Добрый день, дорогие читатели!
В прошлый раз я рассказала вам об очень важной группе клеток крови – которые являются настоящими бойцами передовой линии иммунной защиты. Но они не единственные участники операций по захвату и уничтожению «вражеских агентов» в нашем организме. У них есть помощники. И сегодня я хочу продолжить свой рассказ и изучить функции лейкоцитов - агранулоцитов. К этой группе относятся и лимфоциты, в цитоплазме которых отсутствует зернистость.
Моноцит является самым крупным представителем лейкоцитов. Диаметр его клетки составляет 10 – 15 мкм, цитоплазма заполнена крупным ядром в виде фасоли. В крови их немного, всего 2 – 6 %. Но в костном мозге они образуются в большом количестве и созревают в тех же микроколониях, что и нейтрофилы. Но при выходе в кровь, их пути расходятся. Нейтрофилы, путешествуют по сосудам и всегда находятся в готовности №1. А моноциты быстро расселяются по органам и там превращаются в макрофаги. Половина из них уходит в печень, а остальные расселяются в селезенку, кишечник, легкие и т.д.

Макрофаги – это оседлые, окончательно созревшие. Как и нейтрофилы, они способны к фагоцитозу, но, кроме того, имеют свою сферу влияния и другие конкретные задачи. Под микроскопом макрофаг – весьма видная клетка с внушительными размерами до 40 – 50 мкм в диаметре. Это настоящая передвижная фабрика по синтезу специальных белков для собственных нужд и для соседних клеток. Оказывается, макрофаг в сутки может синтезировать и выделять до 80! различных химических соединений. Вы спросите: какие активные вещества выделяют макрофаги? Это зависит от того, где живут макрофаги и какие функции выполняют.

Функции лейкоцитов:

Начнем с костного мозга. Существует два вида макрофагов, участвующих в процессе обновления костной ткани – остеокласты и остеобласты. Остеокласты постоянно циркулируют по костной ткани, отыскивают старые клетки и уничтожают их, оставляя за собой свободное пространство для будущего костного мозга, а остеобласты формируют новую ткань. Эту работу макрофаги выполняют, синтезируя и выделяя специальные стимулирующие белки, ферменты и гормоны. Например, для разрушения кости они синтезируют коллагеназу и фосфатазу, а для выращивания эритроцитов - эритропоэтин.
Есть еще клетки – «кормилицы» и клетки – «санитары», которые обеспечивают быстрое размножение и нормальное созревание клеток крови в костном мозге. Гемопоэз в костях идет островками – в середине такой колонии располагается макрофаг, а вокруг теснятся красные клетки разного возраста. Выполняя функцию кормящей матери, макрофаг снабжает растущие клетки питанием – аминокислотами, углеводами, жирными кислотами.

Особую роль играют в печени. Там они называются купферовыми клетками. Активно работая в печени, макрофаги поглощают различные вредные вещества и частицы, поступающие из кишечника. Вместе с клетками печени они участвуют в обработке жирных кислот, холестерина и липидов. Таким образом, они неожиданно оказываются причастными к формированию холестериновых бляшек на стенках сосудов и возникновению атеросклероза.

Пока еще не совсем ясно, с чего начинается атеросклеротический процесс. Возможно, здесь срабатывает ошибочная реакция на «свои» липопротеиды в крови, и макрофаги, как бдительные иммунные клетки, приступают к их захвату. Получается, что прожорливость макрофагов имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Захват и разрушение микробов – это, конечно, хорошо. А вот избыточное поглощение макрофагами жировых веществ – плохо и, вероятно, ведет к патологии, опасной для здоровья и жизни человека.

Но разделять, что хорошо, что плохо макрофагам тяжело, поэтому наша задача облегчить участь макрофагов и самим заботится о своем здоровье и здоровье печени: следить за питанием, сокращать употребление продуктов, содержащих большое количество жиров и холестерина и два раза в год проводить от шлаков и токсинов.

Теперь поговорим о макрофагах, работающих в легких.

Вдыхаемый воздух и кровь в легочных сосудах разделены тончайшей границей. Вы понимаете, насколько важно в данных условиях обеспечить стерильность воздушных путей! Правильно, здесь эту функцию выполняют тоже макрофаги, блуждающие по соединительной ткани легких.
Они всегда наполнены остатками погибших легочных клеток и микробов, вдыхаемых из окружающего воздуха. Макрофаги легких размножаются тут же в зоне своей деятельности, и их число резко возрастает при хронических заболеваниях дыхательных путей.

