Структурно-функциональные изменения тимуса при старении

Морфологическая инволюция тимуса начинается с 1 года жизни и выражается в непрерывном уменьшении его массы в течение жизни в основном за счет замещения коркового слоя соединительной тканью. К 50-60 процесс инволюции тимуса достигает своего максимума и далее практически не прогрессирует. У людей пожилого возраста большая часть долек тимуса замещена жировой и соединительной тканями, что делает невозможным различить корковый и мозговой слои. Клеточное микроокружение тимуса при достижении среднего возраста у человека уменьшается на 3-5%, а затем менее чем на 1% ежегодно. В сохранившихся дольках наблюдается гипоплазия и уменьшение числа тимоцитов, располагающихся в виде скоплений по 5-6 клеток. Снижение количества тимоцитов при инволюции вилочковой железы вызвано ослаблением способности эпителиальных клеток тимуса привлекать костномозговые клетки-предшественники, обеспечивать их дифференцировку, пролиферацию и поддерживать выживаемость. При изучении ультраструктуры микроокружения тимоцитов у старых крыс отмечался лизис мембран клеток и появление многочисленных липидных включений, что, вероятно, так же служило одной из причин снижения количества Т-лимфоцитов и дендритных клеток тимуса при старении. Несмотря на значительные морфофункциональные изменения в тимусе, ассоциированные с возрастом, имеются данные, что вилочковая железа сохраняет способность к синтезу некоторых гормонов и дифференцировке Т-клеток даже в возрасте 80 лет. Поляковой В.О. (2007) было показано, что при старении организма в сосудах тимуса возрастает экспрессия эндотелина-1, что является компенсаторным механизмом при его инволюции и способствует подержанию базового уровня продукции Т-лимфоцитов в вилочковой железе. С возрастом часть функций тимуса делегируется тимусзависимому звену периферического отдела иммунной системы. При этом усиливается периферическая экспансия Т-лимфоцитов, что вызывает снижение диапазона антиген-распознающей способности этих клеток и преобладание хелпернойсубпопуляциинад цитотоксической. Основными признаками инволюции вилочковой железы является замещение ее коркового вещества жировой и соединительной тканью, исчезновение границы между корковым и мозговым веществом, снижение количества Т-лимфоцитов, эпителиальных клеток тимуса и дендритных клеток. Несмотря на выраженность указанных инволютивных процессов, многие из них являются обратимыми.

Использование γ-излучения в моделировании старения тимуса: достоинства и недостатки

