Age-related changes in the immune system, commonly termed immunosenescence, affect both the innate and adaptive immunity; however, the most notable changes are in T-cell immunity and clonal expansion of senescent T cells. These senescent T cells are characterized by the loss of CD28 and the acquisition of CD57 on their surface. In humans, cytomegalovirus (CMV) is known to be one of the most important antigens for repetitive T cell stimulation, and latent infection with CMV has been shown to strongly exert age-associated changes on peripheral T cell homeostasis. Recently, an increasing body of evidence suggests that CMV infection and accumulation of senescent T cells are associated with a variety of chronic inflammatory processes in cardiovascular disease. However, it has not been elucidated how CMV infection and senescent T cells contribute to the progression of vascular injury.
In the present study, we investigated the existence and clinical impact of senescent T cells in patients with various cardiovascular diseases, including acute myocardial infarction (MI) and hypertension. Patients with essential hypertension had an increased frequency of senescent CD8+CD57+ T cells in the peripheral blood compared to healthy subjects as well as increased circulating levels of the C-X-C chemokine (CXC) receptor type 3 chemokines CXCL9, CXCL10, and CXCL11. In addition, the frequency of CD57+ cells in the CD8+ T-cell population was found to correlate with cardiovascular mortality six months after acute MI.
Because increased vascular stiffness is known to be one of the major mechanisms underlying the pathogenesis of hypertension and other cardiovascular diseases, we evaluated arterial stiffness using pulse wave velocity (PWV) measurements in 415 Koreans. We also examined the frequency of senescent CD8+CD57+ T cells in the peripheral blood and analyzed CMV-specific immune parameters in the study population. CMV-specific T cells were stimulated with overlapping peptides covering pp65 protein, and T cell function was evaluated by intracellular cytokine staining of IFN-γ and TNF-α. Cytotoxic function of T cells was also evaluated by CD107a staining. Interestingly, it was found that the frequency of CD57+ cells in the CD8+ T-cell subset was independently correlated with PWV in a multivariate analysis. Moreover, the frequency of CMV pp65-specific IFN-γ+, TNF-α+, or CD107a+ cells in the CD8+ T-cell subset was independently correlated with PWV.
Finally, more detailed characterization of senescent CD8+CD57+ T cells was performed. Surface phenotyping analysis revealed that CD8+CD57+ T cells are activated and senescent T cells with cytotoxic and tissue homing properties. The CD8+CD57+ T-cell population had significantly shorter telomeres compared to the CD8+CD57- T-cell population. Upon T-cell receptor engagement, the frequency of IFN-γ- or TNF-α-secreting cells in the CD8+CD57+ T-cell population was significantly greater than that in the CD8+CD57- T-cell population. Cytotoxic granule proteins were also highly expressed by the CD8+CD57+ T cell population. In addition, CMV pp65-specific T cells were more frequently observed in the CD8+CD57+ population than in the CD8+CD57- population.
Taken together, we demonstrate that senescent T cells are related to vascular injury process such as atherosclerosis, acute myocardial infarction, and hypertension. We also provide an insight into a possible role of CMV-specific, senescent CD8+CD57+ T cells in increasing arterial stiffness. This specific subset of CD8+ T cells might contribute to vascular injury via their proinflammatory and high cytotoxic capacities.
면역노화란 연령의 증가에 수반되는 면역계의 변화를 총칭하는 말로, 선천성 및 후천성 면역 모두가 관여되지만 그 중에서도 특히 T세포면역의 변화가 뚜렷하며, 이는 노화 T세포의 클론 확장으로 나타난다. 이러한 노화 T세포는 그 세포 표면에서 CD28이 소실되거나 CD57이 나타나는 것을 특징으로 한다. 사람에서 거대세포바이러스는 반복적 T세포 자극의 가장 중요한 항원 중 하나로 보고되고 있으며, 거대세포바이러스에 의한 잠복감염은 노화와 관련된 말초혈액 내 T세포 항상성 변화를 강력하게 야기하는 것으로 알려져 있다. 최근 여러 연구를 통해 거대세포바이러스 감염 및 노화 T세포의 축적이 심혈관 질환의 다양한 만성 염증반응과 관련된다는 근거가 제시되고 있다. 그러나 이러한 거대세포바이러스 감염 및 노화 T세포가 혈관 손상의 진행에 어떻게 기여하는지에 대해서는 아직 충분히 밝혀져 있지 않다.