К сведению курящих! Пылевые частицы и смолистые вещества табачного дыма сильно раздражают верхние дыхательные пути, повреждают слизистые клетки бронхов и альвеол. Легочные макрофаги, конечно, захватывают и обезвреживают эти вредные химические продукты. У курильщиков резко увеличивается активность, число и даже размеры макрофагов. Но спустя 15 – 20 лет предел их надежности истощается. Нежные клеточные барьеры, разделяющие воздух и кровь, нарушаются, инфекция прорывается в глубину легочной ткани и начинается воспаление. Макрофаги уже не в состоянии полноценно работать в качестве микробных фильтров и уступают свое место гранулоцитам. Так, многолетнее курение приводит к хроническим бронхитам и уменьшению дыхательной поверхности легких. Чересчур активные макрофаги разъедают эластичные волокна легочной ткани, что ведет к затруднению дыхания и гипоксии.

Самое печальное, что работая на износ, макрофаги перестают выполнять очень важные функции – это способность бороться со злокачественными клетками. Поэтому хронический гепатит чреват развитием опухолей печени, а хроническая пневмония – раком легких.

Макрофаги селезенки.

В селезенке макрофаги выполняют функцию «убийц», уничтожая стареющие эритроциты. На оболочках эритроцитов обнажаются предательские белки, которые являются сигналом к ликвидации. Кстати сказать, уничтожение старых эритроцитов идет и в печени, и в самом костном мозге – всюду, где есть макрофаги. В селезенке этот процесс наиболее нагляден.

Таким образом, макрофаги являются великими тружениками и самыми главными санитарами нашего организма, выполняя при этом сразу несколько ключевых ролей:

участие в фагоцитозе,
сохранение и переработка важных питательных веществ для нужд организма,
выделение нескольких десятков белков и других биологически активных веществ, регулирующий рост клеток крови и других тканей.

Ну вот, мы знаем функции лейкоцитов - моноцитов и макрофагов. А на лимфоциты опять не осталось времени. О них, самых маленьких защитниках нашего организма, мы поговорим в следующий раз.
А пока давайте оздоровляться и укреплять иммунитет, слушая исцеляющую музыку Моцарта - Симфония сердца:

Желаю вам крепкого здоровья и благополучия!

Макрофаг многоликий и вездесущий

Сто тридцать лет назад замечательный русский исследователь И.И. Мечников в опытах на личинках морских звезд из Мессинского пролива сделал удивительное открытие, круто изменившее не только жизнь самого будущего Нобелевского лауреата, но и перевернувшее тогдашние представления об иммунной системе.

Втыкая в прозрачное тело личинки розовый шип, ученый обнаружил, что занозу окружают и атакуют крупные амебоидные клетки. И если чужеродное тело было небольшим, эти блуждающие клетки, которые Мечников назвал фагоцитами (от греч. пожиратель), могли полностью поглотить пришельца.

Долгие годы считалось, что фагоциты выполняют в организме функции «войск быстрого реагирования». Однако исследования последних лет показали, что благодаря своей огромной функциональной пластичности эти клетки еще и «определяют погоду» многих метаболических, иммунологических и воспалительных процессов, как в норме, так и при патологии. Это делает фагоциты перспективной мишенью при разработке стратегии лечения ряда тяжелых заболеваний человека

В зависимости от своего микроокружения тканевые макрофаги могут выполнять и различные специализированные функции. Например, макрофаги костной ткани – остеокласты, также занимаются выведением из кости гидроксиапатита кальция. При недостаточности этой функции развивается мраморная болезнь – кость становится чрезмерно уплотненной и при этом хрупкой.

Но самым, пожалуй, удивительным свойством макрофагов оказалась их огромная пластичность, т. е. способность изменять свою транскрипционную программу («включение» тех или иных генов) и свой облик (фенотип). Следствием этой особенности является высокая разнородность клеточной популяции макрофагов, среди которых присутствуют не только «агрессивные» клетки, встающие на защиту организма-хозяина; но и клетки с «полярной» функцией, отвечающие за процессы «мирного» восстановления поврежденных тканей.

