解剖學(xué)的發(fā)展是現代醫學(xué)的重要組成部分,從大約公元前三世紀開(kāi)始,人類(lèi)解剖學(xué)之父希羅菲盧斯就已經(jīng)在從事人體解剖學(xué)研究了。兩千多年的時(shí)間里,我們對自己的身體結構的認識越來(lái)越清晰,這幫助醫生和其他研究人員在發(fā)育和各個(gè)疾病領(lǐng)域取得了一個(gè)又一個(gè)進(jìn)步。
那么,可以說(shuō)我們已經(jīng)完全掌握了身體的每一個(gè)“小秘密”了嗎?答案當然是否定的。奇點(diǎn)糕可以給大家舉一個(gè)例子:在我們的胸骨后方,心臟前方,有一個(gè)檸檬大小的器官,掌管著(zhù)我們免疫系統的一大分支——T細胞,它就是胸腺。
胸腺像肺一樣,分為左右兩葉,每一葉可以分為外周皮質(zhì)和中央髓質(zhì),皮質(zhì)中的T細胞多是“年輕的”、未分化的新生T細胞或是中等分化的T細胞,而髓質(zhì)中的T細胞則是已經(jīng)分化完全的成熟T細胞。我們可以這樣理解:胸腺髓質(zhì)是一個(gè)“終極訓練營(yíng)”,其中的細胞會(huì )表達不同的,模擬身體各個(gè)組織、器官特征的表面蛋白,作為“抗原”,對不成熟的T細胞進(jìn)行進(jìn)一步的鍛煉,讓它們成為對自身組織免疫耐受的T細胞,否則的話(huà)就淘汰掉。
在胸腺髓質(zhì)中,有一些被稱(chēng)為赫氏小體(Hassall'scorpuscles,也叫做胸腺小體)的細胞團,它們由很復雜的上皮細胞和感覺(jué)細胞組成,這些細胞有點(diǎn)類(lèi)似于皮膚和腸道中的成熟細胞。早在1846年,英國醫生ArthurHillHassall就觀(guān)察到了它們[1],但是170多年過(guò)去了,我們仍然不知道赫氏小體的“真身”和它的功能。
直到7月18日,《自然》上發(fā)表的一篇研究終于為我們揭開(kāi)了這個(gè)世紀之謎!
加州大學(xué)舊金山分校的MarkAnderson博士的團隊指出,赫氏小體確實(shí)是由與皮膚中一樣的角化上皮細胞和與腸道中一樣的簇細胞組成的,簡(jiǎn)單粗暴一點(diǎn)來(lái)說(shuō)就是,胸腺中存在著(zhù)成熟的皮膚細胞和腸道細胞。而它的功能正是訓練免疫系統[2]。
怎么肥四?別急,讓奇點(diǎn)糕來(lái)慢慢為大家解釋。
以前的研究認為,胸腺髓質(zhì)主要是由表達AIRE基因的上皮細胞組成的,AIRE的全名是autoimmuneregulator,也就是自身免疫調節子,是一種在胸腺髓質(zhì)內表達的轉錄因子。
Anderson博士曾經(jīng)證明,我們前面提到的“胸腺髓質(zhì)中的細胞會(huì )表達不同的,模擬身體各個(gè)組織、器官特征的表面蛋白”這一點(diǎn)正是由AIRE基因負責的[3]。而如果T細胞在接受“訓練”時(shí)不能形成免疫耐受,那么細胞凋亡程序就會(huì )啟動(dòng),消滅這類(lèi)T細胞,否則就可能會(huì )導致自身免疫疾病。
但是近年來(lái)有研究發(fā)現,胸腺髓質(zhì)中的細胞的異質(zhì)性其實(shí)遠遠超過(guò)我們所理解的[4]。Anderson博士在這十多年的時(shí)間里,一直在研究胸腺究竟是如何對T細胞進(jìn)行鍛煉的,胸腺髓質(zhì)中是否有不同類(lèi)型的細胞參與了T細胞的鍛煉。
為了搞清楚這一點(diǎn),他和同校的免疫學(xué)家,RichardLocksley博士開(kāi)展了合作,他們開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù),可以通過(guò)熒光標記追蹤表達AIRE基因的細胞的遺傳發(fā)育。在追蹤的過(guò)程,他們意外發(fā)現,有兩個(gè)亞群的上皮細胞根本不表達AIRE,它們的遺傳發(fā)育途徑也和其他胸腺髓質(zhì)中的上皮細胞截然不同!
