Критические периоды морфогенеза тимуса на эмбриональном и фетальном этапах развития

КРИТИЧЕСКИЕ ПЕРИОДЫ МОРФОГЕНЕЗА ТИМУСА НА ЭМБРИОНАЛЬНОМ И ФЕТАЛЬНОМ ЭТАПАХ РАЗВИТИЯ

Л.В. Кулида, Л.П. Перетятко

Федеральное государственное учреждение «Ивановский научно-исследовательский институт материнства и детства им. В.Н.Городкова» Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи ул. Победы, 20, Иваново, Россия, 153047

Проведен анализ структурных особенностей тимуса плодов 22—27 недель гестации. Изучены особенности формообразования тимуса, пролиферации, дифференцировки тимоцитов, ретикуло-эпителия, клеточного микроокружения и телец Гассаля. Выделены пять критических периодов развития тимуса на этапах эмбрио- и фетогенеза.

Адаптация новорожденного ребенка к внеутробным условиям существования — это результат радикальной функциональной перестройки всех органов и систем, в том числе и иммунной. Иммунная система, являясь общерегулятор-ной, играет важную роль в постнатальной адаптации новорожденного и обеспечивает постоянство внутреннего гомеостаза. Формирование иммунной системы находится под генетическим контролем, но вместе с тем модулируется влиянием нервной и эндокринной систем [3, 8]. Кроме этого, на формирование органов иммунной системы влияют многочисленные факторы, реализующее действие которых связано с формирующейся во время беременности функциональной системой «мать—плацента—плод» [4].

Знание особенностей морфогенеза тимуса, особенно в эмбриональном и фе-тальном периодах онтогенеза, является одним из важных условий своевременной диагностики патологии иммунной системы в виде тканевых пороков развития — дисхроний [7]. На этапах эмбрио- и фетогенеза в развитии иммунной системы выделяют несколько критических периодов. Согласно исследованиям D. 8йёе8 (1975) тимус формируется на 4-й неделе внутриутробного развития в виде двух тяжей многослойного плоского эпителия, образующихся из III и частично IV пар жаберных карманов краниального отдела головной кишки. К указанному сроку в центральной части органа функционируют эпителиальные клетки, поскольку с 5-й недели гестации гистохимически и электронно-микроскопически подтверждается начало их секреторной активности [10]. Клетки центральной части эпителиальных тяжей приобретают морфологические признаки ретикулоэпителия. Рост органа на 5—6-й неделях гестации осуществляется за счет активного размножения расположенных на периферии эпителиальных клеток. На 7-й неделе внутриутробного развития эпителиальные тяжи мигрируют за грудину, в анатомическую зону локализации тимуса. Вокруг эпителиальных клеток формируется капсула, кровеносные сосуды которой врастают в эпителиальные тяжи [9].

Следовательно, учитывая сроки эпителиальной дифференцировки, васку-ляризации и начало секреторной деятельности эпителия, период с 4 по 7 неделю необходимо отнести к первому критическому этапу развития органа.

Формирование основных структур тимуса происходит с 7 по 12 неделю эмбриогенеза [9]. До 8-й недели тимус представляет собой эпителиальный орган, незаселенный лимфоцитами. На последующей неделе эмбриогенеза тимические гормоны, синтезируемые эпителиальными клетками вилочковой железы, за счет неизученных на сегодняшний момент механизмов способствуют миграции стволовых клеток и предшественников Т-лимфоцитов из костного мозга [3]. Именно на этом этапе онтогенеза, по мнению З.С. Хлыстовой с соавт. (2002), происходит объединение в тимусе лимфопоэтической и эндокринной функций. Морфологической предпосылкой к синтезу указанных функций является управляемая миграция клеток-предшественников и продолжающаяся дифференцировка эпителиальных клеток.

Одновременно с появлением лимфоцитов в формирующемся тимусе дифференцируются сосуды с образованием первых капилляров. Параллельно развивается сосудистая сеть в мезенхимальных септах. К 17-й неделе соединительно-тканные септы не только достигают кортико-медуллярной границы, но и формируют внут-ридольковые периваскулярные пространства (ВПП) за счет их колбообразного расширения [6].