Липидные «антенны»

Своей потенциальной «многоликостью» макрофаг обязан необычной организации генетического материала – так называемому открытому хроматину. Этот не до конца изученный вариант структуры клеточного генома обеспечивает быстрое изменение уровня экспрессии (активности) генов в ответ на различные стимулы.

Выполнение макрофагом той или иной функции зависит от характера получаемых им стимулов. Если стимул будет распознан как «чужой», то происходит активация тех генов (и соответственно функций) макрофага, которые направлены на уничтожение «пришельца». Однако макрофаг могут активировать и сигнальные молекулы самого организма, которые побуждают эту иммунную клетку участвовать в организации и регуляции обмена веществ. Так, в условиях «мирного времени», т. е. при отсутствии патогена и обусловленного им воспалительного процесса, макрофаги участвуют в регуляции экспрессии генов, отвечающих за метаболизм липидов и глюкозы, дифференцировку клеток жировой ткани.

Интеграция между взаимоисключающими «мирным» и «военным» направлениями работы макрофагов осуществляется путем изменения активности рецепторов клеточного ядра, представляющих собой особую группу регуляторных белков.

Среди этих ядерных рецепторов следует особо выделить так называемые липидные сенсоры, т. е. белки, способные взаимодействовать с липидами (например, окисленными жирными кислотами или производными холестерина) (Смирнов, 2009). Нарушение работы этих чувствительных к липидам регуляторных белков в макрофагах может быть причиной системных обменных нарушений. Например, дефицит в макрофагах одного из этих ядерных рецепторов, обозначаемых как PPAR-гамма, приводит к развитию диабета 2 типа и дисбалансу липидного и углеводного обмена во всем организме.

Клеточные метаморфозы

В разнородном сообществе макрофагов на основе базовых характеристик, определяющих их принципиальные функции, выделяют три основных клеточных субпопуляции: макрофаги М1, М2 и Мox, которые участвуют, соответственно, в процессах воспаления, восстановления поврежденных тканей, а также защите организма от окислительного стресса.

«Классический» макрофаг М1 формируется из клетки-предшественника (моноцита) под действием каскада внутриклеточных сигналов, запускающихся после распознавания инфекционного агента с помощью специальных рецепторов, расположенных на поверхности клетки.

Образование «пожирателя» М1 происходит в результате мощной активации генома, сопровождаемой активацией синтеза более чем сотни белков – так называемых факторов воспаления. К ним относятся ферменты, способствующие генерации свободных радикалов кислорода; белки, привлекающие в очаг воспаления другие клетки иммунной системы, а также белки, способные разрушать оболочку бактерий; воспалительные цитокины – вещества, обладающие свойствами активировать иммунные клетки и оказывать токсическое действие на остальное клеточное окружение. В клетке активируется фагоцитоз и макрофаг начинает активно разрушать и переваривать все, что встретится на его пути (Шварц, Свистельник, 2012). Так появляется очаг воспаления.

Однако уже на начальных этапах воспалительного процесса макрофаг М1 начинает активно секретировать и противовоспалительные субстанции – низкомолекулярные липидные молекулы. Эти сигналы «второго эшелона» начинают активировать вышеупомянутые липидные сенсоры в новых «рекрутах»-моноцитах, прибывающих в очаг воспаления. Внутри клетки запускается цепь событий, в результате которых активирующий сигнал поступает на определенные регуляторные участки ДНК, усиливая экспрессию генов, отвечающих за гармонизацию обмена веществ и одновременно подавляя активность «провоспалительных» (т. е. провоцирующих воспаление) генов (Душкин, 2012).

Так в результате альтернативной активации образуются макрофаги М2, которые завершают воспалительный процесс и способствуют тканевому восстановлению. Популяцию М2 макрофагов можно, в свою очередь, разделить на группы в зависимости от их специализации: уборщики мертвых клеток; клетки, участвующие в реакции приобретенного иммунитета, а также макрофаги, секретирующие факторы, которые способствуют замещению погибших тканей соединительной тканью.

Еще одна группа макрофагов – Мох, формируется в условиях так называемого окислительного стресса, когда в тканях возрастает опасность повреждения их свободными радикалами. Например, Мох составляют около трети всех макрофагов атеросклеротической бляшки. Эти иммунные клетки не только сами устойчивы к повреждающим факторам, но и участвуют в антиоксидантной защите организма(Gui et al ., 2012).

