广州第一军医大学 郭明秋教授
胸腺是T细胞分化、成熟的场所，骨髓来源的前胸腺细胞，即前T细胞(Pre-T)进入胸腺后成为胸腺细胞，在胸腺微环境中发育分化，经过阳性选择和阴性选择，最后分化为能识别自身MHC分子和异己抗原的成熟CD4+或CD8+T淋巴细胞。胸腺基质细胞分泌的胸腺激素、细胞因子及粘附分子，构成胸腺细胞发育极其重要的微环境，并与神经内分泌系统构成互相调节的网络。胸腺生成素是一种重要的胸腺激素，对胸腺细胞的分化生长具有重要的调节作用，胸腺五肽是胸腺生成素的功能活性部分，对因年龄或应激损伤等因素造成的胸腺萎缩、功能下降及免疫功能失调有重要的调节作用。
一、胸腺的结构
胸腺表面有结缔组织被膜，被膜伸入实质形成小梁，将胸腺分隔成许多胸腺小叶，是胸腺的基本结构单位。胸腺小叶的外周是皮质，中心为髓质，皮质又分为外皮质层（即浅皮质层）和深皮质层。胸腺实质是由胸腺细胞和胸腺基质细胞组成，前者属于不同发育阶段的T-细胞，后者则包括上皮细胞、树突状细胞和巨噬细胞等。外皮质层中有较幼稚的前胸腺细胞（即前T细胞）和一种特殊的胸腺上皮细胞，称为胸腺哺育细胞（thymus nursecells, TNCs）其胞质内有数个至数十个不等的胸腺细胞，电镜观察可见胸腺细胞从胸腺哺育细胞膜的少数几个孔中迁入和移出。深皮质层内主要是小的皮质胸腺细胞，也有胸腺上皮细胞和树突细胞。髓质中有髓质胸腺细胞，可发育为成熟的T细胞，另外也有胸腺上皮细胞等基质细胞。在正常的胸腺髓质内还可见到一种圆形的环状结构，称为胸腺小体或哈氏小体（Hassall’s corpusle），它的存在是胸腺发育正常的标志，但功能尚未阐明。
二、胸腺的功能
现已证明，胸腺是T细胞分化、成熟的场所，也是机体形成对自身抗原耐受性的主要器官，胸腺上皮细胞等基质细胞产生的多种胸腺激素和细胞因子是构成胸腺微环境的主要因素，在T细胞的分化和调节中起重要的作用。
（一）构成T细胞分化成熟的微环境
胸腺是T细胞发育的主要场所。骨髓来源的前T细胞在胸腺微环境作用下逐步发育成熟。胸腺微环境是指由胸腺基质细胞及其所分泌因子组成的哺育T细胞成熟的胸腺内环境。现已知胸腺基质细胞由多种细胞组成，包括胸腺上皮细胞、巨噬细胞、树突状细胞、并指状细胞、哺育细胞、成纤维细胞和网状细胞等，它们具有各自的功能，并相互连接成网状结构，形成胸腺微环境，培育具有免疫活性的T细胞并将其诱导分化为各种T细胞亚群。
目前了解，以胸腺上皮细胞为主的胸腺基质细胞产生多种肽类胸腺激素，如胸腺素（Thymosin）、胸腺生成素（thymopoietin）、胸腺刺激素（thymulin）、淋巴细胞刺激因子（lymphocyte slimulating factor）和胸腺体液因子（thymic humoral factor）等。这些胸腺激素作用于胸腺细胞，诱导T细胞表面标志的出现，促使胸腺细胞成熟为T细胞并分化成亚群而获得免疫活性。胸腺基质细胞还可分泌多种细胞因子，如IL-1、IL-3、IL-6、IL-7、白血病抑制因子和集落刺激因子（CSF）等，它们也都有促使胸腺细胞增殖、分化和成熟的功能，此外，胸腺细胞自身也可分泌多种因子（如IL-1、IL-2、IL-4和IL-6等）对细胞的分化进行调节。
除分泌上述介质外，胸腺基质细胞与胸腺细胞之间通过表面分子的相互作用，也影响胸腺细胞的发育、成熟和获得功能。例如膜表面表达主要组织相容性复合体（MHC）分子的哺育细胞，与胸腺细胞相互作用，使T细胞获得MHC限制性和区分“自己”与“异己”的功能。另外，胸腺基质细胞上表达的许多粘附分子-1（ICAM-1），与T细胞表面相应配体（如CD2、LFA-1）相互作用，在促进T细胞的分化发育中起到重要的作用。
（二）胸腺是T细胞分化、成熟的场所
1．胸腺细胞的发育阶段 当来自胚肝或骨髓的前T细胞（pre-T）进入胸腺后，T细胞在胸腺的发育可分为三个阶段，即早期T细胞发育为双阴性细胞，其主要表型为CD4-和CD8-，故称为双阴性细胞（DN），第二阶段在皮质区受胸腺哺育细胞（TNCs）哺育开始按顺序重排γ、δ、β、αT细胞受体（TCR）基因，最终产生两个主要的T细胞群：γδTCR T细胞和αβTCR T细胞，前者继续保持双阴性，离开胸腺后在三级淋巴组织中进一步分化，后者转化为双阳性细胞（DP），其表型为CD4+和CD8+。第三阶段为DP细胞经阳性和阴性选择过程，分化为具有免疫功能的成熟T细胞，只表达CD4+和CD8+，故称为单阳性细胞（SP），然后迁出胸腺，移居于周围淋巴器官。
