Инволюция тимуса - Thymic involution

Послушайте эту статью (10,5 мегабайт)

Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 5 мая 2020 г. (2020-05-05), и не отражает последующих изменений.

(Аудио помощь · Больше устных статей)

Одна из основных характеристик иммунологии позвоночных - инволюция тимуса, усадка (инволюция ) из вилочковая железа с возрастом, в результате чего изменяется архитектура тимуса и уменьшается масса ткани.^[1]Этот процесс генетически регулируется, причем ядерный материал, ответственный за него, является примером консервативная последовательность - один поддерживается естественным отбором (хотя факторы давления, формирующие его, неясны, как и обсуждаться ), поскольку он возник у общего предка всех видов, которые сейчас его демонстрируют, в результате явления, известного биоинформатикам как гомология ортологической последовательности. Вилочковая железа закручивается почти у всех позвоночных, от птиц, костистые кости, от земноводных до рептилий, хотя известно, что тимьян некоторых видов акул не инвертируется.^[1][2]Т-клетки названы в честь вилочковой железы, где Т-лимфоциты мигрируют из костного мозга, чтобы созреть. Его регресс был связан со снижением иммунного надзора.^[3]и рост инфекционных заболеваний и заболеваемости раком у пожилых людей (в некоторых случаях риск обратно пропорционален размеру тимуса).^[4]Хотя инволюция тимуса связана с иммунное старение, это не вызвано старением, поскольку орган начинает инволюцию с раннего возраста:^[5]у человека уже в первый год после рождения.^[6]

Прогресс

Неонатальный период

Хотя вилочковая железа полностью развита еще до рождения,^[7]у новорожденных сразу после рождения периферический иммунный отсек практически пуст.^[8][9]Следовательно, Т-лимфоциты отсутствуют в периферических тканях. лимфоидные ткани, где наивные зрелые лимфоциты стимулируются к ответу на патогены.^[1]Чтобы заполнить периферическую систему, вилочковая железа увеличивается в размерах и активирует свою функцию на ранних этапах. неонатальный период.^[1]

Связь с возрастом

Хотя некоторые источники^{[который? ]} продолжать цитировать половое созревание Исследования показали, что инволюция тимуса начинается гораздо раньше.^[1]Важное различие произошло из наблюдения, что тимус состоит из двух основных компонентов: истинного эпителиального пространства тимуса (TES) и периваскулярного пространства (PVS).^[6]Тимопоэз, или созревание Т-клеток, происходит только в первом случае. У людей TES начинает снижаться с первого года жизни со скоростью 3% до среднего возраста (35–45 лет), после чего уменьшается со скоростью 1% до самой смерти.^[6]Гипотетически вилочковая железа должна перестать функционировать примерно к 105 годам;^[10]но, учится с Костный мозг Пациенты с трансплантатами показали, что тимия большинства пациентов старше сорока лет неспособен создать наивный компартмент Т-клеток.^[11]

Эффекты инволюции

Способность иммунной системы создавать сильный защитный ответ зависит от разнообразия рецепторов наивные Т-клетки (TCR). Инволюция тимуса приводит к снижению выработки наивных Т-лимфоцитов - зрелых Т-клеток, толерантных к самим себе. антигены, реагирующие на чужеродные антигены, но еще не стимулированные чужеродным веществом. Предполагается, что у взрослых наивные Т-клетки в основном поддерживаются посредством гомеостатической пролиферации или клеточного деления существующих наивных Т-клеток. Хотя гомеостатическая пролиферация помогает поддерживать TCR даже при минимальной или практически отсутствующей активности тимуса, она не увеличивает разнообразие рецепторов.^[12]По пока неизвестным причинам разнообразие TCR резко падает примерно к 65 годам.^[12]Считается, что потеря функции тимуса и разнообразия TCR способствует ослаблению иммунное наблюдение пожилых людей, включая учащение случаев таких заболеваний, как рак, аутоиммунитет и оппортунистические инфекции.^[13]

Острая инволюция тимуса и последствия для лечения

Появляется все больше свидетельств того, что инволюция тимуса пластична и может быть терапевтически остановлена ​​или обращена вспять, чтобы помочь укрепить иммунную систему. Фактически, при определенных обстоятельствах было показано, что вилочковая железа подвергается острой инволюции тимуса (также называемой временной инволюцией).^[1]Например, временная инволюция у людей и других животных была вызвана подчеркивает^[14]такие как инфекции,^[15][16]беременность,^[17]и недоедание.^[16][18][19]Также было показано, что тимус уменьшается во время спячка а у лягушек меняются в размерах в зависимости от сезона, зимой они становятся меньше.^[20]Исследования острой инволюции тимуса могут помочь в развитии лечение для пациентов, которые, например, не могут восстановить иммунную функцию после химиотерапия, ионизирующее излучение или инфекции, подобные ВИЧ.^[13]