Пенистый камикадзе

Одной из самых интригующих метаморфоз макрофага является его превращение в так называемую пенистую клетку. Такие клетки были обнаружены в атеросклеротических бляшках, а свое название получили из-за специфического внешнего вида: под микроскопом они напоминали мыльную пену. По сути, пенистая клетка – это тот же макрофаг М1, но переполненный жировыми включениями, преимущественно состоящими из водонерастворимых соединений холестерина и жирных кислот.

Была высказана гипотеза, ставшая общепринятой, что пенистые клетки образуются в стенке атеросклеротических сосудов в результате неконтролируемого поглощения макрофагами липопротеинов низкой плотности, переносящих «плохой» холестерин. Однако впоследствии было обнаружено, что накопление липидов и драматическое (в десятки раз!) возрастание скорости синтеза ряда липидов в макрофагах можно спровоцировать в эксперименте только лишь одним воспалением, без всякого участия липопротеинов низкой плотности (Душкин, 2012).

Это предположение подтвердилось клиническими наблюдениями: оказалось, что превращение макрофагов в пенистую клетку происходит при разнообразных заболеваниях воспалительной природы: в суставах – при ревматоидном артрите, в жировой ткани – при диабете, в почках – при острой и хронической недостаточности, в ткани мозга – при энцефалитах. Однако понадобилось около двадцати лет исследований, чтобы понять, как и зачем макрофаг при воспалении превращается в клетку, нафаршированную липидами.

Оказалось, что активация провоспалительных сигнальных путей в М1 макрофагах приводит к «выключению» тех самых липидных сенсоров, которые в нормальных условиях контролируют и нормализуют липидный обмен (Душкин, 2012). При их «выключении» клетка и начинает накапливать липиды. При этом образующиеся липидные включения представляют собой вовсе не пассивные жировые резервуары: входящие в их состав липиды обладают способностью усиливать воспалительные сигнальные каскады. Главная цель всех этих драматических изменений – любыми средствами активировать и усилить защитную функцию макрофага, направленную на уничтожение «чужих» (Melo, Drorak, 2012).

Однако высокое содержание холестерина и жирных кислот дорого обходится пенистой клетке – они стимулируют ее гибель путем апоптоза, запрограммированной клеточной смерти. На внешней поверхности мембраны таких «обреченных» клеток обнаруживается фосфолипид фосфатидилсерин, в норме расположенный внутри клетки: появление его снаружи является своеобразным «похоронным звоном». Это сигнал «съешь меня», который воспринимают М2 макрофаги. Поглощая апоптозные пенистые клетки, они начинают активно секретировать медиаторы заключительной, восстановительной стадии воспаления.

Фармакологическая мишень

Воспаление как типовой патологический процесс и ключевое участие в нем макрофагов является, в той или иной мере, важной составляющей в первую очередь инфекционных заболеваний, вызванных различными патологическими агентами, от простейших и бактерий до вирусов: хламидиальные инфекции, туберкулез, лейшманиоз, трипаносомоз и др. Вместе с тем макрофаги, как уже упоминалось выше, играют важную, если не ведущую, роль в развитии так называемых метаболических заболеваний: атеросклероза (главного виновника сердечно-сосудистых заболеваний), диабета, нейродегенеративных заболеваний мозга (болезнь Альцгеймера и Паркинсона, последствия инсультов и черепно-мозговых травм), ревматоидного артрита, а также онкологических заболеваний.

Разработать стратегию управления этими клетками при различных заболеваниях позволили современные знания о роли липидных сенсоров в формировании различных фенотипов макрофага.

Так, оказалось, что в процессе эволюции хламидии и туберкулезные палочки научились использовать липидные сенсоры макрофагов, чтобы стимулировать не опасную для них альтернативную (в М2) активацию макрофагов. Благодаря этому поглощенная макрофагом туберкулезная бактерия может, купаясь как сыр в масле в липидных включениях, спокойно дожидаться своего освобождения, а после гибели макрофага размножаться, используя содержимое погибших клеток в качестве пищи (Melo, Drorak, 2012).