2．胸腺选择过程 主要发生在DP阶段，此时TCRαβ基因重排、转录及表达，形成TCRαβ-CD3复合分子，并具有识别配基（自身MHC分子+自身抗原分子）的功能。DP细胞与不同胸腺基质细胞相互作用，可导致不同的结果。
（1）阳性选择 主要发生在DP细胞与皮质型上皮细胞之间的相互作用。凡TCR与自身MHC分子有亲和性的胸腺细胞可与之结合导致克隆增殖，而无亲和性的胸腺细胞将导致死亡。在此过程中大部分DP细胞死亡，只有小部分DP细胞存活并增殖。此过程可排除所有非己MHC限制性T细胞克隆，保存自身MHC限制性T细胞克隆和潜在的有害的自身反应性T细胞克隆。阳性选择可使DP细胞分化为SP细胞（CD4+CD8-或CD4-CD8+）。
（2）阴性选择 主要发生于DP细胞与胸腺内巨噬细胞，树突状细胞或髓质上皮细胞间的相互作用。胸腺细胞TCR与上述细胞上的自身抗原——自身MHC复合物有高亲合性者结合，可导致自身反应性T细胞克隆死亡并排除，称为克隆排除（clonal deletion）或克隆存在但受抑制不能活化，称为克隆不应答（clonal anergy）。经胸腺阴性选择作用后，排除了自身反应性T细胞克隆，只有识别非己抗原与自身MHＣ分子结合的T细胞克隆存活，并由DP（CD4+和CD8+）细胞分化为具有功能的单阳性（SP）细胞（CD4+和CD8+T细胞）。所以成熟的T细胞库表现为自身MHC限制性和自身耐受两种性征。
经过胸腺的阳性选择和阴性选择以后，95%以上的胸腺细胞通过凋亡的途径死亡，只有不到5%的胸腺细胞最后发育为成熟的CD4+和CD8+T细胞，最后迁移出胸腺，进入外周淋巴组织或循环，这些成熟的T细胞具有正常的免疫功能。
三、胸腺—神经内分泌网络
免疫系统与神经内分泌系统之间存在双向调节关系，胸腺作为免疫系统中枢器官和内分泌器官的双重角色在神经内分泌网络中有特殊重要的作用。近年来，随着对胸腺和神经内分泌系统研究的深入提出了胸腺—神经内分泌网络的概念。
（一）神经系统对胸腺功能的调控作用
胸腺有较复杂的神经分布，主要受植物神经支配。迷走神经、膈神经、喉下神经和舌下神经降支均发出纤维到达胸腺。人胎儿11周时胸腺中即出现神经纤维，22周时皮质和髓质均有神经纤维分布，出生后至少可维持15年。胸腺的神经分布对胸腺功能有重要的意义，当生理性退化或因严重疾患导致胸腺意外退化时，总伴有神经纤维分布缺失。体外培养的胸腺细胞用儿茶酚胺处理后，可影响胸腺细胞的分化和生长。裸鼠胸腺不能正常发育与交感神经的抑制作用有关，新生鼠用β受体阻断剂处理后可阻止胸腺的正常发育。已证明胸腺细胞具有β-肾上腺素受体，胸腺上皮细胞有乙酰胆碱受体，这从另一方面提示了植物神经对胸腺的调节作用。中枢神经系统对免疫功能也有调控作用，并且脑的不同部位对胸腺功能调控作用不同，另外发现，垂体和下丘脑等脑组织提取液及脑啡肽等可促进胸腺细胞自发增殖和调节胸腺激素的分泌。因此，神经系统可通过神经分布、神经递质和活性因子直接或间接地调节胸腺功能。
（二）内分泌系统对胸腺功能的调节作用
垂体及其激素对胸腺具有重要调节作用，去垂体大鼠或先天性垂体低下症的Snell侏儒小鼠，均有胸腺萎缩和外周T细胞功能降低；用生长激素（GH）治疗垂体低下症患者可恢复其低下的细胞免疫功能。还发现外源性GH能有效地重建衰老的胸腺功能。甲状腺功能低下或亢进可分别使胸腺体积缩小或增大，正常动物给予甲状腺制剂后，中枢及外周淋巴器官体积增大，胸腺向外周输出的T细胞增多。另外，三碘甲腺原氨酸（T3）在体外能促进胸腺上皮细胞分泌活性因子，说明甲状腺激素对胸腺的免疫功能和内分泌功能均有促进作用。胸腺细胞和胸腺上皮细胞均有糖皮质激素受体，应激时肾上腺皮质激素增加可使胸腺和淋巴组织萎缩，皮质激素处理正常动物可使胸腺细胞排空，而摘除肾上腺后胸腺则增生。性激素可影响胸腺的功能，胸腺上皮细胞等基质细胞中有性激素受体，性激素与这些受体结合后可调节胸腺激素的产生以致影响胸腺细胞的分化成熟。
（三）胸腺及其激素对神经内分泌系统的影响
