Иммунная система

Тимус

Тимус относится к центральным (первичным) органам иммунной системы и играет важную роль в формировании иммунитета.
Общие сведения
Тимус — первичный лимфоидный орган, расположенный в верхнем средостении, за верхней частью грудины.
Этот орган особенно активно функционирует в молодом возрасте, но в начале полового созревания и до старости он начинает атрофироваться, вырабатывая меньше Т-клеток. Этот орган важен для развития иммунокомпетентных Т-клеток, пролиферации клонов зрелых Т-клеток, развития иммунологической аутотолерантности и секреции гормонов для развития Т-клеток. Вырабатывается по крайней мере три гормона: тимозин, тимулин и тимопоэтин. Эти гормоны вырабатываются ретикулярными эпителиальными клетками в коре.
Развитие тимуса
Тимус развивается из энтодермального слоя передней части передней кишки. Во время развития глоточного кармана эти клетки отслаиваются от внутреннего слоя передней кишки и прорастают в лежащий под ними мезенхимальный тканевой отдел, который имеет происхождение из нервного гребня. У мыши будущий зачаток тимуса расположен рядом с зачатком паращитовидной железы в третьем глоточном кармане.
Рисунок взят из статьи "Mechanisms of thymus organogenesis and morphogenesis" (Julie Gordon and Nancy R. Manley, 2011).
doi:10.1242/dev.059998
На рисунке синим цветом обозначены зачатки паращитовидной железы, красным - зачатки тимуса, фиолетовым - зачатки щитовидной железы, розовым - зачатки сердца.
рр1-4 - глоточные карманы эмбриона.
Буквой Е с цифрой (изображения A, B, C, D, E) обозначены недели эмбриогенеза на примере человека. Последняя схема отображает сформированные органы у новорожденного.
Гистологическое строение
Тимус заключен в тонкую соединительнотканную капсулу, которая очагово инфильтрирует орган, разделяя тимус на доли и дольки. Внешняя, более темная область дольки— это кора, и она содержит большое число клеток. Внутренняя, более светлая область — это мозговое вещество, и эта область менее клеточная. Эти области являются местом развития Т-клеток и в совокупности называются тимическим эпителиальным пространством. Междольковая соединительная ткань, присутствующее внутри тимуса, состоит из жира и зрелых лимфоидных клеток. Оно не участвует напрямую в развитии Т-клеток и увеличивается в размерах с возрастом и в некоторых реактивных ситуациях.
Фото 1. Тимус 2-недельного котенка с неуточненным инфекционным заболеванием.

На данной микрофотографии хорошо видно дольчатое строение и соединительнотканные перегородки, отделяющие дольки друг от друга.
В паренхиме тимуса видно разделение на медуллу (более светло окрашенная часть долек) и кору (темная периферия).
Также в данном микропрепарате обращает на себя внимание феномен "звездного неба" в паренхиме, что свидетельствует об иммунной реактивности.

Окраска гематоксилин и эозин; увеличение х40 + камера.

Фото 2. Тот же препарат на большем увеличении.

Здесь видно, что картина "звездного неба" складывается из частого вкрапления активированных макрофагов в плотную массу малых лимфоцитов.

Окраска гематоксилин и эозин; увеличение х400 + камера.
Также в коре встречаются макрофаги, которые содержат остатки апоптотических клеток. Их число может быть увеличено при различных реактивных состояниях, вызывая так называемое «звездное небо» в коре.
Кора тимуса лежит под капсулой и расположена на периферии органа. Она состоит из смешанной популяции, состоящей в основном из лимфоцитов (тимоцитов) с меньшим количеством рассеянных эпителиальных клеток. Тимоциты имеют размер от малого до среднего, со скудной цитоплазмой и вариабельно конденсированным хроматином.
Ядра тимоцитов различны по размеру. В субкапсулярной зоне, непосредственно под капсулой, они крупнее и светлее, тогда как большинство корковых тимоцитов имеют меньшие ядра с конденсированным хроматином.
Корковые тимические эпителиальные клетки встречаются редко, разбросаны по коре и имеют отростки, соединяющие их с соседними эпителиальными клетками. Эти клетки можно отличить от тимоцитов по более крупным и светлым ядрам. Эпителиальные клетки образуют оболочку вокруг капилляров, чтобы создать барьер для проникновения антигенного материала в пространства между эпителиальными клетками в ретикулярной сети. Это называется гематотимусный барьер .
Кора тимуса часто уменьшается в размерах (т. е. сужается, инволюцирует и атрофируется) с возрастом.
Мозговое вещество содержит эпителиальные, дендритные и лимфоидные клетки. Здесь преобладают эпителиальные клетки, что придает этой области светлый вид при малом увеличении. Мозговые эпителиальные клетки имеют менее выраженные
цитоплазматические выступы и очагово образуют ороговевшие структуры, известные как тельца Гассаля (ТГ). ТГ патогномоничны для тимической ткани у людей и большинства домашних животных (за исключением мышей). Они состоят из плоских несекретирующих эпителиальных клеток, которые наслоены друг на друга. Клетки ТГ кератинизированы.

Фото 3. Тимус 2-недельного котенка.
В центре располагается тельце Гассаля. Виден очаг кератинизации и лимфоэпителиальные клетки.
Окраска гематоксилин и эозин; ув. х400 + камера.
Незрелые лимфоциты дифференцируются только в коре. Предшественники Т-клеток размножаются во внешней коре.
Однако выживают только 5% образовавшихся Т-клеток. Выжившие — это те, которые могут распознавать собственные поверхностные гликопротеины, кодируемые MHC, т.е. будут иммунотолерантны к антигенпрезентирующим клеткам того же организма.
Дифференцирующиеся Т-клетки накапливаются между эпителиальными ретикулярными клетками. Затем они могут перейти в венулы и эфферентные лимфатические сосуды вдоль границы между корой и мозговым веществом. Или они переходят в мозговое вещество, где далее отбираются тимическими дендритными клетками и созревают перед выходом из мозговых венул и эфферентных лимфатических сосудов.
В тимусе имеются только эфферентные лимфатические сосуды, которые транспортируют лимфу и лимфоциты из этого органа.