Если в этом случае использовать синтетические активаторы липидных сенсоров, которые препятствуют образованию жировых включений и, соответственно, предотвращают «пенистую» трансформацию макрофага, то можно подавить рост и понизить жизнеспособность инфекционных патогенов. По крайней мере в экспериментах на животных уже удалось в разы снизить обсемененность легких мышей туберкулезными бациллами, используя стимулятор одного из липидных сенсоров или ингибитор синтеза жирных кислот (Lugo-Villarino et al ., 2012).

Еще один пример – такие болезни, как инфаркт миокарда, инсульт и гангрена нижних конечностей, опаснейшие осложнения атеросклероза, к которым приводит разрыв так называемых нестабильных атеросклеротических бляшек, сопровождаемый моментальным образованием тромба и закупоркой кровеносного сосуда.

Формированию таких нестабильных атеросклеротических бляшек и способствует макрофаг М1/пенистая клетка, который продуцирует ферменты, растворяющие коллагеновое покрытие бляшки. В этом случае наиболее эффективная стратегия лечения – превращение нестабильной бляшки в стабильную, богатую коллагеном, для чего требуется трансформировать «агрессивный» макрофаг М1 в «умиротворенный» М2.

Экспериментальные данные свидетельствуют, что подобной модификации макрофага можно добиться, подавляя в нем продукцию провоспалительных факторов. Такими свойствами обладает ряд синтетических активаторов липидных сенсоров, а также природные вещества, например, куркумин – биофлавоноид, входящий в состав корня куркумы, хорошо известной индийской пряности.

С воспалением неразрывно связано и раковое перерождение клеток: например, имеются все основания считать, что 90 % опухолей в печени человека возникает как следствие перенесенных инфекционных и токсических гепатитов. Поэтому с целью профилактики раковых заболеваний необходимо контролировать популяцию М1 макрофагов.

Однако не все так просто. Так, в уже сформированной опухоли макрофаги преимущественно приобретают признаки статуса М2, который содействует выживанию, размножению и распространению самих раковых клеток. Более того, такие макрофаги начинают подавлять противораковый иммунный ответ лимфоцитов. Поэтому для лечения уже образовавшихся опухолей разрабатывается другая стратегия, основанная на стимулировании у макрофагов признаков классической М1-активации (Solinas et al ., 2009).

Примером такого подхода служит технология, разработанная в новосибирском Институте клинической иммунологии СО РАМН, при которой макрофаги, полученные из крови онкобольных, культивируют в присутствии стимулятора зимозана, который накапливается в клетках. Затем макрофаги вводят в опухоль, где зимозан освобождается и начинает стимулировать классическую активацию «опухолевых» макрофагов.

Сегодня становится все более очевидно, что соединения, вызывающие метаморфозы макрофагов, оказывают выраженное атеропротективное, антидиабетическое, нейропротективное действие, а также защищают ткани при аутоиммунных заболеваниях и ревматоидном артрите. Однако такие препараты, имеющиеся на сегодня в арсенале практикующего врача, – фибраты и производные тиазолидона, хотя и снижают смертность при этих тяжелых заболеваниях, но при этом имеют выраженные тяжелые побочные действия.

Эти обстоятельства стимулируют химиков и фармакологов к созданию безопасных и эффективных аналогов. За рубежом – в США, Китае, Швейцарии и Израиле уже проводятся дорогостоящие клинические испытания подобных соединений синтетического и природного происхождения. Несмотря на финансовые трудности, российские, в том числе и новосибирские, исследователи также вносят свой посильный вклад в решение этой проблемы.

Так, на кафедре химии Новосибирского государственного университета было получено безопасное соединение TS-13, стимулирующее образование Мox фагоцитов, которое обладает выраженным противовоспалительным эффектом и оказывает нейропротективное действие в экспериментальной модели болезни Паркинсона (Дюбченко и др., 2006; Зенков и др., 2009).

В Новосибирском институте органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН созданы безопасные антидиабетические и противоатеросклеротические препараты, действующие сразу на несколько факторов, благодаря которым «агрессивный» макрофаг М1 превращается в «мирный» М2 (Dikalov et al ., 2011). Большой интерес вызывают и растительные препараты, получаемые из винограда, черники и других растений с помощью механохимической технологии, разработанной в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН (Dushkin, 2010).

Литература

Душкин М. И. Макрофаг/пенистая клетка как атрибут воспаления: механизмы образования и функциональная роль // Биохимия, 2012. T. 77. C. 419-432.

