 表达增加了两倍，而循环中 FGF21 水平没有变化。免疫组化分析显示，TEC 特异性过表达 FGF21 能防止年龄相关的胸腺退化，24 个月大的 Foxn1Cre - iFGF21Tg 小鼠胸腺皮质和髓质细胞数量得以保存，皮质髓质交界处维持良好，异位胸腺脂肪细胞显著减少。与对照组相比，这些小鼠的胸腺更大、更重，胸腺细胞总数也更多，不过 12 个月大的成年小鼠胸腺细胞数量没有变化，这表明该作用具有年龄特异性。此外，24 个月大的 Foxn1Cre - iFGF21Tg 小鼠脾脏中初始 CD8 T 细胞的频率和数量显著增加，E/M T 细胞减少，而 CD4 细胞频率没有变化 。

增加 TECs 中 FGF21 的产生可改善胸腺微环境并延长健康寿命

年龄相关的 TECs 丢失被认为是胸腺无法产生 T 细胞的主要原因之一。研究发现，Foxn1Cre - iFGF21 小鼠在衰老过程中，髓质和皮质 TECs 的频率和数量都有所增加。同时，胸腺衰老还与纤维脂肪生成细胞的出现有关，而 Foxn1Cre - iFGF21 小鼠中这类细胞显著减少。免疫印迹分析显示，24 个月大的 Foxn1Cre - iFGF21 小鼠胸腺中 FGF21 增加了两倍，IGF - 1 显著增加，IL - 7 蛋白浓度也有升高趋势。分离富集的 EpCAM + TECs 后发现，TEC 特异性增加 FGF21 显著增加了胸腺生长因子（如 SCF 和 Igf1）的表达，同时降低了脂肪生成的主要调节因子 Pparg 的表达。有意思的是，之前的研究发现，初始 CD8 T 细胞增加和免疫炎症时钟（iAGE）是长寿和健康寿命的强预测指标，而 T 细胞多样性下降与年龄相关疾病有关。研究人员通过转棒实验和握力测试发现，24 个月大的 Foxn1Cre - iFGF21 小鼠在这些测试中的表现明显更好，这表明胸腺 FGF21 的升高改善了胸腺功能，延缓了机体衰老 。

脂肪细胞来源的 FGF21 可独立于脂联素防止胸腺衰老

在衰老的胸腺中，脂肪细胞占据了大部分空间，它们分泌的因子可能会影响胸腺微环境。为了研究脂肪细胞来源的 FGF21 对胸腺的影响，研究人员构建了脂肪细胞特异性诱导过表达 FGF21 的转基因小鼠模型，并给部分小鼠喂食高脂肪饮食（HFD）。结果发现，Adn - iFGF21Tg 小鼠能够抵抗肥胖，胸腺体指数显著增加。虽然 6 个月大时，Adn - iFGF21Tg 小鼠和对照组的 T 细胞亚群没有显著差异，但 18 个月大时，Adn - iFGF21Tg 小鼠在长期喂食 HFD 后，体重增加得到更好的控制，胸腺体指数改善，并且显著抵抗了年龄和肥胖相关的胸腺退化，脾脏中初始 CD4 和 CD8 T 细胞数量增加，E/M 细胞减少。此外，研究人员还删除了过表达 FGF21 的转基因小鼠中的脂联素，结果发现，即使没有脂联素，FGF21 过表达仍然能保护小鼠免受 HFD - 衰老诱导的胸腺脂肪萎缩，增加初始 CD8 T 细胞数量，减少 E/M 细胞。这表明脂肪细胞来源的 FGF21 可以作为一种有效的促胸腺生长因子，独立于脂联素防止年龄 - 肥胖相关的胸腺退化 。

β - Klotho 在 TECs 中的表达对 FGF21 依赖的胸腺衰老保护作用部分必需

FGF21 通过与 β - klotho 和 FGF 受体形成复合物发挥生物学作用。研究人员通过条件性敲除 Foxn1 来源的 TECs 中的 β - klotho 发现，在 6 - 12 个月大的成年小鼠中，敲除 β - klotho 对胸腺细胞数量没有影响，但在 24 个月大的小鼠中，缺乏 β - klotho 的小鼠胸腺细胞数量减少，同时胸腺中早期胸腺祖细胞（ETPs）、双阴性（DN）细胞和 TECs 的频率降低，脾脏中年龄相关的初始 CD4 和 CD8 T 细胞频率显著降低，E/M T 细胞频率增加。这表明 FGF21 对 TECs 的稳态作用部分是必需的，虽然不是维持胸腺功能的关键，但在衰老过程中，TECs 上 FGF21 信号的缺失会参与胸腺退化过程 。

综合来看，这项研究通过多种遗传小鼠模型，深入探究了 FGF21 在胸腺衰老过程中的作用。研究结果表明，提高胸腺内 TEC 和脂肪细胞来源的 FGF21 水平，可以有效防止衰老和肥胖诱导的胸腺退化，改善胸腺功能，增加初始 CD8 T 细胞数量，延长小鼠的健康寿命。这一发现揭示了 FGF21 在调节胸腺衰老中的重要作用，为开发延缓免疫衰老的新策略提供了理论依据，有望为改善老年人的免疫功能、预防和治疗与免疫衰老相关的疾病带来新的思路和方法 。未来，研究人员可以进一步探究 FGF21 增加 TECs 和减少纤维脂肪生成细胞的具体机制，以及升高的胸腺活性增加初始 CD8 T 细胞数量是否真的能延长人类寿命，从而为免疫衰老领域的研究和临床应用提供更多有价值的信息。