Макрофаги в крови: что это такое

Функции макрофагов

Макрофаги выполняют следующие функции:

• Осуществляют фагоцитоз.
• Процессируют антиген, а затем рекомендуют (презентируют) его пепти­ды Т-хелперам, поддерживая осуществление иммунного ответа (рис. 6).
• Выполняют секреторную функцию, состоящую в синтезе и выделении ферментов (кислые гидролазы и нейтральные протеиназы), компонентов комплемента, ингибиторов ферментов, компонентов межклеточного ма­трикса, биологически активных липидов (простагландинов и лейкотриенов), эндогенных пирогенов, цитокинов (ИЛ-1β, ИЛ-6, ФНО-α и пр.).
• Оказывают цитотоксическое влияние на клетки-мишени при условии фиксации на них антитез ы соответствующей стимуляции со стороны Т-лимфоцитов (так называемые реакции антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности).
• Изменяют метаболизм при воспалении.
• Принимают участие в асептическом воспалении и разрушении инород­ных частиц.
• Обеспечивают процесс заживления ран.

Фагоцитоз

Основным свойством макрофага (рис. 4) является способность к фагоцитозу — селективному эндоцитозу и дальнейшей деструкции объектов, содержащих патогенсвязанные молекулярные шаблоны или присоединенные опсонины (рис. 5, 6).

Рецепторы макрофагов

Для выявления таких объектов макрофаги содержат на своей поверхности рецепторы шаблонного распознавания (в частности, ман­нозосвязывающий рецептор и рецептор к бактериальным липополисахаридам), а также рецепторы к опсонинам (например, к C3b и Fc-фрагментам ан­тител).

Макрофаги на своей поверхности экспрессиру­ют рецепторы, обеспечивающие процессы адгезии (например, CDllc и CDllb), восприятие регуляторных влияний и участие в межклеточном взаимодействии. Так, есть рецепторы к различным цитокинам, гормонам, биологически актив­ным веществам.

Презентация антигена

Пока происходит разрушение захваченного объекта, на мембране макро­фага существенно возрастает количество рецепторов шаблонного распознава­ния и рецепторов к опсонинам, что позволяет продолжать осуществление фа­гоцитоза, а также повышается экспрессия молекул главного комплекса гистосовместимости II класса, вовлекаемых в процессы презентации (рекомендации) антигена иммунокомпетентным клеткам.

Параллельно макрофаг производит синтез доиммунных цитокинов (в первую очередь ИЛ-1β, ИЛ-6 и фактора не­кроза опухоли α), привлекающих к работе другие фагоциты и активирующих иммунокомпетентные клетки, подготавливая их к предстоящему распознаванию антигена.

Остатки патогена удаляются из макрофага путем экзоцитоза, а иммуногенные пептиды в комплексе с НLA II поступают на поверхность клетки для активации Т-хелперов, т.е. поддержания иммунного ответа.

Макрофаги и воспаление

Хорошо известна важная роль макрофагов в асептическом воспалении, кото­рое развивается в очагах неинфекционного некроза (в частности, ишемического). Благодаря экспрессии рецепторов к «мусору» (scavenger receptor) эти клетки эффективно фагоцитируют и обезвреживают элементы тканевого детрита.

Также именно макрофаги захваты­вают и перерабатывают инородные частицы (например, пыль, частицы металла), по разным причинам по­павшие в организм. Трудность фа­гоцитоза таких объектов состоит в том, что они абсолютно лишены мо­лекулярных шаблонов и не фикси­руют опсонины.

Чтобы выйти из этой сложной ситуации, макрофаг начинает синтезировать компоненты межклеточного матрикса (фибронектин, протеогликаны и др.), которы­ми обволакивает частицу, т.е. искус­ственно создает такие ее поверхност­ные структуры, которые легко рас­познаются. Материал с сайта http://wiki-med.com

Установлено, что за счет деятель­ности макрофагов происходит пере­стройка метаболизма при воспале­нии. Так, ФНО-α активирует липопротеинлипазу, мобилизирующую липиды из депо, что при длительном течении воспаления приводит к похуданию.

За счет синтеза доиммунных ци­токинов макрофаги способны угнетать синтез целого ряда продуктов в печени (так, ФНО-α угнетает синтез гепатоцитами альбуминов) и повышать образова­ние острофазовых белков (в первую очередь за счет ИЛ-6), относящихся пре­имущественно к глобулиновой фракции.

Подобная перепрофилизация гепатоцитов наряду с увеличением синтеза антител (иммуноглобулинов) приводит к снижению альбумино-глобулинового коэффициента, что используется как лабораторный маркер воспалительного процесса.

