Введение к работе
Актуальность проблемы
Актуальность исследования взаимодействий нейроэндокринной и иммунной систем в онтогенезе определяется их ключевой ролью в поддержании гомеостаза и интеграции развивающегося организма.
Формирование отдельных структурно-функциональных элементов иммунной системы и становление специфических взаимодействий между ними не являются процессами, строго детерминированными генетически. Они характеризуются высокой функциональной лабильностью и чувствительностью ко многим регуляторным факторами, что открывает возможности для коррекции нарушений процесса развития. Исследования в этой области позволят расширить представление о механизмах развития иммунной системы и будут способствовать пониманию причин как врожденных, так и приобретенных патологий, связанных с нарушением нейроэндокрино-иммунных взаимодействий.
Согласно современным представлениям, нейромедиаторы и нейрогормоны, участвующие в регуляции определенной функции в постнатальный период, могут влиять на формирование этой функции в ходе перинатального онтогенеза. И хотя регуляторное влияние медиаторов нейроэндокринной системы на иммунитет в постнатальном онтогенезе доказано многочисленными экспериментальными и клиническими данными (Besedovsky, del Rey, 1996; Barnard et al., 2008), их роль в развитии иммунной системы освещена лишь в единичных работах. Известно, что удаление в раннем онтогенезе надпочечников или щитовидной железы приводит к необратимому подавлению тимус-зависимых функций. Подобные изменения не развиваются, если операция проведена на половозрелых животных (Fabris et al., 1995). Неонатальная блокада синтеза гонадотропин-рилизинг гормона или его рецепторов у крыс и приматов вызывает долгосрочное снижение количества лимфоцитов в тимусе, селезенке и общей циркуляции, подавление гуморального и клеточного иммунитета (Morale et al, 1991; Gould et al., 1998). В то же время установлено, что гонадотропин-рилизинг гормон включается в регуляцию иммунного ответа уже в пренатальном онтогенезе (Zakharova et al., 2000).
Остается открытым вопрос о формировании и функционировании иммунной и нейроэндокринной систем у млекопитающих с интенсивными физиологическими и биохимическими перестройками организма, в частности, в отсутствие гипоталамического аргинин-вазопрессина у мутантных крыс Brattleboro. Известно, что у крыс Brattleboro развиваются существенные морфофункциональные отклонения в системе иммунитета: ускорение возрастной инволюции тимуса и селезенки, подавление антителогенеза, подавление функциональной активности макрофагов (Захарова и др. 2001; Хегай и др., 2003). С другой стороны, в отсутствие аргинин-вазопрессина отмечено усиление активности естественных клеток-киллеров (Yirmiya et al.,
1989). В то же время формирование и функционирование Т-системы иммунитета у этих крыс остается неизученным.
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы являлось изучение особенностей развития Т-системы иммунитета и влияния медиаторов нейроэндокринной системы на эти процессы в перинатальном онтогенезе крыс. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
Изучить влияние гипоталамо-гипофизарной системы и тимических пептидов на основные механизмы регуляции численности клеточных популяций тимуса и селезенки, такие как апоптоз и пролиферация.
Исследовать в тимусе в перинатальном периоде развития динамику экспрессии иммунных протеасом как показателя становления отрицательной селекции Т-лимфоцитов.
Изучить в раннем онтогенезе особенности миграции Т-лимфоцитов из тимуса в белую пульпу селезенки для их созревания.
Оценить пролиферативный ответ Т-клеток тимуса и селезенки, индуцированный митогеном, у крыс Brattleboro с наследственным дефицитом гипоталамического аргинин-вазопрессина.
Изучить молекулярные механизмы усиления противоопухолевого иммунитета у крыс Brattleboro: экспрессию основных молекул главного комплекса гистосовместимости класса I и иммунных протеасом в динамике роста опухоли Walker 256.
Исследовать влияние дефицита моноаминов в пренатальном периоде развития на формирование Т- и В-клеточного иммунитета.