Начиная с 8—10 недель, в тимусе идентифицируются две субпопуляции ре-тикулоэпителиальных клеток: кортикальная, располагающаяся в поверхностном слое и медуллярная, локализующаяся внутри эпителиального тяжа. К 12-й неделе развития первичные эпителиальные выросты разграничивают орган на дольки со всеми типичными для них компонентами. За счет миграции особых, так называемых «светлых эпителиальных клеток», в мозговом веществе образуются первые тимические тельца. В раннем фетальном периоде (с 9—10 недель) в меж-дольковых септах и ВПП осуществляется интенсивный гемопоэз, в частности гранулоцитопоэз.

Поскольку в формирующемся тимусе закладывается структурная основа не только эндокринной, но и лимфо-, и гемопоэтической функций, то вышеописанный период следует отнести к критическому.

На протяжении последующих недель развития (к 18 неделе) завершается формирование четырех структурно-функциональных зон в центральном органе иммунной системы. В субкапсулярной зоне осуществляется пролиферация и начальная дифференцировка предшественников Т-лимфоцитов. Для внутренней кортикальной зоны характерно выполнение следующих функций: созревание и селекция аутотолерантных Т-лимфоцитов. Медуллярная зона органа содержит зрелые Т-лимфоциты. Четвертой структурно-функциональной зоной тимуса являются внутридольковые периваскулярные пространства, представляющие собой не что иное, как транспортные пути для миграции лимфоцитов [6].

Следует подчеркнуть, что именно 17-я неделя гестации тимуса является важным этапом в формировании периферических органов иммунной системы, поскольку с указанного срока начинается эмиграция Т-лимфоцитов из тимуса и заселение ими селезенки, лимфатических узлов средостения, миндалин, аппендикса и Пейеровых бляшек [3]. По мнению З.С. Хлыстовой, С. Шмелевой, И.И. Калининой и Е.Л. Работниковой (2002), к первым органам, в которых появляются Т-

и В-лимфоциты следует отнести селезенку, лимфатические узлы переднего средостения и небные миндалины. Последовательно, по мере усложнения структуры и функции, к 18-й неделе внутриутробного развития плода завершается объединение периферических органов в единую иммунную систему. Последняя, поддерживая внутренний гомеостаз плода, органично включается в функционирование единой системы «мать—плацента—плод» [4].

Учитывая вышеобозначенные перестройки, завершающиеся объединением центрального и периферических органов в единую иммунную систему, а также установление функциональных связей между тимусом и вторичными иммунными органами, указанный период необходимо отнести к критическому.

По завершению формообразования и составных компонентов тимуса дальнейший рост центрального органа иммуногенеза осуществляется неравномерно, с выделением следующих пиков на 12—15-й и 16—21-й неделях. Указанные пики роста органа обусловлены интенсивным увеличением общей массы лимфоцитов. В последующем темпы роста тимуса, максимальные на 19—24-й неделях, постепенно к 30-й неделе последовательно снижаются. 19—24 недели характеризуются формированием двух активных зон клеточной пролиферации, а именно субкап-сулярной и медуллярной. Именно в эти зоны при врастании мезенхимы нидиру-ют субкапсулярные эпителиальные клетки, выполняющие в последующем важную роль индукторов пролиферации, реализующейся в органе в его увеличении или росте. На данном этапе осуществляющаяся внутридольковая дифференци-ровка несовершенна, поэтому мозговое вещество в тимусе до 22-й недели геста-ции преобладает над корковым [6]. Быстрый рост мозгового вещества тимуса обусловлен продолжающейся дифференцировкой ретикулоэпителиальных, стро-мальных клеток и значительным увеличением количества и размеров телец Гас-саля, которые располагаются как в центре, так и на периферии органа. В большем количестве тимические тельца образуются на 18—20-й неделях фетогенеза. Изолированно расположенные тельца в мозговом веществе соединяются между собой эпителиальными тяжами. Тимические тельца состоят из несколько клеточных слоев. Наружный слой телец Гассаля образован жизнеспособными клетками, осуществляющими экзокринную секрецию и сохраняющими высокую активность окислительно-восстановительных ферментов. Центрально в тельцах расположены клетки, содержащие зерна кератогиалина в цитоплазме. Кроме кератогиалина в центре телец определяются фрагменты разрушенных лимфоцитов и PAS-пози-тивные включения. Существует гипотеза (З.С. Хлыстова, 1987), согласно которой тельца Гассаля, содержащие ороговевшую массу, стимулируют пролиферацию ретикулоэпителия, который в свою очередь инициирует последующее заселение органа лимфоцитами, что в конечном итоге приводит к его увеличению.

