Hassall小体：动态且功能特化的胸腺髓质结构——从终末分化到免疫调节的多维解析

《International Journal of Molecular Sciences》：Hassall’s Corpuscles as Dynamic and Functionally Specialized Structures

　　

Hassall小体由英国医生兼解剖学家Arthur Hill Hassall于1846年首次描述。在人类胸腺的组织学观察中，研究人员发现髓质内存在独特的同心圆状上皮结构，并将其命名为"Hassall小体"。这些结构与表皮在形态和分子特征上具有相似性。由于Hassall小体表达晚期角化标志物如外皮蛋白（involucrin）、角蛋白10（keratin 10）和丝聚合蛋白（filaggrin），因此被认为由终末分化的髓质胸腺上皮细胞（medullary thymic epithelial cells, mTECs）组成。近期谱系追踪和单细胞转录组分析表明，Hassall小体起源于post-Aire mTECs，其分化被推测依赖于Aire。目前Hassall小体被视为异质性结构，在中枢耐受和调节性T细胞（regulatory T cell, Treg）发育中发挥作用。本综述总结了研究人员对Hassall小体在mTEC谱系中发育机制的最新认识，进一步描述了Hassall小体在胸腺退化与再生过程中大小和数量的动态变化。据此，研究人员提出Hassall小体不应再被简单视为退行性结构，而应被看作具有关键免疫功能的功能活性实体。

1. 引言

胸腺作为T淋巴细胞分化的主要场所，在建立功能性免疫系统中发挥核心作用。其形态上分为皮质和髓质两大区域，包含胸腺上皮细胞、间充质细胞、内皮细胞和树突状细胞等多种细胞群。Hassall小体于1846年由Arthur Hill Hassall首次报道，他在胸腺髓质中观察到同心圆状层状上皮结构。后续研究发现，Hassall小体存在于多种哺乳动物中，在人类和豚鼠中发育良好，而在小鼠和大鼠中极小，常需免疫染色才能检测。人类Hassall小体在妊娠14–16周即已出现，随后随胸腺发育在大小和数量上增加。经典组织学研究将其描述为"洋葱样"结构，直径20 μm至超过100 μm不等，中心常呈现退行性变化，可分为幼年型、未成熟型、成熟型和衰老型四种类型，或实心型和囊泡型两类。

2. Hassall小体

2.1 分子标志物与细胞组成

Hassall小体表现出与表皮细胞相似的形态特征，强表达晚期角质形成细胞分化标志物如外皮蛋白（involucrin）、角蛋白1/10（keratin 1/10）和丝聚合蛋白（filaggrin），常伴有核丢失。烟碱型乙酰胆碱受体的α3亚基在胸腺髓质和皮肤的终末分化上皮细胞中均有表达。紧密连接蛋白claudin-1和claudin-4在小鼠Hassall小体附近的mTECs中表达，促进角化上皮细胞间的黏附并维持结构完整性。Hassall小体还表达四叶草凝集素（Tetragonolobus purpureus agglutinin, TPA）配体，该凝集素可识别阶段特异性胚胎抗原-1（stage-specific embryonic antigen-1, SSEA-1，亦称Lewis x抗原或CD15）。SSEA-1是胚胎干细胞未分化状态的重要标志物。Hassall小体并非简单的上皮细胞聚集体，而是异质性结构，常含有巨噬细胞、浸润性树突状细胞（dendritic cells, DCs）、肌样细胞，偶见肥大细胞或淋巴细胞。在衰老人类胸腺中，Hassall小体内的巨噬细胞表达胰岛素样生长因子1（insulin-like growth factor 1, IGF-1）及其受体。此外，Hassall小体表达多种细胞因子，包括IL-7、CD30配体、基质细胞衍生因子1（stromal cell-derived factor 1, SDF-1）、巨噬细胞来源趋化因子和胸腺基质淋巴细胞生成素（thymic stromal lymphopoietin, TSLP）。

2.2 免疫功能

Hassall小体曾长期被视为退行性结构，现已被确认为参与中枢耐受诱导的活跃免疫单元。它们分泌TSLP，激活胸腺内CD11c⁺ DCs，进而促进CD4⁺CD8^-CD25^-胸腺细胞前体分化为Foxp3⁺调节性T细胞（Tregs），从而在Treg发育中发挥关键作用。Claudin-1可招募DCs至mTECs附近并锚定之。自身免疫调节因子（autoimmune regulator, Aire）是mTEC特异性转录因子，负责组织特异性抗原的表达和中枢耐受的诱导。在Aire敲除小鼠中，Hassall小体样结构基本缺失，这与自身反应性T细胞的阴性选择受损和Treg分化缺陷相关，表明Hassall小体通过阴性选择和Treg诱导两种途径维持中枢耐受。此外，人类胸腺组织在Hassall小体细胞内表达多种免疫球蛋白同种型（IgG、IgA、IgM、IgD和IgE）及轻链，提示其与体液免疫也存在关联。

2.3 发育起源

Hassall小体的发育与Aire⁺ mTECs的分化平行，提示它们代表post-Aire细胞群体。谱系追踪和单细胞转录组分析揭示了TECs前所未有的异质性，证明Hassall小体起源于下调Aire表达后经历终末角质形成细胞样分化的post-Aire mTECs（mTEC III）。人类post-Aire mTECs和Hassall小体产生内源性TLR4激动剂S100A8/S100A9，参与促炎微环境的诱导。肿瘤坏死因子受体超家族成员（包括CD40、LTβR和RANK）激活非经典NF-κB信号通路，调控Aire表达。RANKL-RANK信号的缺乏导致mTEC发育严重缺陷。缺乏非经典NF-κB信号组分的小鼠表现出Aire表达异常、mTEC发育缺陷和中枢耐受受损。在人类中，RelB缺陷导致胸腺发育不良伴Hassall小体显著减少。除调控Aire外，RANK信号还通过涉及STAT1磷酸化的机制诱导干扰素刺激基因。免疫组化分析显示人类胸腺Hassall小体内存在大量STAT1活化。MAPK和JAK-STAT通路的激活也可能参与Hassall小体形成，但三种MAPK家族成员在胸腺髓质内呈现不同的表达模式，其确切作用有待进一步研究。