Смирнов А. Н. Липидная сигнализация в контексте атерогенеза // Биохимия. 2010. Т. 75. С. 899-919.

Шварц Я. Ш., Свистельник А. В.Функциональные фенотипы макрофагов и концепция М1-М2-поляризации. Ч. 1 Провоспалительный фенотип. // Биохимия. 2012. Т. 77. С. 312-329.

МАКРОФАГИ. Макрофаг (с др. греческого большой пожиратель») представляют собой особый вид крупных белых клеток крови, которые одновременно с теми клетками, которые, по сути, являются их предшественниками создают симбиоз, именуемый системой монуклеарных фагоцитов (с др. греческого «поглощать (есть) клетку»). В качестве клеток-предшественников в данном случае выступают монобласты промоциты и моноциты.

Происхождение и назначение макрофагов

Макрофаги называют клетками-«мусорщиками» неспроста, так как все, с чем они соприкасаются, поглощается и уничтожается посредством переваривания. Определенная доля макрофагов постоянно располагается в определенных местах: в капиллярах и лимфатических узлах, в печени, в легких, в соединительной и нервной тканях, в костях, включая костный мозг. Другие блуждают между клетками, постепенно скапливаясь в тех местах, где наиболее вероятно проникновение в организм того или иного возбудителя инфекции.
Все типы макрофагов происходят из моноцитов крови, а моноциты, в свою очередь, появляются из промоноцитов костного мозга, постепенносозревающих из более ранних клеток-предшественников до достижения определенной стадии. Примечательно, что у макрофагов существует обратная связь с этими клетками-предшественниками; обеспечиваемая благодаря их способности продуцировать в кровь цитокины (ростовые факторы), которые поступают с кровью в костный мозг, тем самым усиливая естественные процессы деления клеток, образованных ранее. Данный процесс активизируется, например, при наличии тех или иных инфекций, когда многие макрофаги погибают в борьбе с «врагами», им на сменупоставляются новые макрофаги, в ускоренном темпе созревающие в костном мозге.

Как «работают» макрофаги при наличии инфекций в организме?

GcMAF уникальный препарат для активации деятельности макрофагов

К сожалению для нас, несмотря на свои колоссальные возможности, макрофаги могут быть неактивны. Например, все клетки злокачественных опухолей, а также вирусные и инфекционные клетки продуцируют белок альфа-N- ацетилгалактозаминидаза (нагалаза), который блокирует продукцию GcMAF-гликопротеина, стимулирующего активацию макрофагов, препятствуя таким образом нормальной деятельности иммунной системы. А в отсутствии активности иммунной системы неконтролируемо развиваются злокачественные опухоли и возрастает уровень вирусных инфекций. На этот случай существует препарат GcMAF, который активирует макрофаги и усиливает активность иммунного ответа. Приобрести подлинный GcMAF можно в клинике доктора Ведова.

Душкин Михаил Иванович – доктор медицинских наук, профессор, заведующий лабораторией молекулярно–клеточных механизмов терапевтических заболеваний Института терапии СО РАМН (Новосибирск).
Автор и соавтор более 100 научных работ и 3 патентов.

Сто тридцать лет назад замечательный русский исследователь И.И. Мечников в опытах на личинках морских звезд из Мессинского пролива сделал удивительное открытие, круто изменившее не только жизнь самого будущего Нобелевского лауреата, но и перевернувшее тогдашние представления об иммунной системе.

Втыкая в прозрачное тело личинки розовый шип, ученый обнаружил, что занозу окружают и атакуют крупные амебоидные клетки. И если чужеродное тело было небольшим, эти блуждающие клетки, которые Мечников назвал фагоцитами (от греч. Φάγος – пожиратель), могли полностью поглотить пришельца.

Долгие годы считалось, что фагоциты выполняют в организме функции «». Однако исследования последних лет показали, что благодаря своей огромной функциональной пластичности эти клетки еще и «» многих метаболических, иммунологических и воспалительных процессов, как в норме, так и при патологии. Это делает фагоциты перспективной мишенью при разработке стратегии лечения ряда тяжелых заболеваний человека.

Подвижные клетки иммунной системы – фагоциты или макрофаги , присутствуют практически во всех тканях организма. .