胸腺可以影响神经内分泌系统的功能，新生期去胸腺小鼠或裸鼠下丘脑组织的激素含量改变，甲硫脑啡肽含量降低。青年猴去胸腺后血浆β-内啡肽降低，注射胸腺素F5（一种胸腺肽混合物）可使β-内啡肽增加。给新生期去胸腺小鼠或裸鼠注射胸腺提取物或移植胸腺，可使垂体组织学异常得到改善，垂体激素含量增加。一般认为，胸腺对于下丘脑垂体系统的神经内分泌功能的正常发育是不可缺少的，这在生命的早期显得更加重要。胸腺对甲状腺也有作用，注射胸腺提取物使甲状腺增生，去胸腺使甲状腺重量减轻，甲状腺激素T3、T4水平降低。胸腺通过下丘脑——垂体——肾上腺皮质轴对肾上腺皮质功能有间接影响。新生期去胸腺小鼠或裸鼠生殖功能明显降低，青春期延迟，卵巢重量减轻，血清性激素水平和受孕率降低，胸腺激素能提高血清性水平，因此，胸腺对生殖系统也有重要影响，并认为胸腺的存在对雌性动物的生殖内分泌是必不可少的。此外，胸腺本身也产生神经内分泌激素，大鼠的胸腺提取物中有阿片肽样肽类成分，Geenen等从胸腺组织中提取垂体后叶的催产素，且其浓度远高出循环水平，接着用分子杂交的方法证明人胸腺中存在加压素和催产素的mRNA，并证实这两种神经激素是在胸腺上皮细胞中合成的。因而有理由认为，胸腺也可看成神经内分泌器官。
人工合成的胸腺五肽（Thymopentin, TP-5）与胸腺生成素Ⅱ（Thymopoietin Ⅱ）的32-36位氨基酸顺序相同，是胸腺生成素Ⅱ的功能活性部分，最近发现，TP-5能阻断应激时肾上腺皮质激素的反应，增强机体的抗应激能力。另外，TP-5能特异性地与乙酰胆碱受体（nAchR）结合，具有类似非竞争性阻断剂作用，在神经肌肉接头处阻断乙酰胆碱（Ach）与nAchR的结合，诱导nAchR缓慢失活。TP-5还能通过调节肾上腺嗜铬细胞的nAchR使去甲肾上腺素分泌减少。
四、年龄和应激损伤对胸腺功能的影响
（一）年龄对胸腺的影响
随着年龄的逐渐增大，老年人免疫系统功能下降，年龄增长对免疫系统的影响，特别是对胸腺的影响非常明显。新生儿胸腺重量为10-15g，出生后2年迅速增大，至青春期达高峰，可重达30-40g，青春期后开始缓慢退化，至中年前一直保持每年3%的速度递减，中年后则以每年不到1%的速度减少，按这个速度推算，胸腺功能到120岁才能完全退化。随着年龄增长胸腺体积缩小的同时伴随着胸腺结构的变化，小孩的胸腺结缔组织和脂肪细胞小，而老年人的胸腺组织则大部分由结缔组织和脂肪组织代替，此时尽管老年人的胸腺重量还有15g以上，但真正的胸腺细胞则已很少，因上随着年龄的增长，胸腺细胞数量减少比重量养活更为明显。胸腺萎缩以皮质最为明显，皮质中CD4+CD8+胸腺细胞数量下降，髓质中CD4+CD8-、D4- CD8+胸腺细胞也下降。除胸腺萎缩、细胞减少外，残留的胸腺组织效率低下，胸腺细胞IL-2受体（IL-2R）表达下降，对丝裂原的增殖反应减弱，产生的T细胞减少，如老年鼠（24月龄）的胸腺产生的T细胞仅是新生鼠的0.7%。因此，胸腺萎缩可使外周的T细胞数量减少，从而使细胞免疫功能下降。
胸腺随着年龄的增长而退化的机制尚未明了，可能与神经内分泌有关。性成熟期胸腺开始退化，而去除性腺可使胸腺增生肥大，正常动物给予性激素可使胸腺萎缩，说明胸腺退化可能跟性激素的分泌有关。用生长激素（Gli）和甲状腺激素治疗也可使老年动物的胸腺功能恢复，而随着年龄的增长，GH和甲状腺激素分泌下降，也可能与胸腺退化有关。
胸腺萎缩时，胸腺细胞及胸腺基质细胞减少，分泌活性明显衰退，体内胸腺激素水平随之下降，免疫功能低下，易发生肿瘤及自身免疫性疾病，对各种感染的抵抗力下降。给老年动物移植新生期胸腺或注射胸腺激素（胸腺素、胸腺生成素等），可使因衰老而降低的免疫功能恢复活力。胸腺五肽（TP-5）是胸腺生成素Ⅱ的功能活性部分，能促进胸腺细胞的生长和分化，使失衡的免疫功能正常化，因而可用TP-5调节因年龄因素而减退的胸腺功能及其引起的免疫功能低下。
（二）应激对胸腺的影响
各种应激，如严重感染、创伤、高温、高渗、缺氧、辐射和氧化应激等都能引起免疫器官的损伤。胸腺对应激很敏感，应激损伤能影响胸腺细胞发育，诱导胸腺细胞凋亡，引起胸腺萎缩，胸腺细胞数量下降，其中胸腺皮质萎缩最明显，减少的胸腺细胞主要为4+CD8+双阳性胸腺细胞。胸腺细胞减少，可能与到下几个因素有关：（1）应激引起的骨髓多能干细胞减少，从而进入胸腺的前T细胞（pre-T）减少；（2）应激时通过产生的糖皮质激素（GC）、前列腺素E2（PGE2）、TNF-α、活性氧等多种效应分子介导胸腺细胞凋亡；（3）应激通过神经酰胺途径活化白介素-1β转化敏（ICE）介导胸腺细胞凋亡；（4）应激时诱导胸腺细胞表达CD95（Fas）分子，以及通过CD3介导胸腺细胞凋亡。
应激除造成细胞损伤外，还能诱导一些保护胸腺细胞的机制，如应激时合成的热休克蛋白能降低细胞对应激损伤的敏感性，增强细胞对应激损伤的抵抗力。应激也通过神经酰胺信号途径激活视网膜母细胞瘤基因产物（Rb），导致受损细胞生长周期停止，分化增殖中断，使受损的细胞得以修复，防止应激状态进一步损伤细胞。另外，应激信号激酶（stress-signalling-kinase）Sek1能保护胸腺细胞免于CD95（Fas）和CD3介导的凋亡，这提示，Sek1是介导T细胞发育过程中免于死亡的信号。值得注意的是，一氧化氮既能诱导胸腺细胞凋亡，也能抑制胸腺细胞的凋亡，其对凋亡的抑制可能与热休克蛋白的合成有关。
