УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2004, том 124, № 6, с. 589-601
УДК 611.438+616-006.04
МЕХАНИЗМЫ ИНВОЛЮЦИИ ТИМУСА ПРИ ОПУХОЛЕВОМ РОСТЕ
© 2004 г. Е. П. Киселева
Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины РАМН, Санкт-Петербург
Рассмотрены возможные механизмы инволюции тимуса при опухолевом росте, связанные с недостаточным поступлением пре-Т-лимфоцитов из костного мозга, усилением гибели лимфоцитов внутри тимуса или их повышенным выходом на периферию. Показано, что потенциальными индукторами инволюции тимуса при опухолевом росте могут быть глюкокортикоидные гормоны и такие цитокины, как ТЫБ-а, 1Ь-1, ГЬ-4, ТОБ-Р, ОМ-СББ. Установлено, что при длительном введении ангио-генного фактора УЕОБ в организм животных развивается инволюция тимуса, по своим морфологическим и фенотипическим характеристикам аналогичная наблюдаемой при росте экспериментальных опухолей. Выявлено, что блокирование действия УЕОБ в организме животных с фибросаркомами приводит к задержке инволюции тимуса. Обсуждены перспективы дальнейшего исследования механизмов инволюции тимуса при опухолевом росте и стратегия использования иммунотерапии для сохранения нормального функционирования тимуса.
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ТИМУСА У ВЗРОСЛЫХ
Тимус - центральный орган иммунной системы, ответственный за созревание и дифференци-ровку Т-лимфоцитов. Он играет жизненно важную роль в эмбриональном периоде и сразу после рождения. У людей вилочковая железа имеет максимальную массу в возрасте 1 года, после чего начинается возрастная инволюция, и ежегодно происходит потеря около 3% активной ткани тимуса. При этом лимфоэпителиальная ткань тимуса постепенно замещается жировой и соединительной тканью. Известно, что кроме возрастной инволюции вилочковой железы, атрофия тимуса развивается при стрессе, голодании, многих инфекционных и онкологических заболеваниях, а также в результате применения циторедуктивной терапии, что может являться причиной возникновения Т-клеточного иммунодефицита.
До недавнего времени ученые полагали, что тимус у взрослых практически не функционирует, и рассматривали его, как "одноразовый орган", необходимый только в раннем детстве [60]. В возрасте 6 месяцев вилочковая железа содержит около 1011 тимоцитов, четверть из которых ежедневно образуется путем клеточного деления. Поскольку в ходе нормального созревания 95% клеток гибнет внутри тимуса, с возрастом содержание такого "дорогостоящего" органа становится энергетически невыгодным для организма.
Однако в последние годы взгляды на роль тимуса были полностью пересмотрены: оказалось, что этот орган у взрослых продолжает активно функционировать и производить новые Т-лимфо-циты вплоть до глубокой старости [45]. Перестройка Т-клеточного рецептора (ТСЯ), создающая разнообразный ТСЯ Ув репертуар, может проис-
ходить у взрослых людей вплоть до 56 лет [73]. При возрастной инволюции среди популяций тимоцитов наиболее сильно убывает число кортикальных СВ4+СБ8+ клеток. Тем не менее в тимус постоянно поступают костномозговые предшественники, и из тимуса эмигрируют зрелые Т-клет-ки, хотя интенсивность этого потока снижается. У старых мышей, несмотря на снижение массы тимуса и числа тимоцитов, тимус сохраняет значительные регенеративные способности. В тимусе радиационных химер после трансплантации костного мозга возможно восстановление до 50% периферических Т-лимфоцитов, и сохраняется интактная способность осуществлять элиминацию аутореактивных Т-клеточных клонов [92]. В эксперименте было показано значение полноценно работающего тимуса у взрослых животных для заживления ран, переносимости облучения и химиотерапии [144].
Приведенные данные обосновывают актуальность изучения механизмов поддержания этого важного органа в работающем состоянии.
В нормальном тимусе взрослой мыши основную массу (80%) клеток составляют корковые СВ4+СБ8+ (двойные позитивные или БР) тимоци-ты. В коре тимуса отдельно выделяют субкапсу-лярную зону, содержащую самые ранние пре-Т лимфоциты, поступающие из костного мозга, которые являются СБ4СБ8- (двойными негативными или БК) и составляют 1-3% от числа клеток нормального взрослого тимуса. Оставшиеся 15% - зрелые СБ4+ или СБ8+ клетки, которые содержатся, главным образом, в мозговом слое. Морфологически БК-клетки, проходящие диф-ференцировку в субкапсулярной области, представляют собой большие лимфоциты (бластные формы), БР - основная популяция коры - малые
лимфоциты, а тимоциты медуллярной зоны -клетки среднего размера [120].
БК-тимоциты проходят в субкапсулярной зоне четыре стадии созревания (БШ-ОК4), о чем свидетельствуют потеря адгезионной молекулы СБ44 (р§р-1), необходимой для хоминга костномозговых предшественников в тимус, и транзи-торное появление, а затем исчезновение поверхностного маркера СБ25, который является а цепью 1Ь-2 рецептора.
Переход от БШ к БК4 выглядит следующим образом: СБ44+СБ25- —- СБ44+СБ25+ — —■ СБ44 СБ25+ —- СБ44СБ25- [63]. В современной литературе при описании ранних этапов дифференцировки тимоцитов чаще используют термин "тройные негативные" (ТК) клетки, имея в виду, что на БК-тимоцитах также отсутствует и СБ3 комплекс, т.е. они имеют фенотип СВ3-СБ4СВ8-.
