胸腺微环境及其在T细胞分化中的作用

胸腺是一个主要的淋巴器官，骨髓衍生的T细胞前体在其中进行分化，最终导致阳性选择的胸腺细胞迁移到外周淋巴器官的T细胞依赖区（见图1）。这种过程包括各种蛋白质的顺序表达和T细胞受体（TCR）基因的重排。大多数未成熟胸腺细胞既不表达TCR复合物，也不表达CD4或CD8辅助分子；称为双阴性胸腺细胞，占胸腺细胞总数的5%。随着成熟进程，胸腺细胞获得CD4和CD8标记物的膜表达，产生CD4⁺CD8（CD8）⁺双阳性细胞，占总人口的80%。在此阶段，TCR基因重排，产生性重排产生低密度（TCR）TCR（与CD3复合）的膜表达^低的). 没有进行有效TCR基因重排的胸腺细胞会因凋亡而死亡，而那些表达有效TCR的胸腺淋巴细胞会与微环境细胞上表达的MHC分子所呈现的肽相互作用。这种相互作用决定了正选择和负选择事件，对正常胸腺细胞分化至关重要。负选择导致凋亡介导的细胞死亡。阳性选择的胸腺细胞进展为成熟的TCR^高的CD4细胞⁺CD8（CD8）⁻或TCR^高的CD4细胞⁻CD8（CD8）⁺单个阳性阶段，由15%的胸腺细胞组成，这些胸腺细胞最终离开器官，形成大部分外周T细胞储备（参见⁽参考Ciofai和Züñiga-Pflücker⁴⁾).

胸腺细胞在胸腺小叶内迁移时发生分化：TCR⁻CD4细胞⁻CD8（CD8）⁻和TCR⁺CD4细胞⁺CD8（CD8）⁺细胞位于皮层，而成熟的TCR⁺CD4细胞⁺CD8（CD8）⁻和TCR⁺CD4细胞⁻CD8（CD8）⁺髓质中有胸腺细胞。在这段旅程中，胸腺细胞与胸腺微环境的各种成分相互作用，胸腺微生态环境是由胸腺上皮细胞（TEC）、巨噬细胞、树突状细胞、成纤维细胞和细胞外基质（ECM）组成的三维网络。除了涉及TCR/肽-MHC的关键相互作用外，在CD8或CD4分子的背景下，胸腺微环境通过粘附分子和ECM影响胸腺细胞成熟；与胸腺细胞迁移相关的相互作用⁽参考资料：萨维诺、门德斯·达克鲁兹和席尔瓦^5, 参考资料：萨维诺、门德斯·达·克鲁兹和斯马尼奥托⁶⁾此外，微环境细胞通过可溶性多肽调节胸腺细胞分化，包括：（a）细胞因子，如IL-1、IL-3、IL-6、IL-7、IL-8和干细胞因子；（b） 趋化因子和（c）胸腺激素，包括胸腺素、胸腺生成素和胸腺素-α1⁽参考资料：萨维诺、门德斯·达克鲁兹和席尔瓦^5–参考Petrie和Züniga Pflucker⁸⁾.

蛋白质-能量营养不良改变胸腺细胞发育

如前所述，营养不良最显著的变化之一是胸腺萎缩，这主要是由于胸腺细胞大量死亡，尤其影响CD4的未成熟期⁺CD8（CD8）⁺细胞⁽参考Chandra¹⁾然而，应该指出的是，除了营养不良个体胸腺中胸腺细胞死亡增加外，胸腺内细胞增殖减少，这是由标记有增殖细胞核抗原（细胞增殖标记物）的细胞数量非常少所确定的⁽参考Mitsumori、Takegawa和Shimo⁹⁾因此，与蛋白质-能量营养不良相关的胸腺细胞耗竭是由于胸腺细胞死亡加剧加上胸腺细胞增殖减少所致。应该指出的是，在营养不良的人类受试者中也观察到胸腺淋巴室的主要变化：在营养不良受试者的尸检中，发现严重的胸腺萎缩伴皮质胸腺细胞耗竭⁽参考Chandra^1, 参考Lyra、Madi和Maeda¹⁰⁾事实上，通过超声成像，还观察到器官萎缩体内营养不良儿童与年龄匹配的健康儿童相比⁽参考父母、骑士和扎勒斯¹¹⁾重要的是，在几内亚-比索进行的一项研究表明，出生时胸腺大小的减少与婴儿死亡率相关⁽参考文献Aaby、马克思和特劳特纳¹²⁾幸运的是，如果提供适当的饮食，营养不良导致的胸腺萎缩似乎是可逆的，这一点在对接受营养康复治疗的玻利维亚严重营养不良儿童进行的一项纵向研究中得到了证明，并伴随着超声波扫描。在这些营养不良的儿童中，胸腺体积严重减少，同时循环中的未成熟T淋巴细胞比例异常高，成熟T细胞比例较低。开始饮食康复两个月后，这些儿童的胸腺面积恢复了⁽参考骑士、塞维利亚和扎勒斯¹³⁾.