对应激造成的胸腺细胞损伤，可通过减少糖皮质激素的分泌及作用，以及提高超氧化物歧化酶（SOD）的水平等来加以保护。如大鼠烧伤应激前，给予糖皮质激素阻断剂Ru486或切除肾上腺，能抑制烧伤诱导的胸腺细胞凋亡。胸腺五肽（TP-5）是一种免疫调节剂，除能恢复受损的免疫功能外，还能通过阻断应激时的肾上腺皮质激素反应，增强机体的抗应激能力。此外，TP-5还具有抗辐射应激作用，并能通过提高血中超氧化物歧化酶的水平来增强抗氧化应激作用。
五、胸腺五肽对胸腺及免疫功能的调节作用
（一）胸腺五肽对胸腺的调节作用
年龄和各种应激损伤引起胸腺萎缩，胸腺细胞和胸腺基质细胞数量减少，胸腺产生的胸腺激素（胸腺素、胸腺生成素等）和细胞因子也逐渐减少，胸腺微环境遭到破坏。已知胸腺生成素等胸腺激素的参与T细胞在胸腺中的分化，因此胸腺素的减少使胸腺萎缩进一步加重，功能更加低下，胸腺依赖性免疫功能也更低下，使机体易发生肿瘤，自身免疫性疾病，对病毒、真菌和细菌的抵抗力下降。胸腺五肽是胸腺生成素Ⅱ的功能活性部分，能使机体失衡的免疫功能正常化，促进胸腺细胞的生长和分化，因此，可应用TP-5调节因年龄或其他因素减退的胸腺功能。化学致癌剂DMBA造成的胸腺损伤与因年龄关系形成的胸腺变化十分相似，表现为T细胞IL-2R表达下降，胸腺细胞丝裂原反应减弱；细胞免疫和体液免疫受到抑制；胸腺淋巴细胞亚群CD4+ CD8+、CD4+CD8-细胞数量下降，胸腺体积缩小，以胸腺皮质萎缩最明显，微环境遭到破坏。由于胸腺功能低下，免疫监视功能削弱，DMBA能诱导60%-70%的大鼠形成乳腺癌。但如在DMBA灌胃前一周开始皮下注射，则能明显改善DMBA造成的免疫功能低下和抑制肿瘤生长，表现为胸腺细胞和脾细胞对ConA和PHA刺激的增殖反应加强，胸腺CD4+CD8+和CD4+ CD8-淋巴细胞亚群数量以及IL-2R表达量增加，尤其是TP-5几乎能完全阻止DMBA引起的胸腺萎缩，并能明显延迟肿瘤的出现和生长。可见TP-5对年龄和各种损伤造成的胸腺萎缩及功能减退具有重要的调节作用。
（二）胸腺五肽对免疫功能的调节
TP-5能调节和提高受损的细胞免疫功能。发现HIV感染的病人，心肺大手术后，老年病人及肿瘤病人细胞免疫功能受损，Th/Ts细胞亚群比例下降，同时Th细胞亚群的Th1细胞分泌的IL-2、IFN-γ、INF-α等细胞因子减少，相反，Th2分泌的IL-4、IL-10浓度却上升，使病人的细胞免疫功能降低。体外实验证实，TP-5尽管对正常幼年及成年鼠的Th1、Th2细胞产生细胞因子无影响，但却能明显促进老年鼠脾细胞产生IL-2、IFN-γ和INF-α。体内实验也证实TP-5皮下注射能使所有老年鼠产生IL-2、IFN-γ和INF-α显著增强，同时降低老年鼠的IL-4水平，使老年鼠下降的细胞免疫功能得以恢复。因此，给老年鼠注射TP-5，能提高机体对感染的抵抗力。实验性损伤鼠模型应用TP-5后，也由于提高IL-2水平和降低IL-4水平，增强了对细菌的抵抗力，从而使死亡率下降。此外，临床实验研究表明，由于TP-5能提高受损的细胞免疫功能，故能使无症状的HIV携带者CD4+T细胞水平上升，延缓或阻止疾病的恶性发展；反复复发性单纯性疱疹、带状疱疹以及人类乳头瘤病毒感染具有治疗作用，并能使这些病毒的再感染间期显著延长；对放射损伤、创伤、手术感染等应激情况能引起机体免疫功能下降，具有明显的保护作用。此外，TP-5还能预防慢性支气管炎和泌尿系统的感染，辅助EPO治疗慢性肾衰性贫血。
TP-5不仅能提高受损的细胞免疫功能，还能纠正过强的免疫功能，从而治疗一些自身免疫性疾病，如类风湿性关节炎（RA）、系统性红斑狼疮和多发性硬化等。发现RA患者体内Ts细胞过少，或关节局部的Ts细胞过少，不足以控制Th细胞的功能，使得巨噬细胞产生过量的IL-1及B细胞过度产生抗体，最终导致组织损伤、软骨破坏。现有的治疗RA的药物大都有较大的毒副作用，且效果不理想。TP-5因其较好的免疫调节作用和无副作用而成为有价值的治疗RA药物。此外发现，TP-5使变应性皮炎（AD）患者外周血单核细胞分泌IFN-γ水平上升，IL-4水平下降，使得IL-4刺激的IgE合成也减少。从而减轻AD患者的临床症状。
综上所述，TP-5是一种有独特生物学作用的免疫调节剂，它对机体免疫功能具有双向调节作用，即能使过强或受到抑制的免疫反应恢复正常。