Кроме классически активированных макрофагов, речь о которых шла выше, выделяют субпопуляцию альтернативно активированных макрофагов, которые обеспечивают процесс заживления ран и репарацию после воспа­лительной реакции. Эти клетки продуцируют большое количество ростовых факторов — тромбоцитарного, инсулинового, факторов роста, трансформирующего фактора роста β и фактора роста эндотелия сосудов.

Альтерна­тивно активированные макрофаги формируются под действием цитокинов ИЛ-13 и ИЛ-4, т.е. в условиях реализации преимущественно гуморального иммунного ответа.

Хорошо известна важная роль макрофагов в асептическом воспалении, кото­рое развивается в очагах неинфекционного некроза (в частности, ишемического).

Макрофаги в крови

Благодаря экспрессии рецепторов к «мусору» (scavenger receptor) эти клетки эффективно фагоцитируют и обезвреживают элементы тканевого детрита.

Также именно макрофаги захваты­вают и перерабатывают инородные частицы (например, пыль, частицы металла), по разным причинам по­павшие в организм.

Трудность фа­гоцитоза таких объектов состоит в том, что они абсолютно лишены мо­лекулярных шаблонов и не фикси­руют опсонины. Чтобы выйти из этой сложной ситуации, макрофаг начинает синтезировать компоненты межклеточного матрикса (фибронектин, протеогликаны и др.), которы­ми обволакивает частицу, т.е. искус­ственно создает такие ее поверхност­ные структуры, которые легко рас­познаются. Материал с сайта http://wiki-med.com

Установлено, что за счет деятель­ности макрофагов происходит пере­стройка метаболизма при воспале­нии.

Так, ФНО-α активирует липопротеинлипазу, мобилизирующую липиды из депо, что при длительном течении воспаления приводит к похуданию. За счет синтеза доиммунных ци­токинов макрофаги способны угнетать синтез целого ряда продуктов в печени (так, ФНО-α угнетает синтез гепатоцитами альбуминов) и повышать образова­ние острофазовых белков (в первую очередь за счет ИЛ-6), относящихся пре­имущественно к глобулиновой фракции.

Подобная перепрофилизация гепатоцитов наряду с увеличением синтеза антител (иммуноглобулинов) приводит к снижению альбумино-глобулинового коэффициента, что используется как лабораторный маркер воспалительного процесса.

Кроме классически активированных макрофагов, речь о которых шла выше, выделяют субпопуляцию альтернативно активированных макрофагов, которые обеспечивают процесс заживления ран и репарацию после воспа­лительной реакции.

Эти клетки продуцируют большое количество ростовых факторов — тромбоцитарного, инсулинового, факторов роста, трансформирующего фактора роста β и фактора роста эндотелия сосудов. Альтерна­тивно активированные макрофаги формируются под действием цитокинов ИЛ-13 и ИЛ-4, т.е. в условиях реализации преимущественно гуморального иммунного ответа.

Рецепторы макрофагов

На поверхности макрофагов содержится большой набор рецепторов, обеспечивающих участие клеток в широком круге физиологических реакций, в том числе во врожденном и адаптивном иммунном ответе.

Прежде всего, на мембране МФ экспрессированы паттерн-распознающие рецепторы врожденного иммунитета, обеспечивающие распознавание ПАМС большинства патогенов и ОАМС — молекулярных структур, ассоциированных с опасными для жизни клеток воздействиями и ситуациями, в первую очередь стрессовых белков.

Ведущими ПРР МН/МФ являютсяТолл-подобные и NOD-рецепторы.

На поверхности этих клеток содержатся все известные экспрессирующиеся на плазматических мембранах клеток TLR: TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 и TLR10. В цитоплазме содержатся внутриклеточные TLR3, TLR7, TLR8, TLR9, а также NOD1 и NOD2-рецепторы.

Такой обширный репертуар ПРР позволяет МФ распознавать практически все виды патогенов (бактерии, вирусы, грибы, простейшие, паразиты), а также молекулярные структуры, характерные для патологически измененных, поврежденных и апоптозных клеток. См. ч.II гл.2 «Рецепторы врожденного иммунитета и распознаваемые ими молекулярные структуры».

Связывание бактериальных ЛПС с помощью TLR4 рецепторов МФ опосредовано мембранным белком CD14, который является маркером МФ.

CD14 взаимодействует с комплексом «бактериальный ЛПС — ЛПС-связывающий белок», что облегчает взаимодействие ЛПС с TLR4.

На поверхности моноцитов содержится аминопептидаза N (CD13), которая также относится к ПРР моноцитов, но отсутствует у МФ. Молекула CD13 обладает способностью связывать белки оболочки некоторых вирусов.

На МН/МФ экспрессировано большое количество фагоцитарных рецепторов.

Это лектиновые рецепторы (в первую очередь маннозный рецептор, дектин-1 и DC-SIGN), а также скавенджер-рецепторы, с помощью которых осуществляется прямое распознавание патогенов и других объектов фагоцитоза.