胸腺细胞耗竭与维生素和微量元素缺乏相关：锌缺乏范式

除蛋白质相关营养不良外，微量元素和维生素缺乏还会导致胸腺萎缩，皮质胸腺细胞减少⁽参考Kuvibidila、Dardenne和Savino^14–参考Nodera、Yanagisawa和Wada¹⁷⁾在铁缺乏小鼠中，胸腺细胞有丝分裂原诱导的增殖反应减少⁽参考Kuvibidila、Dardenne和Savino¹⁴⁾.

蛋白质-能量营养不良对免疫功能的许多影响可能是金属或维生素代谢相关变化的结果，而这些变化又直接影响免疫系统⁽参考资料坎宁安-伦德尔、麦克内利和穆恩¹⁸⁾在营养不良的儿童中，各种感染的异常发生率以及淋巴细胞减少和淋巴器官萎缩的存在已被反复证明，有证据表明这种免疫缺陷的锌缺乏⁽参考Shankar和Prasad¹⁹⁾.

锌在细胞分裂、分化、凋亡和基因转录中起主要作用，并强烈影响免疫系统，主要影响T细胞⁽参考Chester、Odel和Sunde²⁰⁾对实验动物和人类受试者严重缺锌影响的研究表明，胸腺严重萎缩，淋巴细胞减少加快，导致细胞和抗体介导的反应减少，从而影响对传染病的易感性⁽参考Fraker、King、Garvy和Klurfeld^21–参考Fraker、King和Laakko²³⁾.

早期观察表明，摄入锌缺乏食物的小鼠胸腺逐渐退化：4周后胸腺仅保留原始大小的25%，6周时只有少数胸腺细胞残留在器官中⁽参考Fernandes、Nair和Once²⁴⁾这种变化主要见于胸腺皮质，CD4严重缺失⁺CD8（CD8）⁺胸腺细胞，并且可以通过补充锌来逆转⁽参考Fraker、Depascale Jardieu和Zwickl^25, 参考King、Osati Ashtiani和Fraker²⁶⁾此外，出生后早期的边际锌缺乏也会导致胸腺大小大幅缩小⁽参考海滩、格什温和赫尔利²⁷⁾.

缺锌小鼠细胞凋亡增加的机制尚待明确。然而，似乎与糖皮质激素有关，因为锌缺乏会长期刺激皮质酮的生成⁽参考Fraker、Osati-Ashtiani和Wagner²⁸⁾肾上腺切除术可防止锌缺乏引起的胸腺萎缩。

这些研究引起了人们对因饮食不当或慢性病导致锌缺乏的人类受试者胸腺内细胞死亡的影响的关注⁽参考Fraker²⁹⁾在这方面，应考虑对免疫力受损的慢性病患者进行营养补充，正如艾滋病患者所报告的那样⁽参考Baum、Shor-Posner和Campa^30, 参考Baum、Campa和Lai³¹⁾补充锌导致CD4显著增加⁺T细胞和死亡率降低。这一概念也适用于乍得患者，因为他们的血清锌浓度降低⁽参考Burguera、Burguela和Alarcon³²⁾; 在感染大鼠的各种造血器官中也观察到同样的情况⁽参考资料：马图塞克·德·阿贝尔·德·拉·克鲁兹（Matousek de Abel de la Cruz）、布尔盖拉（Burguera）和布尔盖腊（Burgeura）³³⁾因此，锌缺乏小鼠实验性恰加斯病的严重程度要高得多⁽参考Fraker、Caruso和Kierszenbaum³⁴⁾.