К структурным особенностям иммунной системы на 22—27-й неделях развития, т.е. у плодов с экстремально низкой массой тела, следует отнести следующие признаки. В 22—24 недели гестации масса вилочковой железы увеличивается в 5,5 раз, по сравнению с 12 неделей, и составляет 1,34 ± 0,06 г. Однако линейные параметры в 33% случаев нестабильны, поскольку в эти сроки

дольки тимуса развиваются асимметрично. Линейные размеры левой доли достоверно ф < 0,05) превышают таковые в правой. Дольки в вилочковой железе средних и мелких размеров с удельным объемом коркового и мозгового вещества, соответственно равным 59,08 ± 1,31 и 21,12 ± 1,14%. т.е. корковое вещество в 2,3 раза превышает мозговое. Дольки имеют неровные контуры, их фестон-чатость обусловлена врастанием фрагментов междольковых септ и кровеносных сосудов в паренхиму долек. Эпителиальные клетки субкапсулярной зоны, являясь одним из основных компонентов микроокружения и играя ведущую роль в дифференцировке Т-лимфоцитов, расположены в виде пласта из двух слоев. Клетки верхнего ряда округлой формы расположены на базальной мембране, субкапсулярно формируют непрерывный слой и контактируют между собой. Эпителиальные клетки нижнего ряда хаотично рассеяны среди тимоцитов коркового слоя. Согласно разноречивым мнениям исследователей форма и ультраструктура этих клеток существенно отличаются между собой. В существующих классификациях авторами на данный момент выделяются различные по морфотипу эпителиальные клетки числом от 3 до 8 [2]. В ряде долек эпителиальные клетки мигрируют в окружающую мезенхиму, формируя различные по протяженности клеточные тяжи. Последние в тимусах плодов 22—24 недель гестации, обладая большой потенцией, выполняют камбиальную функцию и способствуют формированию зон роста на периферии долек. Ретикулоэпители-альные клетки субкапсулярной зоны за счет многочисленных контактов отростков с лимфоцитами формируют своеобразные лимфо-эпителиальные комплексы, в которых «созревают» лимфоциты. Не случайно, указанные клетки опосредованно, через тимический фактор и интерлейкины, влияют на созревание и диффе-ренцировку лимфоцитов, поэтому они получили образное название «клетки-няньки». Лимфоциты по мере созревания в указанных комплексах меняют форму клеток и ядер, с одновременным изменением объема цитоплазмы и количества ядрышек. Созревающие Т-лимфоциты субкапсулярной зоны проходят этапы дальнейшей дифференцировки и созревания во внутренней кортикальной зоне [6].

Во внутренней кортикальной зоне тимуса выделяют особые эпителиальные клетки, располагающиеся как одиночно, так и группами, состоящими из 2—3 клеток. Их специфика заключается в следующем. Во-первых, вокруг них образуется клеточное окружение, состоящее из лимфоцитов, макрофагов и единичных ретикулярных клеток. Во-вторых, контактируя с клетками микроокружения, меж-клеточно формируют эпителиальные выросты и плотные соединения типа десмо-сом. В-третьих, цитоплазма указанных клеток содержит многочисленные различной величины везикулы. В-четвертых, базальные мембраны эпителиальных клеток в зоне контактов формируют многочисленные выросты. В цитоплазме клеток функционируют гранулярный — эндоплазматический ретикулум и тубулярные митохондрии. В-пятых, характерной особенностью данного типа клеток является присутствие в цитоплазме везикул, содержащих белковый субстрат.

В кортикальной зоне кроме ретикулоэпителиальных клеток находятся морфологически неоднородные тимоциты, среди которых 12% составляют крупные

неправильно вытянутой формы с базофильной цитоплазмой и дисперсным хроматином бластоподобные лимфоциты. Однако преобладающей формой (65%) среди клеток являются средние лимфоциты, диаметр которых не превышает 7— 10 мкм. Структурной особенностью средних лимфоцитов является обеднение цитоплазмы органеллами (митохондриями, полисомами и ретикулумом).

