Невроендокринна регулация на функцията на тимуса
Квинтесенцията на оценката на ролята на тимуса в регулирането на хомеостазата може да бъде образният израз на академика на Руската академия на медицинските науки В. В. Серов: „тимусът стои на кръстопътя на имунната и ендокринната система за регулиране“. Изследователите обърнаха внимание на тясното взаимодействие на невроендокринната и имунната система едва в средата на 20 век. Тези взаимодействия се осъществяват директно чрез нервните окончания, инервиращи костния мозък и тимусната жлеза, както и индиректно чрез хормони с локално и дистално действие. Тези взаимодействия очевидно са установени толкова късно, защото дисфункциите на имунната система се проявяват като фини биохимични промени, а не като морфологични промени. Установено е, че някои туморни клетки са способни да експресират тимусни хормоноподобни молекули, във връзка с което се регистрира повишаване на нивото на различни тимусни хормони по време на растежа на тумора.
С различни промени в хомеостазата, активирането на Т-лимфоцитите в отговор на митоген in vitro може да доведе както до пролиферация, така и до апоптоза, и изборът между тези форми на отговор очевидно се прави на ниво отделна клетка. В късните етапи на отговора към митогена, вероятността от апоптоза се увеличава. Показано е, че в културата на мононуклеарни клетки на здрави хора, в отговор на PHA стимулация, заедно с пролиферативен отговор, се регистрира повишаване на клетъчната апоптоза. Съществува обратна връзка между интензивността на пролиферацията и апоптозата под действието на митоген, което позволява да се разглеждат тези реакции като алтернативни форми на клетъчен отговор на стимулация. Отговорът на Т-лимфоцитите под формата на апоптоза достига максимум по-късно от пролиферативния отговор. В разгара на пролиферативния отговор ефективността на индуциране на активираща апоптоза се увеличава под действието на допълнителнифактори.
Пролиферативните и апоптотичните отговори на Т клетките към стимулация се различават по естеството на зависимостта от концентрацията на митогена; високите дози митоген насърчават по-ранна проява на апоптоза на активирани клетки. Като орган както на имунната, така и на ендокринната система, тимусът служи като важен източник на хормони и трамплин за тяхното действие. Тимусът съдържа клетки-мишени на почти всички известни хормони и невропептиди. Той произвежда много от тези вещества не само за "вътрешна употреба", но и (в случая на "тимусни хормони") за "износ". В същото време е известно, че епителните клетки на тимуса са способни да секретират такива регулаторни пептиди като ACTH, ендорфини, енкефалини, тиротропин, пролактин, гонадотропини и др. Това обстоятелство ни позволява да разглеждаме тимуса не само като имунен, но и като ендокринен орган. Именно на тези хормони и други невропептиди напоследък се приписва голяма роля в хомеостатичната функция на тимуса.
Пептидните хормони могат да се разглеждат като модулатори на функционирането на Т-лимфоцитите и епителните клетки, които осъществяват своето регулаторно действие чрез въздействие върху индуктора на тимоцитната диференциация - тимулин, което предполага строг хормонален контрол на всички основни събития, протичащи в тимуса. Тимозините и тимопоетините насърчават диференциацията на Т-лимфоцитите и появата на специфични рецептори в тяхната клетъчна мембрана. Тези пептиди стимулират производството на много лимфокини и производството на имуноглобулини. По-долу е по-подробно анализирана ролята на отделните молекули в невроимуноендокринната регулация на функционирането на тимуса. Глюкокортикоидите (ГК) са основните ефекторни фактори, определящи влиянието на ендокринната система върху имунната система.Тимолитичният ефект на НА е добре известен; други ефекти на тези хормони, по-специално тяхното влияние върху развитието на тимуса и диференциацията на Т-лимфоцитите, са по-малко проучени. Тимоцитите експресират GC рецептори в ядрото и цитоплазмата. Броят на GC рецепторите е по-голям в незрелите тимоцити, въпреки че афинитетът, кинетичните характеристики и способността за транслокация от цитоплазмата към ядрото не се различават между незрелите и зрелите Т клетки. GC рецепторите също експресират TECs. При плъхове рецепторите за НА се появяват на 14-ия ден от ембрионалното развитие; в ембрионалния период нивото на тяхната експресия е по-високо, отколкото в постнаталния период; продължава да намалява с възрастта.
Това вероятно се дължи на повишена смърт на тимоцити, която възниква по време на блокадата на синтеза на GA. Има данни за ускоряване на емиграцията на тимоцитите под въздействието на адреналектомия. Тази група факти може да се разглежда като доказателство за ролята на НА в развитието, диференциацията и поддържането на баланс между смъртта и оцеляването на тимоцитите. В кръвообращението на адреналектомирани бременни жени GC отсъстват до развитието на собствена хипофизо-надбъбречна система в ембрионите. На 15-16-ия ден от развитието на такива ембриони се забелязва ускоряване на миграцията на прекурсорни клетки от черния дроб към тимуса, развитието на тимоцити, предимно CD3hiCD4+CD8+ и CD4-CD8+ клетки, и тяхната ранна емиграция към периферната част на имунната система. Всички промени изчезват след 18 дни от развитието, когато се образува собствена хипоталамо-хипофизна-надбъбречна ос. Тези данни показват, че при липса на НА се ускорява развитието на тимоцитите и тяхната миграция към периферията. Установено е също, че ембрионите имат механизъм за защита на развиващите се тимоцити от НА, идващи от тялото на майката: те са частично унищожени в плацентата, експресирайки11B-хидроксистероид дехидрогеназата е ензим, който катаболизира НА.