В зависимости от своего микроокружения тканевые макрофаги могут выполнять и различные специализированные функции. Например, макрофаги костной ткани – остеокласты , также занимаются выведением из кости гидроксиапатита кальция. При недостаточности этой функции развивается мраморная болезнь – кость становится чрезмерно уплотненной и при этом хрупкой.

ЛИПИДНЫЕ «АНТЕННЫ»

Своей потенциальной «многоликостью» макрофаг обязан необычной организации генетического материала – так называемому открытому хроматину . Этот не до конца изученный вариант структуры клеточного генома обеспечивает быстрое изменение уровня экспрессии (активности) генов в ответ на различные стимулы.

Среди этих ядерных рецепторов следует особо выделить так называемые липидные сенсоры , т. е. белки, способные взаимодействовать с липидами (например, окисленными жирными кислотами или производными холестерина) (Смирнов, 2009). Нарушение работы этих чувствительных к липидам регуляторных белков в макрофагах может быть причиной системных обменных нарушений. Например, дефицит в макрофагах одного из этих ядерных рецепторов, обозначаемых как PPAR-гамма , приводит к развитию диабета 2 типа и дисбалансу липидного и углеводного обмена во всем организме.

Так выглядят под флуоресцентным микроскопом макрофаг(сверху)/пенистые клетки (снизу), полученные при введении бактериального полисахарида. Зеленые липидные включения, окрашенные специальным красителем, могут занимать более половины клеточной цитоплазмы.

КЛЕТОЧНЫЕ МЕТАМОРФОЗЫ

В разнородном сообществе макрофагов на основе базовых характеристик, определяющих их принципиальные функции, выделяют три основных клеточных субпопуляции: макрофаги М1 , М2 и Мox , которые участвуют, соответственно, в процессах, поврежденных тканей, а также организма от окислительного стресса.

«Классический» макрофаг М1 формируется из клетки-предшественника (моноцита ) под действием каскада внутриклеточных сигналов, запускающихся после распознавания инфекционного агента с помощью специальных рецепторов, расположенных на поверхности клетки.

Образование «пожирателя» М1 происходит в результате мощной активации генома, сопровождаемой активацией синтеза более чем сотни белков – так называемых факторов воспаления . К ним относятся ферменты, способствующие генерации свободных радикалов кислорода; белки, привлекающие в очаг воспаления другие клетки иммунной системы, а также белки, способные разрушать оболочку бактерий; воспалительные цитокины – вещества, обладающие свойствами активировать иммунные клетки и оказывать токсическое действие на остальное клеточное окружение. В клетке активируется фагоцитоз и макрофаг начинает активно разрушать и переваривать все, что встретится на его пути (Шварц, Свистельник, 2012). Так появляется очаг воспаления.

Однако уже на начальных этапах воспалительного процесса макрофаг М1 начинает активно секретировать и противовоспалительные субстанции – низкомолекулярные липидные молекулы. Эти сигналы «второго эшелона» начинают активировать вышеупомянутые липидные сенсоры в новых «рекрутах»-моноцитах, прибывающих в очаг воспаления. Внутри клетки запускается цепь событий, в результате которых активирующий сигнал поступает на определенные регуляторные участки ДНК, усиливая экспрессию генов, отвечающих за гармонизацию обмена веществ и одновременно подавляя активность «провоспалительных» (т. е. провоцирующих воспаление) генов (Душкин, 2012).

Еще одна группа макрофагов – Мох , формируется в условиях так называемого окислительного стресса , когда в тканях возрастает опасность повреждения их свободными радикалами. Например, Мох составляют около трети всех макрофагов атеросклеротической бляшки. Эти иммунные клетки не только сами устойчивы к повреждающим факторам, но и участвуют в антиоксидантной защите организма(Gui et al., 2012).

ПЕНИСТЫЙ КАМИКАДЗЕ

Одной из самых интригующих метаморфоз макрофага является его превращение в так называемую пенистую клетку . Такие клетки были обнаружены в атеросклеротических бляшках, а свое название получили из-за специфического внешнего вида: . По сути, пенистая клетка – это тот же макрофаг М1, но переполненный жировыми включениями, преимущественно состоящими из водонерастворимых соединений холестерина и жирных кислот.
В зависимости от своего микроокружения макрофаги могут радикально менять свой фенотип, каждый раз исполняя в прямом смысле «полярные» функции. М1 макрофаги защищают организм от инфекционных агентов, М2 курируют процессы восстановления поврежденных тканей, а Мox макрофаги участвуют в антиоксидантной защите организма.