研究人員一路追蹤,發(fā)現這兩個(gè)亞群一個(gè)發(fā)育成了與皮膚表層細胞類(lèi)似的上皮細胞,另一個(gè)發(fā)育成了與腸道中一種感覺(jué)細胞,也就是簇細胞類(lèi)似的細胞。Anderson博士表示,當他和Locksley博士第一次追蹤到這里的時(shí)候,腦子里只有一個(gè)念頭:“開(kāi)玩笑的吧!”[5]
可是事實(shí)就是這樣,這兩種細胞與以前發(fā)現的胸腺髓質(zhì)中的細胞截然不同,尤其是簇細胞,它們的“物理特征”與腸道中的簇細胞完全一致,甚至也像腸道簇細胞一樣,在細胞表面有絨毛狀的簇狀物。
簇細胞是腸道中的一種化學(xué)感受細胞,它在防御寄生蟲(chóng)感染中發(fā)揮重要作用,是腸道中細胞因子——白細胞介素25(IL-25)的唯一來(lái)源[6],IL-25參與免疫應答,在慢性炎癥和自身免疫性疾病中發(fā)揮作用。另外,早期的研究還發(fā)現,腸道簇細胞參與味覺(jué)轉導,它們會(huì )表達TRPM5,這是一種傳導苦味和甜味的信號分子[7]。除了IL-25和TRPM5外,雙皮質(zhì)素樣激酶1(Dclk1)也在成熟的簇細胞中表達,可以作為鑒別簇細胞的“特征”[8]。
研究人員對成年小鼠(C57BL/6)胸腺中的上皮細胞進(jìn)行了流式細胞術(shù)分析,發(fā)現有大約10%的細胞表達Dclk1,免疫熒光染色顯示這10%的細胞分布在整個(gè)髓質(zhì)中。在人的胸腺中,研究人員也觀(guān)察到了赫氏小體結構中被染色了的表達Dclk1的簇細胞。
另外兩個(gè)特征也沒(méi)有逃過(guò)研究人員的法眼,他們在胸腺髓質(zhì)中檢測到了TRPM5和IL-25的存在,也證實(shí)了簇細胞確實(shí)是這兩個(gè)分子的主要來(lái)源。
形態(tài)和重要的分子標志特征都一致,基本就可以證明,赫氏小體中的簇細胞就是與腸道的簇細胞是“一母同胞”了。不過(guò),哪怕是雙胞胎,也不是完全一樣的,研究人員認為,胸腺中的簇細胞在抗原呈遞等一些方面可能與腸道簇細胞是有一些差別的。
實(shí)驗也證明了他們的猜想。胸腺簇細胞會(huì )表達一類(lèi)受體Tas2r,而腸道簇細胞是不表達它們的,Tas2r的存在一方面提高了簇細胞參與將抗原呈遞給未成熟的T細胞的可能性,另一方面也可以將簇細胞的化學(xué)感受能力轉化為胸腺中鍛煉T細胞的一部分。
研究人員表示,即使是AIRE基因缺失的小鼠,胸腺中簇細胞的數量也不會(huì )受到影響。
研究人員最后嘗試將健康的新生小鼠和改造后缺少所有簇細胞的新生小鼠的胸腺分別移植給沒(méi)有胸腺的裸鼠。結果他們發(fā)現,一開(kāi)始,胸腺中的T細胞確實(shí)得到了一些鍛煉,但是很快,移植了缺少簇細胞的胸腺的裸鼠就表現出了異常的自身免疫反應,部分T細胞開(kāi)始攻擊自身組織。這就說(shuō)明,缺少了簇細胞的胸腺是不完整的,T細胞也不能形成完整的免疫耐受,在是否攻擊自身組織這件事上“拎不清”,進(jìn)而導致了自身免疫反應。
對于這次的發(fā)現,Anderson博士認為,胸腺簇細胞的功能可能還不止于鍛煉T細胞,它們可能還能夠利用化學(xué)感受能力來(lái)監測免疫系統的整體狀態(tài),相應地去調整胸腺產(chǎn)生的T細胞的類(lèi)型。
“控制胸腺可能是各種免疫系統相關(guān)疾病的關(guān)鍵,對于1型糖尿病、器官移植排異,甚至是癌癥等疾病,刺激胸腺產(chǎn)生新的T細胞供應,從而抑制患者器官和組織中不良的免疫活動(dòng)可能是潛在的治療方法??刹豢尚?,以及如何做到,這是我們的下一步目標。”