胸腺是T细胞分化、成熟的场所，骨髓来源的前胸腺细胞，即前T细胞(Pre-T)进入胸腺后成为胸腺细胞，在胸腺微环境中发育分化，经过阳性选择和阴性选择，最后分化为能识别自身MHC分子和异己抗原的成熟CD4+或CD8+T淋巴细胞。胸腺基质细胞分泌的胸腺激素、细胞因子及粘附分子，构成胸腺细胞发育极其重要的微环境，并与神经内分泌系统构成互相调节的网络。胸腺生成素是一种重要的胸腺激素，对胸腺细胞的分化生长具有重要的调节作用，胸腺五肽是胸腺生成素的功能活性部分，对因年龄或应激损伤等因素造成的胸腺萎缩、功能下降及免疫功能失调有重要的调节作用。
一、胸腺的结构
胸腺表面有结缔组织被膜，被膜伸入实质形成小梁，将胸腺分隔成许多胸腺小叶，是胸腺的基本结构单位。胸腺小叶的外周是皮质，中心为髓质，皮质又分为外皮质层（即浅皮质层）和深皮质层。胸腺实质是由胸腺细胞和胸腺基质细胞组成，前者属于不同发育阶段的T-细胞，后者则包括上皮细胞、树突状细胞和巨噬细胞等。外皮质层中有较幼稚的前胸腺细胞（即前T细胞）和一种特殊的胸腺上皮细胞，称为胸腺哺育细胞（thymus nursecells, TNCs）其胞质内有数个至数十个不等的胸腺细胞，电镜观察可见胸腺细胞从胸腺哺育细胞膜的少数几个孔中迁入和移出。深皮质层内主要是小的皮质胸腺细胞，也有胸腺上皮细胞和树突细胞。髓质中有髓质胸腺细胞，可发育为成熟的T细胞，另外也有胸腺上皮细胞等基质细胞。在正常的胸腺髓质内还可见到一种圆形的环状结构，称为胸腺小体或哈氏小体（Hassall’s corpusle），它的存在是胸腺发育正常的标志，但功能尚未阐明。
二、胸腺的功能
现已证明，胸腺是T细胞分化、成熟的场所，也是机体形成对自身抗原耐受性的主要器官，胸腺上皮细胞等基质细胞产生的多种胸腺激素和细胞因子是构成胸腺微环境的主要因素，在T细胞的分化和调节中起重要的作用。
（一）构成T细胞分化成熟的微环境
胸腺是T细胞发育的主要场所。骨髓来源的前T细胞在胸腺微环境作用下逐步发育成熟。胸腺微环境是指由胸腺基质细胞及其所分泌因子组成的哺育T细胞成熟的胸腺内环境。现已知胸腺基质细胞由多种细胞组成，包括胸腺上皮细胞、巨噬细胞、树突状细胞、并指状细胞、哺育细胞、成纤维细胞和网状细胞等，它们具有各自的功能，并相互连接成网状结构，形成胸腺微环境，培育具有免疫活性的T细胞并将其诱导分化为各种T细胞亚群。
目前了解，以胸腺上皮细胞为主的胸腺基质细胞产生多种肽类胸腺激素，如胸腺素（Thymosin）、胸腺生成素（thymopoietin）、胸腺刺激素（thymulin）、淋巴细胞刺激因子（lymphocyte slimulating factor）和胸腺体液因子（thymic humoral factor）等。这些胸腺激素作用于胸腺细胞，诱导T细胞表面标志的出现，促使胸腺细胞成熟为T细胞并分化成亚群而获得免疫活性。胸腺基质细胞还可分泌多种细胞因子，如IL-1、IL-3、IL-6、IL-7、白血病抑制因子和集落刺激因子（CSF）等，它们也都有促使胸腺细胞增殖、分化和成熟的功能，此外，胸腺细胞自身也可分泌多种因子（如IL-1、IL-2、IL-4和IL-6等）对细胞的分化进行调节。
除分泌上述介质外，胸腺基质细胞与胸腺细胞之间通过表面分子的相互作用，也影响胸腺细胞的发育、成熟和获得功能。例如膜表面表达主要组织相容性复合体（MHC）分子的哺育细胞，与胸腺细胞相互作用，使T细胞获得MHC限制性和区分“自己”与“异己”的功能。另外，胸腺基质细胞上表达的许多粘附分子-1（ICAM-1），与T细胞表面相应配体（如CD2、LFA-1）相互作用，在促进T细胞的分化发育中起到重要的作用。
（二）胸腺是T细胞分化、成熟的场所
1．胸腺细胞的发育阶段 当来自胚肝或骨髓的前T细胞（pre-T）进入胸腺后，T细胞在胸腺的发育可分为三个阶段，即早期T细胞发育为双阴性细胞，其主要表型为CD4-和CD8-，故称为双阴性细胞（DN），第二阶段在皮质区受胸腺哺育细胞（TNCs）哺育开始按顺序重排γ、δ、β、αT细胞受体（TCR）基因，最终产生两个主要的T细胞群：γδTCR T细胞和αβTCR T细胞，前者继续保持双阴性，离开胸腺后在三级淋巴组织中进一步分化，后者转化为双阳性细胞（DP），其表型为CD4+和CD8+。第三阶段为DP细胞经阳性和阴性选择过程，分化为具有免疫功能的成熟T细胞，只表达CD4+和CD8+，故称为单阳性细胞（SP），然后迁出胸腺，移居于周围淋巴器官。