Зрелой форме средних лимфоцитов предшествуют лимфоцитоподобные клетки, имеющие совершенно иную форму (овальную), четко очерченные ядрышки (1—2) и конденсированный хроматин. О незрелости клеток свидетельствуют функциональное перенапряжение гранулярного эндоплазматического ретикулума с резкой дилятацией его систем и разрежением рибосом, а также образование полисомами многочисленных групп. Часть лимфоцитоподобных клеток погибает как путем апоптоза, так и путем некроза. При этом изменяются контуры цитоплазмы, уплотняется и гомогенизируется ядерный хроматин с уменьшением или пикнозом ядер

На долю малых лимфоцитов во внутренней кортикальной зоне приходится 23%. Тимоциты отличаются малыми размерами (до 5 мкм), минимальным объемом цитоплазмы и компактным ядром, содержащим грубодисперсный гетерохро-матин. Именно малые лимфоциты, прошедшие через этап антигенной дифферен-цировки, активно мигрируют в мозговое вещество и периферические органы иммунной системы.

Известно, что до 80% Т-лимфоцитов внутренней кортикальной зоны завершают свой структурно-функциональный цикл путем запрограммированной гибели или апоптоза, контролируемого эпителиальными клетками. Последние, по мнению ряда авторов, обеспечивают процесс положительной селекции клонов лимфоцитов [10, 11].

Структура медуллярной зоны тимуса в указанные сроки претерпевает следующие перестройки: к 22-й неделе гестации многочисленные отростки ретику-лоэпителия создают картину петлистого синцития; межэпителиальные контакты представлены в основном десмосомами, в цитоплазме ретикулярных клеток визуализируются веерообразные тонофиламенты, перераспределяются тимоциты с увеличением до 66% малых и уменьшением до 34% средних форм.

В мозговом веществе долек преобладают молодые тельца Гассаля, удельный объем которых составляет 2,13 ± 0,05%. В центре единичных зрелых телец, окруженных капсулой, обнаруживаются пылевидные петрификаты.

Таким образом, формирование долек (до 35% от общего количества) с диф-ференцировкой в них субкапсулярной, внутренней кортикальной, медуллярной и ВПП зон, специализация ретикулоэпителиальных клеток, основанная на структурных особенностях в перечисленных зонах, потенциальные возможности диф-ференцировки клеток и роста органов в центре и на периферии долек, преобладание во внутренней кортикальной зоне средних и малых лимфоцитов; доминирование среди телец Гассаля так называемых молодых типов, позволяет выделить данный этап формообразования тимуса как критический.

С увеличением гестационного срока (25—27 недель) из органометрических параметров достоверно (р < 0,05) увеличиваются масса органа, а также количество

долек, средний диаметр которых превышает аналогичный показатель в 22—24 недели в 1,5—2 раза. При этом в дольках уменьшается удельный объем коры (до 49,2 ± 1,23%) и соответственно увеличивается аналогичный параметр мозгового вещества (29,44 ± 1,08%). Снижается способность эпителиальных клеток к пролиферации за пределами долек. Вместе с тем в единичных дольках сохраняются зоны роста в коре.

В кортикальной зоне долек в 1,5—2 раза, по сравнению с аналогичными параметрами на 22—24 неделях, увеличивается относительное количество лимфоцитов и хаотично расположенных эпителиальных клеток. Укрепляются связи между эпителиальными клетками, что подтверждается увеличением количества десмосом, межэпителиальных контактов и миофибрилл в цитоплазме клеток. Эпителиальные клетки внутренней кортикальной зоны функционально активны, что подтверждается расширением цистерн гранулярного ретикулума и синтезом в них белкового субстрата, а также гиперплазией полисом и митохондрий.

Во внутренней кортикальной зоне тимуса плодов 25—27 недель гестации преобладают средние лимфоциты. Удельный объем малых лимфоцитов составляет 33%, что достоверно выше ф < 0,05) аналогичного показателя на 22—24-й неделях. Меняется и соотношение лимфоцитов в сторону увеличения малых, средних форм и уменьшения больших (4 : 3 : 1). Удельный объем внутридольковых сосудов увеличивается в 1,5—2 раза по сравнению с предыдущим критическим периодом. Претерпевают структурные изменения эндотелиоциты капилляров коры. Уплощение эндотелия приводит к увеличению просвета сосудов. Вместе с этим увеличиваются размеры пор и фенестр в интерцеллюлярном пространстве.