Отсъствието на НА също влияе върху формирането на горивно-енергийния комплекс. Нокаутът на GC рецепторите води до загуба на част от TEC (появяват се зони без TEC) и промени в тимусната микросреда, която при възрастни животни запазва състоянието, характерно за ранната онтогенеза.От друга страна, майчината адреналектомия засилва експресията на молекулите на MHC клас I и II върху TEC. По този начин GCs влияят върху развитието както на тимоцитите, така и на TECs, въпреки че това влияние е до известна степен заменимо. Способността на НА да индуцира апоптоза на тимоцитите е добре проучена. Самата концепция за апоптоза е формулирана въз основа на изследването на смъртта на тимоцитите, причинена от НА. Въпреки това, НА индуцират апоптоза на тимоцитите при концентрации от порядъка на 350-950 ng/ml, които се образуват при стрес или при по-високи фармакологични концентрации, създадени от екзогенно приложение на препарати от НА за терапевтични цели. В същото време се проявява различна чувствителност на тимоцитите към апоптотичното действие на НА. Кортикалните CD4+CD8+ клетки умират най-много, особено клетките, които все още не са преминали положителна селекция (CD31oCD69-). По-младите CD4CD8 и по-зрелите CD4-CD8+ и CD4-CD8+ клетки са значително по-устойчиви на НА; те се запазват до голяма степен в тимуса под действието на високи дози GC. Дихидроепиандростерон, VIP, мелатонин, пролактин и растежен хормон потискат апоптозата, причинена от GC.
За да се разбере ролята на НА в развитието на тимоцитите и функционирането на тимуса, е важно да се знае ефектът на НА върху тимоцитите при концентрации, които съществуват в тимуса при физиологични условия (по-малко от 300 ng/ml). Проучването на ефектите от такива дози HA позволи да се разкрие факт, който на пръв поглед изглежда парадоксален: ниските дози HA потискат апоптозата на тимоцитите, индуцирана отсигнали, идващи през TCR (например под действието на анти-CD3/TCR моноклонални антитела). GCs на тимуса инхибират апоптозата само ако TCR има нивото на афинитет, необходимо за положителна селекция. Потискането на активиращата апоптоза на HA е свързано с потискане на експресията на Fas рецептора, с активиране на HA-индуцируемия фактор GITR, принадлежащ към семейството на рецепторите за фактор на туморна некроза и потискащ CD3-зависимата (но не Fas-зависима) апоптоза.
Това показва, че ендогенните тимусни GC участват в селекцията на тимоцитни клонинги, осигурявайки тяхната жизнеспособност с междинен афинитет към автоложни комплекси от пептиди с МНС молекули, причинявайки положителна клетъчна селекция. По този начин, в зависимост от концентрацията, НА отслабват или засилват апоптозата на тимоцитите, което им позволява да участват както в защитата на тимоцитите по време на процесите на селекция, така и в индуцирането на тяхната смърт в стресови ситуации. Количеството информация за ефекта на HA върху микросредата на тимуса, по-специално върху TEC, е много по-скромно. Доказано е, че GCs потискат пролиферацията на TECs, отслабват тяхната секреция на пептидни фактори и цитокини (включително индуцирани от IL-1). Дексаметазонът усилва експресията на клас I основни молекули на хистосъвместимия комплекс върху тимусния DC. В култури от TECs и в тимуса in vivo, HA засилват производството на извънклетъчни матрични молекули, допринасят за удебеляването на фибрилите, съдържащи тези молекули, и, поради повишаване на нивото на cAMP, активират установяването на междинни връзки между TECs.
Споменатите ефекти благоприятстват осъществяването на функционален диалог между ТЕС и тимоцитите, което допринася за развитието на последните, т.е. осъществяването на основната функция на тимуса. полови хормони. ТЕС изразяват както ядрени, така имембранни рецептори за полови хормони. Те се намират в тези ТЕС (субкапсуларни и медуларни), които секретират тимулин. Два типа естрогенни рецептори, ERa и ERp, се експресират върху TECs. Тимоцитите също имат естрогенни рецептори (главно върху CD4CD8 клетки) и тестостерон (6 пъти по-малко, отколкото върху TEC). Не е открит синтез на естрогени, андрогени и гестагени в тимуса. Въвеждането на екзогенни полови хормони в дози, надвишаващи физиологичните, причинява атрофия на тимуса. Този ефект се дължи на способността на естрогените и андрогените да индуцират апоптоза на тимоцити, главно клетки от фенотип CD4+CD8+.