(См. ч.II гл.2 «Рецепторы врожденного иммунитета и распознаваемые ими молекулярные структуры»). Лигандами для скавенджер-рецепторов служат компоненты ряда бактерий, в том числе стафилококков, нейссерий, листерий, а также видоизмененные структуры собственных клеток, модифицированные липопротеины низкой плотности и фрагменты апоптозных клеток.

Маннозный рецептор опосредует захват МН/МФ многих видов бактерий, в том числе Mycobacteria, Leismania, Legionella, Pseudomonas aeruginosa и др.

Структура этого рецептора предопределяет его способность к высокоаффинному связыванию пептидогликана клеточной стенки бактерий. Интересно, что цитокины, активирующие МФ (IFN-γ, TNF-α), вызывают угнетение синтеза этого рецептора и снижение его экспрессии. Напротив, противоспалительные кортикостероиды повышают синтез маннозного рецептора и его экспрессию на МФ.

Стимулятором экспрессии этого рецептора является витамин Д.

На мембране макрофагов обнаружены также специальные рецепторы для связывания конечных продуктов гликозилирования (AGEs), которые прогрессивно накапливаются в тканях по мере старения организма и ускоренно накапливаются при диабете. Эти продукты гликозилирования вызывают повреждение тканей за счет перекрестного связывания белков.

Макрофаги, имеющие специальные рецепторы для AGEs, захватывают и деградируют модифицированные этими продуктами белки, предупреждая тем самым развитие деструкции тканей.

На МН/МФ экспрессированы также практически все фагоцитарные рецепторы, с помощью которых осуществляется опосредованное распознавание опсонизированных антителами и комплементом патогенов и других чужеродных частиц и клеток.

К ним в первую очередь относятся Fc-рецепторы и рецепторы для фрагментов активированного комплемента (CR1, CR3 и CR4, а также рецепторы для фрагмента C1q и анафилатоксинов С3а и С5а).

Ғс-рецепторы обеспечивают распознавание и стимулируют фагоцитоз объектов, опсонизированных антителами.

Для связывания IgG существует три различных рецептора: FcγRI, FcγRII и FcγRIII (соответственно CD64, CD32 и CD16).

FcγRI — единственный из этих рецепторов, который характеризуется высокой аффинностью для мономерного IgG и экспрессирован почти исключительно на макрофагах.

В отличие от него, низкоаффинный рецептор FcγRII экспрессирован на моноцитах и макрофагах. FcγRIII также экспрессирован на моноцитах и макрофагах, он отличается низкой аффинностью для IgG и связывает, в основном, иммунные комплексы или агрегированный IgG. Все три типа рецепторов опосредуют фагоцитоз бактерий и других клеток, опсонизированных IgG, участвуют в антителозависимой клеточной цитотоксичности естественных киллеров (АЗКЦТ) и фагоцитов в отношении клеток-мишеней, несущих на мембране комплексы антиген-антитело.

В качестве таких клеток-мишеней могут выступать клетки, инфицированные вирусами, простейшими или злокачественно трансформированные клетки самого организма. Такой вариант защиты наиболее эффективен и при некоторых паразитарных и вирусных инфекциях, при которых макрофаги не способны захватывать ни сами патогены, ни их комплексы со специфическими антителами.

Характеристика, развитие, расположение и роль макрофагов

Активация макрофагов через Fc-рецепторы ведет к лизису клеток-мишеней за счет выделения ряда медиаторов (в первую очередь TNF-α), которые вызывают гибель этих клеток. Некоторые цитокины (IFN-γ и ГМ-КСФ) способны повышать эффективность АЗКЦТ с участием моноцитов и макрофагов.

Важной группой рецепторов являются рецепторы для хемокинов и других хемоаттрактантов.

Помимо рецепторов для С3а, С5а, С5b67, вызывающих хемотаксис МН/МФ в очаг воспаления или инфекции, на поверхности этих клеток содержатся рецепторы для воспалительных хемокинов (CXCR1, CCR1, CCR2, CCR3, CCR4, CCR5, CCR8 и др.).

Воспалительные хемокины, продуцируемые эпителиальными клетками и эндотелиальными клетками сосудов, а также резидентными МФ, находящимися в очаге реакции, которые были активированы контактом с патогенами или повреждением ткани, стимулируют хемотаксис новых клеток, участвующих в защите.

Первыми в очаг воспаления поступают нейтрофилы, позднее начинается моноцитарно-макрофагальная инфильтрация, вызываемая контактом хемокиновых рецепторов этих клеток с соответствующими лигандами.

На мембранах МН/МФ экспрессируется большое количество гликопротеиновых рецепторов для цитокинов.