2．胸腺选择过程 主要发生在DP阶段，此时TCRαβ基因重排、转录及表达，形成TCRαβ-CD3复合分子，并具有识别配基（自身MHC分子+自身抗原分子）的功能。DP细胞与不同胸腺基质细胞相互作用，可导致不同的结果。
（1）阳性选择 主要发生在DP细胞与皮质型上皮细胞之间的相互作用。凡TCR与自身MHC分子有亲和性的胸腺细胞可与之结合导致克隆增殖，而无亲和性的胸腺细胞将导致死亡。在此过程中大部分DP细胞死亡，只有小部分DP细胞存活并增殖。此过程可排除所有非己MHC限制性T细胞克隆，保存自身MHC限制性T细胞克隆和潜在的有害的自身反应性T细胞克隆。阳性选择可使DP细胞分化为SP细胞（CD4+CD8-或CD4-CD8+）。
（2）阴性选择 主要发生于DP细胞与胸腺内巨噬细胞，树突状细胞或髓质上皮细胞间的相互作用。胸腺细胞TCR与上述细胞上的自身抗原——自身MHC复合物有高亲合性者结合，可导致自身反应性T细胞克隆死亡并排除，称为克隆排除（clonal deletion）或克隆存在但受抑制不能活化，称为克隆不应答（clonal anergy）。经胸腺阴性选择作用后，排除了自身反应性T细胞克隆，只有识别非己抗原与自身MHＣ分子结合的T细胞克隆存活，并由DP（CD4+和CD8+）细胞分化为具有功能的单阳性（SP）细胞（CD4+和CD8+T细胞）。所以成熟的T细胞库表现为自身MHC限制性和自身耐受两种性征。
经过胸腺的阳性选择和阴性选择以后，95%以上的胸腺细胞通过凋亡的途径死亡，只有不到5%的胸腺细胞最后发育为成熟的CD4+和CD8+T细胞，最后迁移出胸腺，进入外周淋巴组织或循环，这些成熟的T细胞具有正常的免疫功能。
三、胸腺—神经内分泌网络
免疫系统与神经内分泌系统之间存在双向调节关系，胸腺作为免疫系统中枢器官和内分泌器官的双重角色在神经内分泌网络中有特殊重要的作用。近年来，随着对胸腺和神经内分泌系统研究的深入提出了胸腺—神经内分泌网络的概念。
（一）神经系统对胸腺功能的调控作用
胸腺有较复杂的神经分布，主要受植物神经支配。迷走神经、膈神经、喉下神经和舌下神经降支均发出纤维到达胸腺。人胎儿11周时胸腺中即出现神经纤维，22周时皮质和髓质均有神经纤维分布，出生后至少可维持15年。胸腺的神经分布对胸腺功能有重要的意义，当生理性退化或因严重疾患导致胸腺意外退化时，总伴有神经纤维分布缺失。体外培养的胸腺细胞用儿茶酚胺处理后，可影响胸腺细胞的分化和生长。裸鼠胸腺不能正常发育与交感神经的抑制作用有关，新生鼠用β受体阻断剂处理后可阻止胸腺的正常发育。已证明胸腺细胞具有β-肾上腺素受体，胸腺上皮细胞有乙酰胆碱受体，这从另一方面提示了植物神经对胸腺的调节作用。中枢神经系统对免疫功能也有调控作用，并且脑的不同部位对胸腺功能调控作用不同，另外发现，垂体和下丘脑等脑组织提取液及脑啡肽等可促进胸腺细胞自发增殖和调节胸腺激素的分泌。因此，神经系统可通过神经分布、神经递质和活性因子直接或间接地调节胸腺功能。
（二）内分泌系统对胸腺功能的调节作用
垂体及其激素对胸腺具有重要调节作用，去垂体大鼠或先天性垂体低下症的Snell侏儒小鼠，均有胸腺萎缩和外周T细胞功能降低；用生长激素（GH）治疗垂体低下症患者可恢复其低下的细胞免疫功能。还发现外源性GH能有效地重建衰老的胸腺功能。甲状腺功能低下或亢进可分别使胸腺体积缩小或增大，正常动物给予甲状腺制剂后，中枢及外周淋巴器官体积增大，胸腺向外周输出的T细胞增多。另外，三碘甲腺原氨酸（T3）在体外能促进胸腺上皮细胞分泌活性因子，说明甲状腺激素对胸腺的免疫功能和内分泌功能均有促进作用。胸腺细胞和胸腺上皮细胞均有糖皮质激素受体，应激时肾上腺皮质激素增加可使胸腺和淋巴组织萎缩，皮质激素处理正常动物可使胸腺细胞排空，而摘除肾上腺后胸腺则增生。性激素可影响胸腺的功能，胸腺上皮细胞等基质细胞中有性激素受体，性激素与这些受体结合后可调节胸腺激素的产生以致影响胸腺细胞的分化成熟。
（三）胸腺及其激素对神经内分泌系统的影响
胸腺可以影响神经内分泌系统的功能，新生期去胸腺小鼠或裸鼠下丘脑组织的激素含量改变，甲硫脑啡肽含量降低。青年猴去胸腺后血浆β-内啡肽降低，注射胸腺素F5（一种胸腺肽混合物）可使β-内啡肽增加。给新生期去胸腺小鼠或裸鼠注射胸腺提取物或移植胸腺，可使垂体组织学异常得到改善，垂体激素含量增加。一般认为，胸腺对于下丘脑垂体系统的神经内分泌功能的正常发育是不可缺少的，这在生命的早期显得更加重要。胸腺对甲状腺也有作用，注射胸腺提取物使甲状腺增生，去胸腺使甲状腺重量减轻，甲状腺激素T3、T4水平降低。胸腺通过下丘脑——垂体——肾上腺皮质轴对肾上腺皮质功能有间接影响。新生期去胸腺小鼠或裸鼠生殖功能明显降低，青春期延迟，卵巢重量减轻，血清性激素水平和受孕率降低，胸腺激素能提高血清性水平，因此，胸腺对生殖系统也有重要影响，并认为胸腺的存在对雌性动物的生殖内分泌是必不可少的。此外，胸腺本身也产生神经内分泌激素，大鼠的胸腺提取物中有阿片肽样肽类成分，Geenen等从胸腺组织中提取垂体后叶的催产素，且其浓度远高出循环水平，接着用分子杂交的方法证明人胸腺中存在加压素和催产素的mRNA，并证实这两种神经激素是在胸腺上皮细胞中合成的。因而有理由认为，胸腺也可看成神经内分泌器官。