Гипертрофия и гиперплазия эпителиальных клеток в мозговом веществе долек сопровождаются увеличением размеров и количества телец Гассаля (до 6—8 в дольке). В соответствии с классификацией В.С. Овченков, Е.В. Кульпина (1998) тельца Гассаля находятся в фазе морфофункциональной зрелости или на стадии прогрессирующего развития. В 25—27 недель гестации преобладают тельца Гас-саля молодого и зрелого типа, при этом на долю молодых форм приходится 34%, зрелых — 54% и старых — 6%. Специфической особенностью телец Гассаля у плодов указанного срока является их укрупнение за счет объединения нескольких в пределах одной капсулы.

Суммируя наиболее важные структурные перестройки, а именно увеличение до 42% количества долек со сформированными морфофункциональными зонами, изменение соотношения больших, средних и малых форм лимфоцитов в сторону увеличения средних; сохранение зон роста преимущественно в центре долек, а также увеличение молодых и зрелых форм телец Гассаля с изменением их соотношения, следует констатировать, что гестационный период 25—27 недель с учетом значимости морфологических и функциональных изменений необходимо отнести к критическому.

Оценивая в совокупности морфологические перестройки в органах иммунной системы у эмбрионов и плодов раннего и среднефетального гестационного возраста, следует выделять с учетом значимости и функциональной направленности пять критических, генетически детерминированных периодов формирования и становления органов иммунной системы.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Дубровин М.М., Дубровина Е.С., Румянцев А.Г. Развитие иммунной системы плода // Педиатрия. — 2001. — № 4. — С. 67—71.

[2] Галил-Оглы А., Ингберман Я.Х., Берщанская А.М. Сравнительная ультраструктурная характеристика эпителиальных клеток паренхимы вилочковой железы и тимом // Архив патологии. — 1988. — № 9. — С. 51—60.

[3] Карта заселения органов иммунной системы эмбриона и плода человека T- и B-лимфоцитами и начало эндокринной функции тимуса / З.С. Хлыстова, С.П. Шмелева, И.И. Калинина, Е.Л. Работникова, Т.А. Минина, О.П. Рябчиков // Иммунология. — 2002. — № 2. — С. 80—82.

[4] Милованов А.П. Патология системы мать—плацента—плод. Руководство. — М.: Медицина, 1999. — 448 с.

[5] Овченков В.С., Кульпина Е.В. Формирование и возрастные изменения телец тимуса у человека // Морфология. — 1998. — № 3. — С. 88.

[6] Патология тимуса у детей / Т.Е. Ивановская, О.В. Зайратьянц, Л.В. Леонова, И.Н. Во-лощук. — СПб.: Сотис, 1996. — 271 с.

[7] Перетятко Л.П., Кулида Л.В., Проценко Е.В. Морфология плодов и новорожденных с экстремально низкой массой тела. — Иваново: ОАО «Издательство „Иваново"». — 2005. — 384 с.

[8] Труфакин В.А., Шурлыгина А.В. Проблемы гистофизиологии иммунной системы // Иммунология. — 2002. — № 1. — С. 4—7.

[9] Хлыстова З.С. Становление системы иммуногенеза плода человека. — М., 1987. — 256 с.

[10] Хлыстова З.С., Калинина И.И., Шмелева С.П., Рябчиков О.П. Время появления эндокринной функции тимуса человека в эмбриогенезе // Бюлл. эксперим. биол. и мед. — 2000. — № 10. — С. 453—456.

[11] Hare K.J., Jenkinson E.J., Anderson G. In vivo models of T cell development // Semin. Immunology. — 1999. — Vol. 11. — P. 3—12.

[12] Surh C. D., Sprent J. T cell apoptosis detected in situ during positive and negative selection in the thymus // Nature. — 1994. — Vol. 372. — P. 100—103.

THE CRITICAL PERIODS OF MORPHOGENESIS THYMUS AT THE EMBRIOS AND FETAL STAGES DEVELOPMENT

L.V. Kulida, L.P. Peretyatko

Ivanovo Research Institute for Maternity and Childhood n.a. V.N. Gorodkov Pobedy str., 20, Ivanovo, Russia, 153731

The analysis the structural organization of the thymus was conducted in embrios and fetuses of 22—27 weeks gestation. The features of the proliferation, differentiations thymocytes, thymic epithelial cells, microenvironment and Hassals bodies was studied. Five critical periods of development thymus at stages of embrio-, fetogenesis was defined.