Неизвестные селективные давления

Инволюция тимуса остается загадкой эволюции, поскольку встречается у большинства позвоночных, несмотря на свои негативные эффекты. Поскольку это не вызвано старением, многие ученые выдвинули гипотезу о том, что для инволюции органа могло существовать эволюционное давление. Вот несколько гипотез. Развивающиеся Т-клетки, которые сильно взаимодействуют с антигеном, представленным в тимусе, подвергаются запрограммированной гибели клеток. Предполагаемый эффект - удаление самореактивных Т-клеток. Это хорошо работает, когда антиген, представленный в тимусе, действительно имеет собственное происхождение, но антиген от патогенных микробов, который проникает в тимус, может разрушить весь процесс. Вместо удаления Т-клеток, которые могут вызвать аутоиммунитет, вместо этого удаляются Т-клетки, способные устранить инфильтрирующий патоген. Было высказано предположение, что один из способов минимизировать эту проблему - произвести как можно больше долгоживущих Т-клеток в течение периода жизни, когда вилочковая железа, скорее всего, будет нетронутой, что обычно бывает, когда организмы очень молоды и недостаточно развиты. защита функциональной материнской иммунной системы.^[21]Таким образом, у мышей и людей, например, лучшее время для чрезвычайно функционального тимуса - до рождения. В свою очередь, это хорошо известно по Уильямсу.^[22]теория эволюции старения, которую легко принимает сильный отбор для улучшения ранней функции посредством антагонистическая плейотропия, пагубные последствия, возникающие позже, что потенциально объясняет особенно раннюю гибель вилочковой железы. Гипотеза одноразовой сомы и гипотеза жизненного цикла аналогичным образом говорят о том, что в инволюции тимуса участвуют компромиссы. Поскольку иммунная система должна конкурировать с другими системами организма, особенно репродуктивной, за ограниченные физиологические ресурсы, организм должен вкладывать средства в иммунную систему по-разному на разных этапах жизни. Иммунологические инвестиции в молодежь высоки, поскольку иммунологическая память низка.^[1]Существуют также гипотезы, предполагающие, что инволюция тимуса является непосредственно адаптивной. Например, некоторые гипотезы предполагают, что инволюция тимуса может помочь избежать аутоиммунитета или других опасностей,^[23]профилактика заражения,^[10]и производство оптимального репертуара Т-клеток.^[24]Дефицит цинка также может иметь значение.^[25]