Едновременно с това половите хормони инхибират пролиферацията на тимоцитите (чрез инхибиране на синтеза на ДНК и активността на свързаната с клетъчния цикъл cdc2 киназа); докато действат чрез мембранни рецептори. Естрадиолът също инхибира диференциацията на тимоцитите на етапа на CD44+CD25" клетките (т.е. в най-ранния етап на развитие на тимоцитите). Прилагането му причинява намаляване на съдържанието първо на CD4+CD8+, след това на CD4-CD8-тимоцити. Възможно е повишената емиграция на тимоцити от тимуса също да допринася за изтощаването на тимуса: доказано е, че под въздействието на естрадиол, изходът на тимоцити от тимуса, включително незрели CD4+ CD8+ клетки. В този случай се регистрира дисбаланс в експресията на TCR гени с преобладаване на експресията на y-гена над експресията на (3-ген; също се регистрира увеличение на фосфорилирането на Е-веригата и тирозин киназата ZAP-70. Действието на половите хормони е свързано с ускоряване на инволюцията на тимуса по време на пубертета.
Хормони на щитовидната жлеза. ТЕС и тимоцитите експресират рецептори за трийодтиронин (Т3) и тироксин (Т4). Ядрените TK рецептори (NT3-R) се намират в TEC и повечето тимоцити. Хормоните на щитовидната жлеза повишават пролиферацията на ТЕС и по-специално тяхната секреторна активностзасилват производството на тимулин. Т4 причинява хипертрофия на TEC с увеличаване на дела на секреторните клетки. TK засилва синтеза на компоненти на екстрацелуларния матрикс в TEC, увеличава броя на тънките фибрили. Ускорява освобождаването на тимоцити от клетките "бавачки", както и емиграцията на зрели тимоцити от тимуса. Растежен хормон (GH), пролактин и инсулиноподобни фактори. Тимусът е до известна степен мишена на повечето, ако не и на всички пептидни хормони, като най-значимите за него са растежният хормон (GH), инсулиноподобните растежни фактори IGF-1 и IGF-2, както и пролактинът и мелатонинът. Влиянието на тези хормони върху TEC и тимоцитите е показано в експерименти in vitro и in vivo.
TEC и тимоцитите експресират рецептори за растежен хормон, пролактин, IGF-1 и IGF-2. Медуларните и субкапсуларните ТЕС са по-богати на GH рецептори от кортикалните. Максималната експресия сред тимоцитите на тези рецептори се наблюдава при CD4-CD8-тимоцити. GH рецептори се намират и върху макрофагите на тимуса. В клетъчната и органната култура на тимуса, GH действа както независимо, така и чрез IGF-1, повишава пролиферацията на TECs (особено първоначално намалени), синтеза от тези клетки на извънклетъчни матрични молекули, фибронектин и ламинин, както и цитокини (IL-1 каламус, IL-6) и тимусен пептиден хормон тимулин. STH увеличава тимоцитната пролиферация, причинена от анти-CD3 моноклонални антитела (т.е. може да служи като костимулатор в отговор на зрял Т-клетъчен антиген), а пролактинът стимулира тимоцитната пролиферация в комбинация с IL-2.
IGF-1 предизвиква бързо нарастване на броя на лимфоидните клетки в органната култура на ембрионалния тимус. Блокирането на IGF-1, IGF-2 и техните рецептори води до увеличаване на съдържанието на CD4-CD8 клетки, вероятно поради потискане на тяхната диференциация. Относно инсулина имамалко и противоречиви данни: антителата срещу (про)инсулин не влияят на състава на тимоцитите в органната култура; според други данни инсулинът засилва експанзията на тимоцитите в органната култура.
Почти всички ефекти на растежния хормон и IGF-1 върху тимоцитите могат да бъдат възпроизведени под действието на пролактин; възможно е увеличаването на пролиферацията на тимоцитите под влияние на пролактина да се медиира от IL-1, чиято продукция се стимулира от този хормон. От друга страна, хормоните от тази група влияят на апоптозата на тимоцитите: пролактинът и хормонът на растежа потискат апоптозата, причинена от GC. Действието на разглежданите хормони се проявява и на нивото на целия организъм. По този начин хормонът на растежа допринася за колонизирането на тимусната присадка с прогениторни клетки, ускорява навлизането на незрели тимоцити в и извън клетките на кърмачката, което се дължи на действието на IGF-1 и IGF-2. STH повишава емиграцията на зрели тимоцити от тимуса (показано в експерименти с въвеждане на флуорохром в тимуса и регистриране на броя на белязаните клетки в кръвообращението). STH, IGF-1 и пролактинът повишават експресията на повърхността на тимоцитите на адхезионни молекули Bl-интегрини VLA-5 и VLA-6) и процеса на адхезия на тимоцитите към TEC, поради взаимодействието на тези молекули с матрични протеини, чийто синтез се засилва от този хормон. Сред прилепналите клетки делът на незрелите CD4-CD8 клетки е най-висок. Антителата срещу хормоните и техните рецептори отменят изброените ефекти. Въпреки сходството на ефектите на GH и IGF-1, има значителни разлики, които могат да показват възможността за тяхното прилагане чрез не съвсем идентични механизми.