Наиболее ответственный момент дифференцировки БК-клеток - созревание Р-цепи Т-кле-точного рецептора, называемое Р-селекцией. На стадии БК3 Р-цепи комлексируются с суррогатными а-цепями и формируют пре-Т-клеточный рецептор. На стадии ¿N4 он экспрессируется на клеточной поверхности в комплексе с СБ3 молекулой, после чего незрелые клетки продвигаются из субкапсулярной зоны вглубь коры и становятся БР СВ4+СБ8+ тимоцитами, составляющими основную популяцию корковой зоны тимуса.
МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ИНВОЛЮЦИИ ТИМУСА ПРИ РОСТЕ ОПУХОЛЕЙ
Впервые инволюция тимуса при опухолевом росте у человека описана морфологами более 70 лет назад [65] и с тех пор изучалась многими исследователями у людей [1, 66, 123, 124, 149] и животных [18, 48, 55, 70, 88]. Гистологическое строение вилочковой железы у человека и грызунов имеет значительные различия. Если у мышей с перевиваемыми опухолями масса тимуса резко снижается в течение нескольких недель, то у людей - размеры и масса железы не изменяются значительно, а признаками инволюции, главным образом, является уменьшение площади, занимаемой островками лимфоидной ткани, и их клеточ-ности на гистологических препаратах. Изложенные ниже материалы касаются изменений тимуса при экспериментальных опухолях у животных.
Не все опухоли мышей вызывают инволюцию тимуса: при росте одних линий фибросарком он атрофируется, а при росте других - нет. При этом инволюция тимуса наблюдается только в тех случаях, когда у мышей развиваются также гранулоцитоз в крови и спленомегалия, связанная с активацией кроветворения в селезенке [88, 135]. Развитию ат-
рофии тимуса при росте многих экспериментальных опухолей может предшествовать фаза повышения активности этого органа: увеличение веса [30, 49], количества больших лимфоцитов в корковой зоне и числа митозов [13, 46], усиление синтеза ДНК [49, 128] и пролиферативного ответа на ми-тогены [115]. Связь ранней фазы активации с дальнейшими процессами инволюции не вполне ясна.
Снижение массы тимуса развивается постепенно и наступает через несколько недель после инокуляции опухолевых клеток. Оно сопровождается опустошением корковой зоны с резким уменьшением количества малых лимфоцитов, выявляемым при гистологическом исследовании. При этом происходит снижение числа больших лимфоцитов в коре тимуса [4, 11, 46]. Показано также увеличение количества тучных клеток в тимусе [40, 81].
Изменения фенотипа тимоцитов изучались у мышей с перевиваемой аденокарциномой молочной железы [55]. На 4 неделе опухолевого роста у животных выявлялось резкое снижение содержания СВ4+СБ8+ клеток. Процентное содержание СБ4СБ8- клеток не менялось при увеличении процента содержания СБ4+СБ8- и СБ4 СБ8+ клеток. Абсолютное содержание всех четырех основных популяций тимоцитов снижено: СБ4+СБ8+ в 193 раз, СБ4СБ8- в 25 раз, СБ4+СБ8-в 7.5 раз, СБ4СШ+ в 11 раз. При этом общее число тимоцитов в органе уменьшалось приблизительно в 50 раз. Процентное содержание ТИу-1+ клеток не отличалось от нормы, но плотность этого маркера тимоцитов на мембране клеток была снижена. В то же время отмечалось двукратное увеличение процентного содержания СБ3+ клеток, что свидетельствует о более зрелом фенотипе тимоцитов при опухолевом росте.
Инволюция тимуса при неопластическом росте - процесс обратимый, так как спустя некоторое время после удаления опухолей у животных вес тимуса восстанавливается [137].
ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ИНВОЛЮЦИИ ТИМУСА ПРИ РОСТЕ ОПУХОЛЕЙ
Теоретически можно выделить следующие основные причины развития инволюции тимуса:
а) дефицит костномозговых предшественников или их недостаточное поступление в тимус,
б) усиленную гибель, подавление пролиферации или нарушение дифференцировки лимфоцитов внутри тимуса, в) увеличение миграции тимоцитов на периферию.
Дефицит костномозговых предшественников
Группой американских ученых на модели перевиваемых опухолей молочных желез у мышей было показано, что клетки-предшественники из
костного мозга опухоленосителей заселяли тимус облученных мышей так же, как и нормальные ти-моциты [55]. Следовательно, предшественники тимоцитов имеются в достаточном количестве в организме опухоленосителей и потенциально способны мигрировать в тимус.
Недостаточное поступление клеток-предшественников в тимус
О количестве клеток, реально попавших в тимус, можно судить по количеству TN1 (CD3-CD44+CD25) клеток, считающихся наиболее ранними тимоцитами. Процентное содержание таких клеток в тимусе увеличивается в 2 раза на 3 неделе роста перевиваемой аденокарциномы молочной железы, но абсолютное количество их не определено [90]. Таким образом, вопрос о нарушении миграции клеток предшественников в тимус остается открытым.
Подавление пролиферации тимоцитов
Снижение синтеза ДНК в тимоцитах по включению изотопной метки in vitro отмечено рядом исследователей [11, 16, 47]. При этом определение бромдезоксиуридина in vivo не показало снижения пролиферативной активности DN тимоц
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.