использованная литература

1. Shanley D.P .; Danielle A.W .; Manley N.R .; Palmer D.B .; и другие. (2009). «Эволюционный взгляд на механизмы иммунного старения». Тенденции в иммунологии. 30 (7): 374–381. Дои:10.1016 / j.it.2009.05.001. PMID  19541538.
2. Захарова Л.А. (2009). «Эволюция адаптивного иммунитета». Серия Биологическая. 2: 143–154. PMID  19391473.
3. Линтон П.Дж .; Доршкинд К. (2004). «Возрастные изменения в развитии и функции лимфоцитов». Иммунология природы. 5 (2): 133–139. Дои:10.1038 / ni1033. PMID  14749784.
4. Palmer S .; Albergante L .; Blackburn C.C .; Ньюман Т.Дж. (2018). «Инволюция тимуса и рост заболеваемости с возрастом». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 115 (8): 1883–1888. Дои:10.1073 / pnas.1714478115. ЧВК  5828591. PMID  29432166.
5. Тауб Д.Д .; Лонг Д.Л. (2005). «Взгляд на старение и регенерацию тимуса». Иммунологические обзоры. 205: 72–93. Дои:10.1111 / j.0105-2896.2005.00275.x. PMID  15882346.
6. Steinmann G.G .; Klaus B .; Muller-Hermelin H.K .; и другие. (1985). «Инволюция стареющего эпителия тимуса человека не зависит от полового созревания. Морфометрическое исследование». Скандинавский журнал иммунологии. 22 (5): 563–75. Дои:10.1111 / j.1365-3083.1985.tb01916.x. PMID  4081647.
7. Пархэм, П. 2005. Иммунная система: второе издание Garland Science.
8. Мин B .; McHugh R .; Семповски Г.Д .; Mackall C .; Foucras G .; Paul W.E .; и другие. (2003). «Новорожденные поддерживают пролиферацию, вызванную лимфопенией». Иммунитет. 18 (1): 131–140. Дои:10.1016 / S1074-7613 (02) 00508-3. PMID  12530982.
9. Schuler T .; Hammerling G.J .; Арнольд Б.; и другие. (2004). «Передний край: IL-7-зависимая гомеостатическая пролиферация CD8 + Т-клеток у новорожденных мышей позволяет генерировать долгоживущие Т-клетки естественной памяти». Журнал иммунологии. 172 (1): 15–19. Дои:10.4049 / jimmunol.172.1.15. PMID  14688303.
10. Джордж А.Дж .; Риттер М.А. (1996). «Инволюция тимуса с возрастом: моральное старение или хорошее ведение домашнего хозяйства?». Иммунология сегодня. 17 (6): 267–272. Дои:10.1016/0167-5699(96)80543-3. PMID  8962629.
11. Hakim F .; Memon S .; Cepeda R .; Jones E .; Chow C .; Kasten-Sportes C .; Odom J .; Вэнс Б .; Christensen B .; и другие. (2005). «Заболеваемость в зависимости от возраста, динамика и последствия обновления тимуса у взрослых». Журнал клинических исследований. 115 (4): 930–939. Дои:10.1172 / JCI22492. ЧВК  1064981. PMID  15776111.
12. Naylor K .; Li G .; Вальехо А.Н .; Lee W.W .; Koetz K .; Брыль Э .; Witkowski J .; Фулбрайт Дж .; Weyand C.M .; и другие. (2005). «Влияние возраста на образование Т-клеток и разнообразие TCR». Журнал иммунологии. 174 (11): 7446–7452. Дои:10.4049 / jimmunol.174.11.7446. PMID  15905594.
13. Lynch H.E .; Гольдберг Г.Л .; Чиджи А .; Boyd R .; Семповски Г.Д .; и другие. (2009). «Инволюция тимуса и восстановление иммунитета». Тенденции в иммунологии. 30 (7): 366–373. Дои:10.1016 / j.it.2009.04.003. ЧВК  2750859. PMID  19540807.
14. Домингес-Герпе Л; Рей-Мендес М (2003). «Эволюция размера тимуса в ответ на физиологические и случайные события на протяжении всей жизни». Микроскопические исследования и техника. 62 (6): 464–476. Дои:10.1002 / jemt.10408. PMID  14635139.
15. Савино В (2006). «Тимус - частый орган-мишень при инфекционных заболеваниях». Патогены PLOS. 2 (6): 472–483. Дои:10.1371 / journal.ppat.0020062. ЧВК  1483230. PMID  16846255.
16. Савино Ж; Dardenne M; Веллозу Л.А.; Сильва-Барбоса SD (2007). «Вилочковая железа - распространенная цель при недоедании и инфекциях». Британский журнал питания. 98: S11 – S16. Дои:10.1017 / с0007114507832880. PMID  17922946.
17. Kendall M.D .; Кларк А.Г. (2000). «Вилочковая железа у мышей меняет свою активность во время беременности: исследование микросреды». Журнал анатомии. 197 (3): 393–411. Дои:10.1046 / j.1469-7580.2000.19730393.x. ЧВК  1468141. PMID  11117626.
18. Cromi A .; Ghezzi F .; Raffaelli R .; Bergamini V .; Siesto G .; Bolis P .; и другие. (2009). «Ультрасонографическое измерение размера тимуса у плодов с ЗВУР: маркер иммуноэндокринной реакции плода на недостаточность питания». Ультразвук в акушерстве и гинекологии. 33 (4): 421–426. Дои:10.1002 / uog.6320. PMID  19306477.
19. Howard J.K .; Lord G.M .; Matarese G .; Vendetti S .; Ghatei M.A .; Риттер М.А .; Lechler R.I .; Bloom S.R .; и другие. (1999). «Лептин защищает мышей от лимфоидной атрофии, вызванной голоданием, и увеличивает клеточность тимуса у мышей ob / ob» (PDF). Журнал клинических исследований. 104 (8): 1051–1059. Дои:10.1172 / JCI6762. ЧВК  408574. PMID  10525043.
20. Wytycz, B., Mica, J., Jozkowir, A. & Bigaj J. 1996. Письма: пластичность тимусов экзотермических позвоночных. Иммунология сегодня (комментарий). 442: № 9.
21. Турк П. (1995). «Микробные паразиты против развивающихся Т-клеток: эволюционная гонка вооружений с последствиями для времени инволюции тимуса и патогенеза ВИЧ». Тимус. 24 (1): 29–40. PMID  8629277.
22. Уильямс Г. К. (1957). «Плейотропия, естественный отбор и эволюция старения». Эволюция. 11 (4): 398–411. Дои:10.2307/2406060. JSTOR  2406060.
23. Аронсон М (1991). «Гипотеза: инволюция тимуса со старением - запрограммирована и полезна». Тимус. 18 (1): 7–13. PMID  1926291.
24. Доулинг М.Р .; Ходжкин П.Д. (2009). «Почему инвертируется вилочковая железа? Гипотеза, основанная на выборе». Тенденции в иммунологии. 30 (7): 295–300. Дои:10.1016 / j.it.2009.04.006. PMID  19540805.
25. Мокчегиани Э., Муцциоли М, Чиприано С., Джаккони Р. (1998). «Цинк, Т-клеточные пути, старение: роль металлотионеинов». Механизмы старения и развития. 106 (1–2): 183–204. Дои:10.1016 / S0047-6374 (98) 00115-8. PMID  9883983.