急性感染导致胸腺萎缩

严重的胸腺萎缩也是急性感染的常见特征，反映了CD4的大量耗竭⁺CD8（CD8）⁺皮质胸腺细胞(表1). 这已在多种感染中表现出来，如艾滋病、狂犬病、疟疾、恰加斯病和血吸虫病等⁽³⁾). 在某些情况下，由于CD4的作用，胸腺细胞丢失严重，胸腺小叶的皮质区几乎消失⁺CD8（CD8）⁺胸腺细胞死亡。此外，与营养不良相似，急性感染个体胸腺细胞的增殖反应降低：我们发现，在小鼠恰加斯病中，刀豆球蛋白a和抗CD3驱动的增殖反应都显著降低。有趣的是，这与胸腺内IL-2（一种主要的T细胞增殖细胞因子）的生成减少相平行⁽参考Leite-de-Moraes、Minoprio和Dy³⁵⁾.

表1。人类受试者的胸腺萎缩和实验性传染病（修改自⁽参考Savino^三))

猴免疫缺陷病毒；ND，未确定。

营养不良和急性感染患者的胸腺细胞耗竭部分受到激素控制

现已明确，胸腺（包括淋巴和微环境隔室）的生理受到多种激素和神经肽的影响⁽证明人Savino和Dardenne⁷⁾研究表明，与年龄匹配的对照组相比，蛋白质缺乏小鼠的糖皮质激素循环水平升高。此外，植入的含有皮质酮的颗粒能够产生与营养不良小鼠相同的糖皮质激素血清水平，足以导致胸腺细胞耗竭⁽参考Barone、O'Brien和Stevenson³⁶⁾如后文所述，瘦素似乎也参与其中。已有研究表明，缺乏适当瘦素生成或瘦素受体表达缺陷的人类受试者和啮齿动物具有一定程度的免疫缺陷，其特征是T细胞对各种有丝分裂原的增殖反应降低，IL-4生成受损，免疫后抗体生成不适当⁽参考Munzberg和Myers^37–参考Farooki、Matarese和Lord³⁹⁾有趣的是，瘦素/瘦素受体缺乏的动物表现出淋巴组织萎缩，特别是胸腺，这种缺陷可以通过重新定位激素来逆转⁽参考Howard、Lord和Matarese⁴⁰⁾瘦素还能够预防饥饿诱导的胸腺萎缩⁽参考Howard、Lord和Matarese^40, 参考Mito、Yoshino和Hosoda⁴¹⁾，强烈提示该激素是营养不良导致胸腺萎缩的一种介质。因此，可以想象，在营养不良状态下，瘦素（减少）和糖皮质激素（增加）的产生不平衡，至少是胸腺细胞耗竭和随后器官萎缩的部分原因，正如我们之前提出的那样⁽参考Savino^42, 参考资料Savino、Dardenne和Veloso⁴³⁾.

急性感染中胸腺萎缩的确切机制尚未完全阐明，在不同的疾病中可能有所不同。但与营养不良类似，一条主要途径与血液中糖皮质激素水平的升高有关，这是生物体对感染的应激反应中的经典效应。事实上，糖皮质激素血清水平在克氏锥虫-受感染的小鼠⁽参考Leite de Moraes、Hontebeyrie-Joskowicz和Leboulanger^44, 参考文献Corréa-de-Santana、Paez-Pereda和Theodoropoulou⁴⁵⁾，和，如后文所述，可能至少部分涉及T.cruzi公司-诱导胸腺萎缩⁽参考Perez、Bottaso和Savino⁴⁶⁾狂犬病病毒感染小鼠胸腺细胞耗竭⁽参考Cardenas-Palomo、de Souza-Matos和Chaves-Leal⁴⁷⁾可以通过在感染前切除肾上腺来预防。在小鼠恰加斯病中，单独的肾上腺切除术并不能预防T.cruzi公司-诱导皮质胸腺细胞耗竭⁽参考Leite de Moraes、Hontebeyrie-Joskowicz和Leboulanger⁴⁴⁾然而，最近的研究表明体内注射RU-486确实可以防止急性期胸腺细胞耗竭T.cruzi公司感染⁽推荐人罗杰罗、佩雷斯和塔梅·卡卡祖⁴⁸⁾瘦素水平在急性感染水平中是否下调尚待确定，这是一个有趣的开放研究领域。