2.4 Hassall小体与疾病

Hassall小体随年龄增长发生结构改变。在年龄相关性胸腺退化过程中，其大小和数量均下降，可能与胸腺功能衰退和免疫衰老有关。自身免疫性多腺体综合征1型（APS-1/APECED）由Aire基因突变引起，Aire缺陷小鼠模型中Hassall小体缺失与中枢耐受缺陷和自身免疫发展相关。唐氏综合征患者因21号染色体三体导致Aire⁺细胞频率增加和Hassall小体增大。免疫缺陷患者的胸腺组织中Hassall小体完全缺失。HIV感染儿童的常见胸腺异常包括退化或萎缩、胸腺炎以及以Hassall小体丢失为特征的异常退化。另一方面，胸腺增生定义为胸腺细胞数量增加，重症肌无力伴胸腺增生患者中Hassall小体数量也增加，且p53突变可检出。

3. 胸腺拟态细胞

肠道和呼吸道中的簇细胞（tuft cells）是Dclk1⁺TRPM5⁺化学感受细胞，分泌IL-25并激活2型先天淋巴样细胞（ILC2s）。表达簇细胞标志物（如Pou2f3、TRPM5、DCLK1和L1CAM）的TECs已在Hassall小体内或其周围被鉴定。胸腺簇细胞在新生儿期几乎不可检测，与周围簇细胞相比，其特征是表达L1CAM和较高水平的抗原呈递分子MHC II类及CD74。胸腺簇细胞中IL-25的表达促进NKT2细胞产生IL-4，进而影响ILC2s的发育和免疫应答。mTECs中模拟多种外周组织表型和基因表达谱的细胞统称为"拟态细胞"（mimetic cells）。mTEC IV/胸腺簇细胞起源于post-Aire mTEC，虽定位于Hassall小体内或邻近区域，但其与Hassall小体的精确关系尚不明确。

4. Hassall小体的动态变化

4.1 急性损伤/再生过程中的变化

在不同实验条件下，Hassall小体既可增多也可减少。在经X射线照射或可的松处理的豚鼠中，Hassall小体处于动态平衡：急性胸腺退化期间增加，再生后减少。猫、兔和小鼠中也观察到类似结果。全身照射小鼠中，Hassall小体在急性胸腺退化期间大小和数量均增加。通过Ccrl1:hDTR转基因小鼠选择性消融cTEC区室后，未成熟胸腺细胞群体急剧减少，同时Hassall小体发育得到促进，提示这些结构可能在胸腺再生中发挥作用。胸腺串扰对正常胸腺结构至关重要，最近证据表明TEC亚群之间也存在此类串扰，cTEC急性消融促进Hassall小体发育的机制可能涉及来自cTECs和未成熟胸腺细胞的信号调控mTEC分化。

4.2 发育驱动的TEC分化改变相关变化

TGF-β是上皮细胞分化和干细胞维持的关键调节因子。在TGFβRII条件性敲除小鼠中，年龄相关性胸腺退化得到缓解，致死照射后早期重建得以实现，并检测到显著的Hassall小体形成，提示TGF-β信号抑制Hassall小体发育并可能调控RANKL诱导的mTEC终末分化。BRCA1在胸腺中高表达，在K14-Cre;Brca1 F/F小鼠中，BRCA1条件性缺失导致Hassall小体发育增强。值得注意的是，在BRCA1敲除小鼠中，β5t⁺细胞常出现在Hassall小体附近，部分β5t⁺细胞在髓质中形成小球状结构。研究人员假设Hassall小体可能作为"摇篮"，从中产生cTEC并向皮质区域迁移。上述所有关于Hassall小体动态变化的发现均来源于豚鼠、猫、兔或小鼠的研究。

5. 近期进展

先进的三维X射线成像揭示了人类胸腺区室的结构发育，显示出生后四个月时Hassall小体约占髓质体积的25%，提示其可作为胸腺的一个独立区室。近期研究还强调了胸腺簇细胞和成纤维细胞通过激活2型免疫反应在胸腺再生中的作用。ILC2细胞通过产生效应分子促进急性胸腺退化后的mTEC分化。Hassall小体的动态行为也与急性退化后的胸腺再生相关联，探究胸腺簇细胞与Hassall小体之间的相互作用对于阐明胸腺维持和恢复机制具有重要意义。

6. 结论

单细胞RNA测序揭示的TECs显著异质性部分解释了这些结构在胸腺生理中的复杂性和功能重要性。进一步的单细胞RNA-seq分析将有助于理解Hassall小体的发育、组织和免疫功能，并阐明其对免疫耐受的贡献。未来研究有望揭示急性胸腺退化后Hassall小体形成的机制，重点关注mTEC III的分化途径和特定转录因子的参与。阐明先天免疫系统如何影响前体TECs及其分化后代，可能为调控胸腺功能提供新的治疗靶点。总之，Hassall小体正被重新定义为胸腺髓质中多功能的免疫调节单元，整合细胞、分子和空间信息的综合分析有望为胸腺生物学和中枢耐受提供新见解，并促进潜在再生疗法的发展。