身體的免疫大王--不可忽略的胸腺

胸腺是人體內重要的內分泌及免疫器官之一,在誘導淋巴細胞的生長、熟成及分化扮演著主導的角色,並可執行免疫監視作用。人類的胸腺大小和結構會隨年齡而有顯著不同,隨著老化的過程,胸腺會逐漸萎縮甚至消失,進而影響免疫功能,成為老年人易受感染及罹患癌症的原因之一。此外,科學家也發現營養不良會對免疫系統抗禦病原體會產生不利的影響,初步研究顯示與在營養不良個體內,胸腺誘導免疫反應產生不足或受損可能有關聯性。

圖片來源:Pixabay

撰文|陳淵銓

認識胸腺

胸腺(thymus gland)是一個扁平雙葉狀構造,呈橢圓形,位於人體胸骨、心包膜之間及甲狀腺下方,由呈現淡紅色或略帶黃色的薄片組織所組成。人類的胸腺大小會隨年齡而有顯著差異,最早出現於胚胎第9周,是發生最早的免疫器官。新生兒的胸腺重約15公克,至青春期達到最大約40公克,此時成為體內最重的腺體;青春期以後,胸腺隨著年齡的增長而逐漸萎縮,到了40歲以後,大約只剩10公克,胸腺的分泌能力就幾乎完全停止,而且內部組織逐漸由脂肪細胞來代替,到了70-80歲的老年期,胸腺甚至完全萎縮,幾乎完全被脂肪組織所取代,功能衰退,造成個體免疫力下降。

胸腺主要由肌肉和上皮網狀細胞構成,除了可以儲存、分泌免疫細胞和免疫分子外,亦為一種內分泌器官,分泌的激素包括胸腺激素(thymosin)、胸腺體液因子(thymic humoral factor)、胸腺因子(thymic factor)及胸腺生成素(thymopoietin),這些激素均可促進T淋巴細胞(T細胞)之成熟。

胸腺在免疫系統的功能

早期人們把胸腺和智齒、尾骨、闌尾看作一樣,認為是人體演化過程中的痕跡器官,但隨著近半世紀以來免疫學的進展,才認識到胸腺在免疫功能扮演著重要作用,與闌尾均非所謂退化無用的器官。胸腺屬於免疫系統的中央淋巴組織(初級淋巴器官),主要功能如下;

  1. 誘導淋巴細胞的分化及成熟:血液中的淋巴細胞約70-80%為T細胞,源自於骨髓的造血幹細胞後被送到胸腺,再受胸腺激素的誘導,變為成熟但尚無免疫功能的T細胞,接著被送到脾臟、淋巴結和其他次級免疫器官,受胸腺激素的影響而進一步成熟分化為輔助型、毒殺型及抑制型T細胞,分別負責各種免疫功能,包括分泌細胞激素(cytokine)、對抗外來病原體、受感染細胞、腫瘤細胞及抑制自體免疫反應等。此外,胸腺激素還能誘導B淋巴細胞(B細胞)的成熟。
  2. 執行免疫監視:胸腺在細胞發生病變的時候,會阻止這些細胞持續發生改變或者直接消滅之,可以弱化腫瘤的生成。

人在年紀越來越大時,胸腺功能會出現嚴重退化,無法持續誘導淋巴細胞的分化及成熟,並造成免疫系統對抗突變細胞的能力不足,這可能也是老年人容易受到微生物感染及罹患癌症的原因。

營養不良對胸腺功能的影響

長期以來,人們已知悉年齡及老化因素影響胸腺功能甚鉅,但除此之外,科學家另已了解到營養不良(malnutrition)也可能會對免疫系統抵禦病原體會產生不利的衝擊,而認為是各種傳染病的主要危險因子之一,包括內臟利什曼原蟲症(Visceral leishmaniasis)。胸腺雖然是營養不良和病原體感染之標的物,但是甚少有胸腺在營養不良個體內對利甚曼原蟲誘導免疫反應發生的相關研究。

在2019年,巴西研究人員在關於胸腺微環境(thymic microenvironment)受到營養不良及利什曼原蟲(Leishmaniasis infantum)影響的一項研究中,根據先前觀察到感染了利什曼原蟲的營養不良小鼠的胸腺萎縮及細胞結構、趨化因子(chemokine)水平的顯著降低,他們假設這些小鼠的胸腺微環境嚴重受損。

為了測試這一點,他們分析了胸腺的微結構,並測量了營養不良的 BALB/c小鼠(感染或未感染利什曼原蟲)間質空間(interstitial space)中的蛋白質含量。

實驗數據顯示,與未受感染的營養不良小鼠比較,營養不良的受感染小鼠表現出胸腺皮質:髓質比例(cortex:medulla ratio)顯著降低,並改變了胸腺分泌在胸腺間質液的蛋白質含量。81% 已鑑定的蛋白質由外泌體(exosome)分泌,營養不良的受感染小鼠之外泌體分泌的蛋白質顯著減少,顯示外泌體載體系統以及胸腺內通訊(intrathymic communication)在這些動物內功能失調。營養不良的受感染的小鼠也表現出參與脂質代謝和三羧酸循環(tricarboxylic acid cycle)的蛋白質含量顯著增加,意味著這是一種非增殖性的微環境(non-proliferative microenvironment)。他們接著使用流式細胞儀(Flow cytometry)作分析,結果顯示輔助型(CD4+)T細胞和毒殺型(CD8+)T細胞的任一種或兩種在小鼠體內的數目均顯著減少。

總結研究結果如下:皮質面積減少、T細胞增殖減少和蛋白質含量改變證明了胸腺微環境功能失調,其中在營養不良的動物中觀察到的胸腺萎縮會造成T細胞的移動、增殖和成熟受到損害。這些改變都可能影響局部和全身感染的控制,導致免疫系統對利什曼原蟲感染產生的反應不足或受損。

 

參考資料

  1. Losada-Barragán M, Umaña-Pérez A, Durães J, Cuervo-Escobar S, Rodríguez-Vega A, Ribeiro-Gomes FL, Berbert LR, Morgado F, Porrozzi R, Mendes-da-Cruz DA, Aquino P, Carvalho PC, Savino W, Sánchez-Gómez M, Padrón G, Cuervo P. Thymic Microenvironment Is Modified by Malnutrition and Leishmania infantum Infection Front Cell Infect Microbiol. 2019 Jul 12;9:252. doi: 10.3389/fcimb.2019.00252. eCollection 2019.
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