Связывание цитокинов с соответствующими рецепторами служит первым звеном в цепи передачи активационного сигнала к ядру клетки. Наиболее специфичен для МН/МФ рецептор для ГМ-КСФ (CD115). Наличие этого рецептора позволяет дифференцировать МН и их предшественники от клеток гранулацитарного ряда, на которых этот рецептор отсутствует.

Особенно важными для МН/МФ являются рецепторы для IFN-γ (IFNγRI и IFNγRII), так как через них происходит активация многих функций этих клеток.

Имеются также рецепторы для провоспалительных цитокинов (ИЛ-1, ИЛ-6, TNF-α, ИЛ-12, ИЛ-18, ГМ-КСФ), активирующих, в том числе аутокринно, МН/МФ, участвующие в воспалительном ответе.

Тканевые макрофаги

Несколько популяций тканевых макрофагов, потомков мононуклеарных фагоцитов, также были охарактеризованы по поверхностным маркерам и биологическим функциям. В гранулемах обычно обнаруживаются эпителиоидные клетки, которые, по-видимому, образуются из моноцитов крови, активированных в ходе иммунного ответа на чужеродный антиген, например при кожной реакции гиперчувствительности замедленного типа.

Эпителиоидные клетки обладают многими морфологическими признаками макрофагов и несут рецепторы Fc и СЗ. В целом они обладают меньшей фагоцитирующей активностью, чем макрофаги. Другой тип клеток, многоядерные гигантские клетки, образуются, по всей видимости, за счет слияния макрофагов, а не за счет деления ядер в отсутствие цитоплазматического деления.

Были идентифицированы два типа таких клеток: клетки Ланганса с относительно небольшим числом ядер на периферии цитоплазмы, и клетки типа инородного тела, у которых множество ядер распределено по всей цитоплазме.

Судьба моноцитов, проникающих в участки воспаления, может быть различной: они могут превратиться в оседлые макрофаги, трансформироваться в эпителиоидные клетки или слиться с другими макрофагами и стать многоядерными гигантскими клетками.

Когда воспаление спадает, макрофаги исчезают — каким образом, пока неясно. Их число может уменьшаться в результате либо гибели, либо их миграции из участка воспаления.

Купферовские клетки представляют собой оседлые макрофаги печени. Они граничат с кровотоком, что позволяет им постоянно контактировать с чужеродными антигенами и другими иммуностимулирующими агентами. Анатомическое расположение между венами, несущими кровь от желудочно-кишечного тракта, и собственным кровотоком печени приводит к тому, что купферовские клетки одними из первых в ряду мононуклеарных фагоцитов взаимодействуют с иммуногенами, поглощаемыми из кишечника.

Как и другие тканевые макрофаги, купферовские клетки являются долгоживущими потомками моноцитов, которые поселились в печени и дифференцировались в макрофаги.

Они живут в печени в среднем около 21 дня. Важнейшая функция купферовских клеток заключается в поглощении и деградации растворенных и нерастворимых материалов в портальной крови.

Купферовские клетки играют важнейшую роль в очистке кровотока от множества потенциально вредных биологических материалов, включая бактериальные эндотоксины, микроорганизмы, активированные факторы свертывания и растворимые иммунные комплексы. В соответствии со своей функцией купферовские клетки содержат необычайно большое количество лизосом, содержащих кислые гидролазы и способных к активному внутриклеточному перевариванию.

Ранее считалось, что способность купферовских клеток осуществлять ка- кие-либо функции помимо фагоцитарных относительно мала.

Поэтому можно было думать, что, поглощая и переваривая большие потенциально иммуногенные соединения, позволяя оставаться в кровотоке лишь небольшим с трудом поглощаемым фрагментам, купферовские клетки участвуют в создании состояния толерантности. Однако недавние исследования высокоочищенных купферовских клеток in vitro показали, что они способны функционировать как антиген-презентирующие клетки во многих известных тестах на способность активировать Т-клетки. Видимо, анатомические и физиологические особенности нормального печеночного микроокружения накладывают ограничения на активность купферовских клеток, не позволяя им участвовать в индукции иммунного ответа in vivo.

Альвеолярные макрофаги выстилают альвеолы и являются первыми им- мунологически компетентными клетками, поглощающими вдыхаемые патогены. Важно было поэтому выяснить, способны ли к функционированию в качестве вспомогательных клеток макрофаги из такого органа, как легкие, имеющие обширную эпителиальную поверхность, постоянно контактирующую с внешними антигенами. Находящиеся на поверхности альвеол макрофаги идеально расположены для того, чтобы взаимодействовать с антигеном и затем представлять его Т-лимфоцитам.

Альвеолярные макрофаги морской свинки оказались весьма активными вспомогательными клетками в тестах на пролиферацию Т-клеток, индуцированную как антигеном, так и митогеном.

Затем было показано, что антиген, введенный животному в трахею, может индуцировать первичный иммунный ответ и вызывать избирательное обогащение специфичных к нему Т-клеток в легких.