Известно, что основной мишенью действия γ-излучения в организме человека и животных являются делящиеся и дифференцирующиеся клетки, и, следовательно, органы, в которых они содержатся. В первую очередь к органам-мишеням радиоактивного воздействия относятся система кроветворения (костный мозг) и иммунная система. Среди органов иммунной системы центральным звеном воздействия γ-излучения являются тимус и Т-лимфоциты. Об особой роли тимуса в качестве мишени действия радиоактивного излучения свидетельствует способность γ-квантов изменять структуру Vβ-генов исключительно в клетках вилочковой железы. Сопоставление эффектов, вызываемых γ-излучением и инволютивных изменений в тимусе показало, что эти процессы во многом сходны. Было показано, что действие ионизирующей радиации на иммунную систему складывается из ее непосредственного влияния на Т-лимфоциты и опосредованного действия на стромальный компонент вилочковой железы. Так, через 3 недели после облучения тимуса в разовой дозе 10-25 Гр, на эпителиальных клетках ослаблялась экспрессия молекул МНС II, что вызывало снижение дифференцировки наивных Т-клеток и накопление их предшественников. Кроме того, под действием радиоактивного облучения была выявлена стимуляция дифференцировки периферических Т-клеток в сторону образования Т-хелперов. Указанные изменения могут лежать в основе старения тимуса, индуцированного радиацией. Несмотря на перспективность применения γ-излучения в качестве моделирования процессов возрастной инволюции тимуса, многие морфофункциональные аспекты соответствия такой модели истинному старению вилочковой железы еще недостаточно изучены. Вопрос о границах применения радиационного старения тимуса тем более актуален, поскольку известно, что γ-кванты оказывают крайне выраженное деструктивное воздействие на биологические объекты на всех уровнях организации. В литературе имеются данные о морфофункциональных изменения в тимусе под действием радиационного облучения. В сериях экспериментов по изучению ускоренного старения тимуса, индуцированного γ-облучением, были получены интересные данные по его воздействию на тимус. Исследование морфофункциональных изменений в тимусе под действием γ-излучения было проведено на крысах линии Вистар. В качестве источника γ-квантов использовали кобальтовый аппарат ГУБ 20000, с помощью которого проводили однократное воздействие в дозе 6 Гр (мощность дозы 200 рад/мин). Все животные были разделены на контрольную (необлученную, 6 животных) и опытную (подвергшуюся облучению, 12 животных) группу. Для гистологического исследования срезы тимуса окрашивали гематоксилин-эозином. Для оценки пролиферативной способности клеток тимуса применяли метод иммуногистохимиии с антителами к клеточному ядерному антигену PCNA (ProliferatingCellNuclearAntigen). На 8 сутки после облучения из 12 животных выжило 3 крысы, при этом у 6 животных летальный исход наступил на 3-5 сутки после воздействия в результате кишечной формы лучевой облучения. По сравнению с контрольной группой после облучения в тимусе отмечены выраженные атрофические изменения. Размеры долек тимуса значительно уменьшались, стиралась граница между корковым и мозговым веществом, тогда как у животных контрольной группы корковое и мозговое вещество вилочковой железы были четко разграничены. После действия γ-излучения площадь паренхимы железы снижалась, возрастало содержание стромального компонента. В строме тимуса наблюдался отек и выраженная жировая инфильтрация. Несмотря на сохранность популяции делящихся лимфоцитов в корковом веществе, появлялось большое количество погибших лимфоцитов, ядра которых находились в состоянии кариопикроза и кариорексиса. В тимических тельцах наблюдался распад и дегенерация клеток. В облученных тимоцитах и ретикулоэпителиальных клетках были выявлены следующие изменения, характерные для радиационного воздействия: снижение содержания органелл в цитоплазме, отек и нарушение структуры митохондрий, вакуолизация и фрагментация элементов цитоплазматического ретикулума, появление аутофаголизосом. При этом количество клеток в корковой зоне снижалось почти в 2 раза. В строме PCNA-позитивные ядра были выявлены только по периферии долек тимуса, однако в паренхиме количество пролиферирующих клеток было достаточно высоким – 33%. Сохранение пролиферативной способности клеток паренхимы вилочковой железы и увеличение в ней содержания тучных клеток указывают на возможность частичного пострадиационного восстановления тимуса. Для оценки остаточной способности клеток тимуса к регенерации на 14 и 21 сутки после облучения было проведено дополнительное исследование. В указанный период число делящихся тимоцитов не уменьшалось, но во многих клетках наблюдалось отслоение участков наружной ядерной мембраны и нарушение межклеточных контактов. Кроме того, увеличивалось количество макрофагов, содержащих крупные лизосомы. На 14 сутки после воздействия γ-излучения были отмечены изменения ультраструктуры кровеносных сосудов тимуса. В цитоплазме эндотелиоцитов наблюдалось появление вакуолей и уменьшение числа митохондрий, а ее структура выглядела отечной и уплотненной. На 21 день после облучения структурно-функциональные изменения в тимусе достоверно не отличались от тех, которые были зарегистрированы на 14 сутки. Эксперименты по влиянию радиационного излучения (суммарная доза – 6 Гр) на тимус позволили выявить необратимые структурно-функциональные изменения вилочковой железы под действием γ-квантов. Облучение приводило к снижению клеточности тимуса, особенно его корковой зоны, исчезновению границ между корковой и медуллярной зонами, диструкции его сосудистой системы. В основе указанных процессов лежат изменения внутриклеточных органоидов тимоцитов, лимфоцитов, тучных, эпителиальных клеток и эндотелиоцитов. Различные аспекты исследования γ-излучения в моделировании старения тимуса позволили выявить достоинства и недостатки данного метода. Достоинства:

1. Под действием γ-излучения, как и при истинном старении, наиболее выраженные изменения происходят в центральном звене иммунной системы – тимусе и в ее периферической части.

2. Ионизирующая радиация вызывает морфофункциональные изменения тимуса, во многом сходные с теми, что характерны для инволюции данного органа.

3. Под воздействием γ-квантов, так же как и при старении вилочковой железы, наблюдается исчезновение границы между корковым и мозговым веществом, в корковой зоне тимуса снижается количество Т-лимфоцитов, нарушается их дифференцировка, снижается количество и функциональная активность эпителиальных клеток тимуса.

Недостатки:

1. Дозы γ-излучения, применяемые для создания модели ускоренного старения тимуса, составляют от 6 до 25 Гр, что приводит к гибели большей части экспериментальных животных на 3-5 сутки после воздействия и не дает возможности длительного наблюдения, необходимой при исследовании действия различных геропротекторных препаратов.

2. Ионизирующая радиация в дозах, необходимых для моделирования инволютивных изменений в тимусе, вызывает деструкцию сосудистого русла вилочковой железы и необратимые изменения в эндотелиоцитах, что приводит к снижению ими секреции эндотелина-1. При истинном старении тимуса нарушения кровоснабжения тимуса не происходит, а вырабатываемый сосудистыми клетками эндотелин-1 играет важную роль в компенсаторных механизмах, направленных на снижение проявлений инволюции вилочковой железы.

3. γ-излучение является сильным разрушающим фактором, приводящим к множественным необратимым изменениям как на клеточном (нарушение целостности мембраны, изменение структуры ядра, появление аутофаголизосом), так и на субклеточном уровне (практически полное замещение субкапсулярной зоны тимуса соединительной и жировой тканью, резкое снижение клеточности тимуса). В то время известно, что большинство инволютивных изменений тимуса, ассоциированных с возрастом, являются обратимыми.

4. Модели ускоренного старения тимуса, созданные с использованием γ-излучения, применяются в основном для исследования эффективности препаратов, восстанавливающих функциональную активность вилочковой железы, а необратимые изменения, индуцированные ионизирующим излучением, могут нивелировать геропротекторное действие опытных лекарственных средств.

В связи с указанными недостатками примененияγ-излучения для создания моделей ускоренного старения тимуса представляется интересным рассмотреть перспективы замены ионизирующей радиации на НИЛИ, обладающее менее разрушительным действием на биологические объекты.