营养不良和急性感染时胸腺微环境发生改变

除了淋巴室外，胸腺微环境在各种营养不良和感染条件下也会受到影响。与营养良好的对照动物相比，蛋白质缺乏小鼠胸腺上皮的形态学变化包括营养不良小鼠胸腺皮质和髓质上皮组织的体积减少⁽参考资料Mittal、Woodward和Chandra⁴⁹⁾相反，据报道，营养不良动物的皮质和髓质TEC中，富含游离和酯化胆固醇的大的、圆形的、均匀的电子密度分布的细胞质内积累增加⁽参考Mittal和Woodward⁵⁰⁾不幸的是，在这个实验模型中没有关于TEC死亡的数据报告。

在T.cruzi公司与对照组相比，急性感染小鼠的髓质和皮质特异性标记物的表达发生了变化，胸腺上皮网络普遍萎缩⁽参考文献Savino、Leite de Moraes和Hontebeyrie-Joskowicz⁵¹⁾.

从概念上讲，这些发现告诉我们，胸腺上皮在营养不良和感染时发生形态学改变。如后所述，胸腺上皮的功能变化也见于这两种病理状态。

急性感染时胸腺细胞迁移反应模式的变化

除了在几种传染病中出现胸腺细胞耗竭外，还观察到迁移反应的变化。如前所述，胸腺细胞耗竭与T.cruzi公司-诱导胸腺微环境的改变，包括TEC网络的表型改变和功能改变，细胞迁移相关分子的沉积增强，如ECM蛋白、纤维连接蛋白和层粘连蛋白，以及趋化因子CXCL12和CCL21⁽参考阿尔梅达科塔、曼德斯·达克鲁斯和博诺莫^60, 参考文件：Mendes-da-Cruz、Silva和Cotta-de-Almeida⁶¹⁾这些变化促进了对相应配体的迁移反应增加，可能与胸腺向周围异常释放双阳性细胞有关，导致皮下淋巴结中双阳性细胞数量增加了15倍以上。值得注意的是，外周淋巴器官中的双阳性细胞表达高密度的ECM和趋化因子受体⁽参考阿尔梅达科塔、曼德斯·达克鲁斯和博诺莫^60, 参考文件：Mendes-da-Cruz、Silva和Cotta-de-Almeida⁶¹⁾在这些外周异常释放的双阳性细胞中，我们发现淋巴细胞表达潜在的自身反应性TCR，这些细胞在未感染小鼠的胸腺中通常缺失。这表明，在感染期间，未成熟T淋巴细胞从胸腺中央耐受过程中逃逸并迁移到淋巴结，在那里最终分化为成熟CD4⁺或CD8⁺细胞⁽参考Savino^三, 参考de Meis、Morrot和Farias-de Oliveira⁶³⁾.

在第二个小鼠寄生虫病模型中，对急性感染的小鼠胸腺进行了评估伯氏疟原虫胸腺萎缩，皮质-髓质界限丧失，胸腺内有寄生虫⁽参考Andrade、Gameiro和Nagib⁶⁴⁾我们还分析了ECM配体和受体以及趋化因子及其各自受体的胸腺表达。在感染小鼠的胸腺中观察到ECM组分的表达增加，同时这些动物胸腺细胞的纤维连接蛋白和层粘连蛋白受体表面表达下调。此外，在感染小鼠的胸腺中，我们发现CXCL12和CXCR4的含量增加，CCL25和CCR9的表达降低。当分析受感染小鼠的胸腺时，发现胸腺细胞向ECM元件和趋化因子的迁移发生了改变。评估体外CD4/CD8定义的胸腺细胞亚群的迁移模式显示双阴性和CD4⁺和CD8⁺单个阳性细胞来自P.柏格黑-与对照组相比，感染小鼠具有更高的迁移反应。有趣的是，在受感染小鼠的脾脏中发现这些T细胞亚群的数量增加，这表明急性疟疾感染小鼠胸腺中T淋巴细胞的异常输出⁽参考Gameiro、Nagib和Andrade⁶⁵⁾.