Научная новизна и практическая значимость работы
Впервые показано, что моноамины могут являться морфогенами в критичесикий период развития иммунной системы. Было установлено, что пренатальный дефицит серотонина приводит к достоверному повышению пролиферативного ответа Т-лимфоцитов тимуса и селезенки на митоген у половозрелых животных, а также к десятикратному увеличению количества антителообразующих клеток селезенки в ответ на иммунизацию тимус-зависимым антигеном; пренатальный дефицит катехоламинов вызывает подавление пролиферативного ответа на митоген Т-лимфоцитов тимуса и селезенки половозрелых животных.
Изучена возрастная динамика спонтанного апоптоза и пролиферации лимфоцитов тимуса и селезенки и впервые выявлена роль гипоталамо-гипофизарной системы в регуляции этих процессов. Показано, что выключение гипоталамуса у плодов крыс in utero приводит к усилению пролиферации клеток селезенки, а выключение гипоталамуса и гипофиза приводит к увеличению уровня пролиферации в тимусе и снижению уровня апоптоза в селезенке.
Впервые исследована динамика экспрессии иммунных протеасом в тимусе в перинатальном онтогенезе у крыс и проведен гистологический анализ их
распределения. Было показано, что иммунные протеасомы начинают экспрессироваться в тимусе уже с 18-го дня пренатального развития и к 21-му дню достигают уровня, характерного для взрослых животных. Полученные данные позволили сделать заключение о том, что становление отрицательной селекции лимфоцитов в тимусе может происходить уже в конце пренатального периода развития.
Получены новые данные об особенностях первичной миграции Т-лимфоцитов из тимуса в развивающуюся селезенку в раннем онтогенезе. Было обнаружено, что у животных в неонатальном периоде развития, в отличие от половозрелых, Т-лимфоциты, покидающие тимус, первично заселяют красную пульпу селезенки и только потом мигрируют в соответствующие зоны белой пульпы.
Обнаружены отклонения в Т-системе иммунитета у крыс Brattleboro с отсутствием гипоталамического аргинин-вазопрессина, а именно, снижение пролиферативного ответа Т-лимфоцитов на митоген в 2 раза в тимусе и в 2-4 раза в селезенке на протяжении всего постнатального периода развития. Кроме того, были выявлены новые механизмы усиления противоопухолевого иммунитета у крыс Brattleboro: в опухоли Walker 256, развивающейся у крыс Brattleboro с дефицитом аргинин-вазопрессина, восстанавливается экспрессия молекул главного комплекса гистосовместимости класса I и образуется уникальный пул протеасом, приводящие к ее регрессии.
Результаты выполненной работы могут найти практическое применение в медицине при разработке подходов к лечению патологий у беременных женщин, в частности в вопросах о возможности применения тех или иных лекарственных средств на определенных сроках беременности и их безопасности для плода. Полученные данные могут быть использованы в экспериментальной и клинической иммунологии при изучении патогенеза иммунодефицитных состояний, связанных с нарушениями секреции нейромедиаторов и нейрогормонов. Кроме того, понимание механизмов морфогенетического влияния нейромедиаторов на развитие иммунной системы открывает новые возможности для коррекции врожденных нарушений системы иммунитета на ранних этапах онтогенеза.
Результаты исследования могут быть использованы при чтении курсов лекций по физиологии развития, иммунологии, а также учитываться при проведении биомедицинских исследований.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на Иммунологическом Форуме с международным участием (Санкт-Петербург, 2008), VI симпозиуме «Химия протеолитических ферментов» (Москва, 2007), 11-й международной Пущин ской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука 21 века» (Пущино, 2007), 5-м Симпозиуме с международным участием «Физиология иммунной системы. Перспективные подходы к диагностике и терапии иммунопатологии и аллергических заболеваний» (Москва, 2006), Конференциях молодых ученых Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН (Москва, 2005, 2006, 2007, 2008), XV школе «Актуальные проблемы биологии развития»
(Звенигород, 2008), VI European Congress of Reproductive Immunology (Moskow, 2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ. Статей в журналах - 8, из них статей в журналах, соответствующих Перечню ВАК - 7, тезисов докладов в материалах конференций - 12.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 114 страницах, содержит 24 рисунка и состоит из следующих разделов: введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов исследования и обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 185 цитируемых источников.