Процесс селекции и созревания тимоцитов

Наиболее незрелые предшественники CD4 – CD8 – Т-клеток располагаются в основном в субкапсулярной зоне, откуда они мигрируют глубже в тимус и попадают в кортекс, который богато заселен особым типом эпителиальных клеток, которые экспрессируют высокие уровни молекул, кодируемых MHC I и II классов. В кортексе предшественник Т-клеток начинает экспрессировать как CD4, так и CD8 и перестраивать свои гены TCR α и β, и, как следствие, каждый тимоцит экспрессирует другой перестроенный гетеродимер TCR-αβ . Специфичность TCR, экспрессируемого данным тимоцитом CD4 + CD8 + пептид–MHC, присутствующего на другой клетке (стромальной клетке), будет определять дальнейшую эволюцию тимоцитов. Данные, полученные в результате изучения культур органов фетального тимуса, свидетельствуют о том, что тимоцитCD4 + CD8 + , экспрессирующий TCR с низкой, но измеримой авидностью к комплексу собственного пептида–MHC, будет «положительно отобран»: ему будет разрешено дифференцироваться в зрелую T-клетку CD4 CD8 – (если ее TCR специфичен для комплекса собственного пептида II класса MHC ) или CD4 – CD8 + (если ее TCR специфичен для комплекса собственного пептида I класса MHC), способную выйти из тимуса и засеять вторичные лимфоидные ткани . Напротив, кортикальные тимоциты CD4 + CR8 + , которым не удается перестроить свои гены TCR α и β или которые экспрессируют TCR, не имеющие авидности к комплексам собственного пептида–MHC, не выживают и погибают по механизму апоптоза.
Кортикальные эпителиальные клетки, в частности питающие клетки тимуса(TNC), необходимы для процесса позитивного отбора, поскольку они демонстрируют
комплексы собственного пептида–MHC, которые распознаются тимоцитами CD4 + CD8
+ , а также обеспечивают основные факторы дифференциации, такие как цитокины. Положительно отобранные Т-клетки мигрируют к центральной области тимуса, сталкиваются с кортикомедуллярным соединением и, наконец, попадают в мозговое вещество. Мозговое вещество содержит почти исключительно зрелые CD4 + CD8 – или CD4 – CD8 + Т-клетки, которые выходят из тимуса в кровь и засеивают вторичные лимфоидные ткани.
Популяция положительно отобранных кортикальных Т-клеток включает клетки, которые имеют сильную авидность к комплексам собственного пептида–MHC, которые экспрессируются на тимических дендритных клетках. Эти клетки потенциально аутореактивны и должны быть устранены. Данные многих исследований показали, что это происходит посредством физического удаления, включающего апоптоз.
Эксперименты с трансгенными мышами TCR показали, что клональное удаление может происходить на ранней стадии CD4 + CD8 + , как в коре, так и в мозговом веществе. Когда Т-клетки устраняются в коре, соответствующий комплекс собственного пептида–MHC представлен кортикальными эпителиальными клетками, которые продуцируют молекулыMHC и пептиды, которые, по-видимому, участвуют не только в образовании Т-клеток, но и в их дифференциации. В мозговом веществе тимоциты удаляются дендритными клетками или интердигитирующими клетками , которые либо продуцируют соответствующие антигены, либо забирают их из сыворотки. Этот процесс происходит в основном в кортикомедуллярном соединении, где наблюдается высокая концентрация интердигитирующих клеток.
Интересный случай
На этой серии микрофотографий показан тимус годовалого кота. Общая гистоархитектоника тимуса напоминает таковую при фолликулярной гиперплазии тимуса. Фолликулярная гиперплазия тимуса у животных практически не описана, большая часть работ посвящена новообразованиям тимуса, в частности, тимомам. Однако при тимомах обычно нарушается микроструктура, чего не наблюдается на этих препаратах. В силу очень скудного анамнеза и отсутствия массива литературных данных, диагноз в данном случае, носит предположительный характер.
Все микрофотографии, представленные в данном материале, сделаны на базе лаборатории Science Vet
Литература:

  1. Gordon J, Manley NR. Mechanisms of thymus organogenesis and morphogenesis. Development. 2011;138(18):3865-3878. doi:10.1242/dev.059998;
  2. Klein L, Kyewski B, Allen PM, Hogquist KA. Positive and negative selection of the T cell repertoire: what thymocytes see (and don't see). Nat Rev Immunol. 2014;14(6):377-391. doi:10.1038/nri3667;
  3. Marks, T.A., Rossanese, M., Yale, A.D., Stewart, S., Smallwood, K., Rigas, K. and Guillén, A. (2024), Prognostic factors and outcome in cats with thymic epithelial tumours: 64 cases (1999-2021). J Small Anim Pract, 65: 47-55. https://doi.org/10.1111/jsap.13675;
  4. Romano, Rosa & Palamaro, Loredana & Fusco, Anna & Giardino, Giuliana & Gallo, Vera & del Vecchio, Luigi. (2013). FOXN1: A Master Regulator Gene of Thymic Epithelial Development Program. Frontiers in Immunology. 4. 187. 10.3389/fimmu.2013.00187;
  5. https://www.pathologyoutlines.com/topic/mediastinumgeneral.html;
  6. https://www.pathologyoutlines.com/topic/mediastinumthymicfollicularhyperplasia.html.
Made on
Tilda