人工合成的胸腺五肽（Thymopentin, TP-5）与胸腺生成素Ⅱ（Thymopoietin Ⅱ）的32-36位氨基酸顺序相同，是胸腺生成素Ⅱ的功能活性部分，最近发现，TP-5能阻断应激时肾上腺皮质激素的反应，增强机体的抗应激能力。另外，TP-5能特异性地与乙酰胆碱受体（nAchR）结合，具有类似非竞争性阻断剂作用，在神经肌肉接头处阻断乙酰胆碱（Ach）与nAchR的结合，诱导nAchR缓慢失活。TP-5还能通过调节肾上腺嗜铬细胞的nAchR使去甲肾上腺素分泌减少。
四、年龄和应激损伤对胸腺功能的影响
（一）年龄对胸腺的影响
随着年龄的逐渐增大，老年人免疫系统功能下降，年龄增长对免疫系统的影响，特别是对胸腺的影响非常明显。新生儿胸腺重量为10-15g，出生后2年迅速增大，至青春期达高峰，可重达30-40g，青春期后开始缓慢退化，至中年前一直保持每年3%的速度递减，中年后则以每年不到1%的速度减少，按这个速度推算，胸腺功能到120岁才能完全退化。随着年龄增长胸腺体积缩小的同时伴随着胸腺结构的变化，小孩的胸腺结缔组织和脂肪细胞小，而老年人的胸腺组织则大部分由结缔组织和脂肪组织代替，此时尽管老年人的胸腺重量还有15g以上，但真正的胸腺细胞则已很少，因上随着年龄的增长，胸腺细胞数量减少比重量养活更为明显。胸腺萎缩以皮质最为明显，皮质中CD4+CD8+胸腺细胞数量下降，髓质中CD4+CD8-、D4- CD8+胸腺细胞也下降。除胸腺萎缩、细胞减少外，残留的胸腺组织效率低下，胸腺细胞IL-2受体（IL-2R）表达下降，对丝裂原的增殖反应减弱，产生的T细胞减少，如老年鼠（24月龄）的胸腺产生的T细胞仅是新生鼠的0.7%。因此，胸腺萎缩可使外周的T细胞数量减少，从而使细胞免疫功能下降。
胸腺随着年龄的增长而退化的机制尚未明了，可能与神经内分泌有关。性成熟期胸腺开始退化，而去除性腺可使胸腺增生肥大，正常动物给予性激素可使胸腺萎缩，说明胸腺退化可能跟性激素的分泌有关。用生长激素（Gli）和甲状腺激素治疗也可使老年动物的胸腺功能恢复，而随着年龄的增长，GH和甲状腺激素分泌下降，也可能与胸腺退化有关。
胸腺萎缩时，胸腺细胞及胸腺基质细胞减少，分泌活性明显衰退，体内胸腺激素水平随之下降，免疫功能低下，易发生肿瘤及自身免疫性疾病，对各种感染的抵抗力下降。给老年动物移植新生期胸腺或注射胸腺激素（胸腺素、胸腺生成素等），可使因衰老而降低的免疫功能恢复活力。胸腺五肽（TP-5）是胸腺生成素Ⅱ的功能活性部分，能促进胸腺细胞的生长和分化，使失衡的免疫功能正常化，因而可用TP-5调节因年龄因素而减退的胸腺功能及其引起的免疫功能低下。
（二）应激对胸腺的影响
各种应激，如严重感染、创伤、高温、高渗、缺氧、辐射和氧化应激等都能引起免疫器官的损伤。胸腺对应激很敏感，应激损伤能影响胸腺细胞发育，诱导胸腺细胞凋亡，引起胸腺萎缩，胸腺细胞数量下降，其中胸腺皮质萎缩最明显，减少的胸腺细胞主要为4+CD8+双阳性胸腺细胞。胸腺细胞减少，可能与到下几个因素有关：（1）应激引起的骨髓多能干细胞减少，从而进入胸腺的前T细胞（pre-T）减少；（2）应激时通过产生的糖皮质激素（GC）、前列腺素E2（PGE2）、TNF-α、活性氧等多种效应分子介导胸腺细胞凋亡；（3）应激通过神经酰胺途径活化白介素-1β转化敏（ICE）介导胸腺细胞凋亡；（4）应激时诱导胸腺细胞表达CD95（Fas）分子，以及通过CD3介导胸腺细胞凋亡。
应激除造成细胞损伤外，还能诱导一些保护胸腺细胞的机制，如应激时合成的热休克蛋白能降低细胞对应激损伤的敏感性，增强细胞对应激损伤的抵抗力。应激也通过神经酰胺信号途径激活视网膜母细胞瘤基因产物（Rb），导致受损细胞生长周期停止，分化增殖中断，使受损的细胞得以修复，防止应激状态进一步损伤细胞。另外，应激信号激酶（stress-signalling-kinase）Sek1能保护胸腺细胞免于CD95（Fas）和CD3介导的凋亡，这提示，Sek1是介导T细胞发育过程中免于死亡的信号。值得注意的是，一氧化氮既能诱导胸腺细胞凋亡，也能抑制胸腺细胞的凋亡，其对凋亡的抑制可能与热休克蛋白的合成有关。