이에 본 연구에서는 우선 고혈압, 급성 심근경색 등 다양한 심혈관 질환자를 대상으로 노화 T세포의 존재 및 임상적 의의를 확인하였다. 고혈압 환자는 정상 대조군에 비해 말초혈액 내 노화 CD8+CD57+ T세포 빈도가 증가되어 있으며, 혈청 내 케모카인 수용체 CXCR3에 결합하는 세 가지 T세포 케모카인 CXCL9, CXCL10, CXCL11또한 모두 증가되어 있었다. 게다가, 급성 심근경색 환자에서 말초혈액 내 CD8+CD57+ T세포 빈도는 심근경색 이후 6개월 뒤 심혈관 사망률과 연관성을 보이는 것으로 나타났다.
한편, 혈관경직도의 증가는 고혈압을 비롯한 다양한 심혈관 질환의 병인에 기여하는 주요 기전 중 하나로 알려져 있기에, 노화 T세포가 혈관 손상에 기여하는 기전에 대한 탐구의 일환으로 415명의 한국인을 대상으로 하여 동맥맥파속도검사 (pulse wave velocity)를 통해 동맥경직도를 측정하였다. 또한 모든 연구대상으로부터 말초혈액 내 노화 CD8+CD57+ T세포 빈도 및 거대세포바이러스 특이적인 면역반응을 확인하였다. 거대세포바이러스 특이적인 T세포는 pp65 단백질의 중첩 펩타이드를 이용하여 자극한 뒤 IFN-γ 및 TNF-α의 세포내 사이토카인 염색 기법을 통해 그 기능을 평가하였으며, 세포독성 기능은 CD107a 염색을 통해 확인하였다. 흥미롭게도, 다중회귀분석 결과 CD8+CD57+ T세포 빈도는 동맥경직도와 독립적인 연관성을 보였다. 이와 더불어, 거대세포바이러스 pp65 항원 자극에 의해 IFN-γ, TNF-α 및 CD107a를 발현하는 CD8+ T세포 빈도 역시 동맥경직도와 독립적으로 유의한 연관성을 나타내었다.
마지막으로, 노화 CD8+CD57+ T세포의 면역학적, 기능적 특성에 대해 보다 심도 깊은 연구를 진행하였다. 표면항원 분석 결과 CD8+CD57+ T세포는 세포 독성 및 조직 호밍 특성을 지닌 활성화된 노화 T세포인 것으로 확인되었다. CD8+CD57+ T세포는 CD8+CD57- T세포와 비교 시 텔로미어 길이가 유의하게 감소되어 있었으며, T세포 수용체 자극 시 CD8+CD57- T세포에 비하여 CD8+CD57+ T세포 내 IFN-γ 또는 TNF-α를 분비하는 세포의 분획이 월등하였다. 세포 독성 과립 단백질 역시 CD8+CD57+ T세포 내에 더 많이 발현되어 있었다. 또한, 거대세포바이러스 특이적 T세포 역시 주로 CD8+CD57+ T세포 분획 내에 존재함을 확인할 수 있었다.
결론적으로, 본 연구를 통해 노화 T세포가 사람에서 다양한 혈관 손상의 과정에 관련되어 있으며, 특히 거대세포바이러스 특이적인 노화 CD8+CD57+ T세포가 높은 염증성 및 세포 독성 능력을 통해 동맥경직도의 증가에 기여할 수 있음을 제시하였다.