对应激造成的胸腺细胞损伤，可通过减少糖皮质激素的分泌及作用，以及提高超氧化物歧化酶（SOD）的水平等来加以保护。如大鼠烧伤应激前，给予糖皮质激素阻断剂Ru486或切除肾上腺，能抑制烧伤诱导的胸腺细胞凋亡。胸腺五肽（TP-5）是一种免疫调节剂，除能恢复受损的免疫功能外，还能通过阻断应激时的肾上腺皮质激素反应，增强机体的抗应激能力。此外，TP-5还具有抗辐射应激作用，并能通过提高血中超氧化物歧化酶的水平来增强抗氧化应激作用。
五、胸腺五肽对胸腺及免疫功能的调节作用
（一）胸腺五肽对胸腺的调节作用
年龄和各种应激损伤引起胸腺萎缩，胸腺细胞和胸腺基质细胞数量减少，胸腺产生的胸腺激素（胸腺素、胸腺生成素等）和细胞因子也逐渐减少，胸腺微环境遭到破坏。已知胸腺生成素等胸腺激素的参与T细胞在胸腺中的分化，因此胸腺素的减少使胸腺萎缩进一步加重，功能更加低下，胸腺依赖性免疫功能也更低下，使机体易发生肿瘤，自身免疫性疾病，对病毒、真菌和细菌的抵抗力下降。胸腺五肽是胸腺生成素Ⅱ的功能活性部分，能使机体失衡的免疫功能正常化，促进胸腺细胞的生长和分化，因此，可应用TP-5调节因年龄或其他因素减退的胸腺功能。化学致癌剂DMBA造成的胸腺损伤与因年龄关系形成的胸腺变化十分相似，表现为T细胞IL-2R表达下降，胸腺细胞丝裂原反应减弱；细胞免疫和体液免疫受到抑制；胸腺淋巴细胞亚群CD4+ CD8+、CD4+CD8-细胞数量下降，胸腺体积缩小，以胸腺皮质萎缩最明显，微环境遭到破坏。由于胸腺功能低下，免疫监视功能削弱，DMBA能诱导60%-70%的大鼠形成乳腺癌。但如在DMBA灌胃前一周开始皮下注射，则能明显改善DMBA造成的免疫功能低下和抑制肿瘤生长，表现为胸腺细胞和脾细胞对ConA和PHA刺激的增殖反应加强，胸腺CD4+CD8+和CD4+ CD8-淋巴细胞亚群数量以及IL-2R表达量增加，尤其是TP-5几乎能完全阻止DMBA引起的胸腺萎缩，并能明显延迟肿瘤的出现和生长。可见TP-5对年龄和各种损伤造成的胸腺萎缩及功能减退具有重要的调节作用。
（二）胸腺五肽对免疫功能的调节
TP-5能调节和提高受损的细胞免疫功能。发现HIV感染的病人，心肺大手术后，老年病人及肿瘤病人细胞免疫功能受损，Th/Ts细胞亚群比例下降，同时Th细胞亚群的Th1细胞分泌的IL-2、IFN-γ、INF-α等细胞因子减少，相反，Th2分泌的IL-4、IL-10浓度却上升，使病人的细胞免疫功能降低。体外实验证实，TP-5尽管对正常幼年及成年鼠的Th1、Th2细胞产生细胞因子无影响，但却能明显促进老年鼠脾细胞产生IL-2、IFN-γ和INF-α。体内实验也证实TP-5皮下注射能使所有老年鼠产生IL-2、IFN-γ和INF-α显著增强，同时降低老年鼠的IL-4水平，使老年鼠下降的细胞免疫功能得以恢复。因此，给老年鼠注射TP-5，能提高机体对感染的抵抗力。实验性损伤鼠模型应用TP-5后，也由于提高IL-2水平和降低IL-4水平，增强了对细菌的抵抗力，从而使死亡率下降。此外，临床实验研究表明，由于TP-5能提高受损的细胞免疫功能，故能使无症状的HIV携带者CD4+T细胞水平上升，延缓或阻止疾病的恶性发展；反复复发性单纯性疱疹、带状疱疹以及人类乳头瘤病毒感染具有治疗作用，并能使这些病毒的再感染间期显著延长；对放射损伤、创伤、手术感染等应激情况能引起机体免疫功能下降，具有明显的保护作用。此外，TP-5还能预防慢性支气管炎和泌尿系统的感染，辅助EPO治疗慢性肾衰性贫血。
TP-5不仅能提高受损的细胞免疫功能，还能纠正过强的免疫功能，从而治疗一些自身免疫性疾病，如类风湿性关节炎（RA）、系统性红斑狼疮和多发性硬化等。发现RA患者体内Ts细胞过少，或关节局部的Ts细胞过少，不足以控制Th细胞的功能，使得巨噬细胞产生过量的IL-1及B细胞过度产生抗体，最终导致组织损伤、软骨破坏。现有的治疗RA的药物大都有较大的毒副作用，且效果不理想。TP-5因其较好的免疫调节作用和无副作用而成为有价值的治疗RA药物。此外发现，TP-5使变应性皮炎（AD）患者外周血单核细胞分泌IFN-γ水平上升，IL-4水平下降，使得IL-4刺激的IgE合成也减少。从而减轻AD患者的临床症状。
综上所述，TP-5是一种有独特生物学作用的免疫调节剂，它对机体免疫功能具有双向调节作用，即能使过强或受到抑制的免疫反应恢复正常。