Была высказана гипотеза, ставшая общепринятой, что. Однако впоследствии было обнаружено, что накопление липидов и драматическое (в десятки раз!) возрастание скорости синтеза ряда липидов в макрофагах можно спровоцировать в эксперименте только лишь одним воспалением, без всякого участия липопротеинов низкой плотности (Душкин, 2012).

Макрофаги образуются из клеток-предшественников (моноцитов) уже в самые первые часы воспаления, вызванного определенным стимулом (например, бактерией). Макрофаги М1 и пенистые клетки начинают продуцировать провоспалительные факторы и кислородные метаболиты и активно захватывать «чужеродные» молекулы. На 1-3-е сутки воспалительного процесса пенистые клетки начинают секретировать противовоспалительные факторы, которые активируют липидные сенсоры моноцитов, мигрирующих из русла крови в очаг воспаления. Так образуются макрофаги М2. Сами пенистые клетки погибают в ходе запрограммированной клеточной смерти (апоптоза) и поглощаются макрофагами М2. Это сигнал о завершении воспаления (5-е сутки). На фото – фазово-контрастная микроскопия клеток, полученных из перитонеальной полости мышей при воспалении.

Однако высокое содержание холестерина и жирных кислот дорого обходится пенистой клетке – они стимулируют ее гибель путем апоптоза, запрограммированной клеточной смерти. На внешней поверхности мембраны таких «обреченных» клеток обнаруживается фосфолипид фосфатидилсерин , в норме расположенный внутри клетки: появление его снаружи является своеобразным «похоронным звоном». Это сигнал «съешь меня», который воспринимают М2 макрофаги. Поглощая апоптозные пенистые клетки, они начинают активно секретировать медиаторы заключительной, восстановительной стадии воспаления.

ФАРМОКОЛОГИЧЕСКАЯ МИШЕНЬ

Экспериментальные данные свидетельствуют, что подобной модификации макрофага можно добиться, подавляя в нем продукцию провоспалительных факторов. Такими свойствами обладает ряд синтетических активаторов липидных сенсоров, а также природные вещества, например, куркумин – биофлавоноид, входящий в состав.

Нужно добавить, что такая трансформация макрофагов актуальна при ожирении и диабете 2 типа (большая часть макрофагов жировой ткани имеет М1 фенотип), а также при лечении нейродегенеративных заболеваний мозга. В последнем случае в мозговых тканях происходит «классическая» активация макрофагов, что приводит к повреждению нейронов и накоплению токсичных веществ. Превращение М1-агрессоров в мирных дворников М2 и Mox, уничтожающих биологический «мусор», может в ближайшее время стать ведущей стратегией лечения этих заболеваний (Walace, 2012).

Вопреки первоначальной гипотезе, макрофаг/пенистая клетка, наполненная жировыми включениями, может формироваться даже при низкой концентрации липопротеинов – для этого достаточно лишь воспалительного процесса. Введение в перитонеальную полость мышей стимулятора воспаления зимозана, полученного из оболочек дрожжевых клеток, вызывает драматическое возрастание скорости синтеза неполярных липидов и их предшественников – жирных кислот и холестерина, которые и образуют липидные включения в макрофагах.

Однако не все так просто. Так, в уже сформированной опухоли макрофаги преимущественно приобретают признаки статуса. Более того, такие. Поэтому для лечения уже образовавшихся опухолей разрабатывается другая стратегия, основанная на стимулировании у макрофагов признаков классической М1-активации (Solinas et al., 2009).

Однако такие препараты, имеющиеся на сегодня в арсенале практикующего врача, – фибраты и производные тиазолидона , хотя и снижают смертность при этих тяжелых заболеваниях, но при этом имеют выраженные тяжелые побочные действия.

Так, на кафедре химии Новосибирского государственного университета было получено безопасное соединение TS-13 , стимулирующее образование Мox фагоцитов, которое обладает выраженным противовоспалительным эффектом и оказывает нейропротективное действие в экспериментальной модели болезни Паркинсона (Дюбченко и др., 2006; Зенков и др., 2009). В Новосибирском институте органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН созданы безопасные антидиабетические и противоатеросклеротические препараты, действующие сразу на несколько факторов, благодаря которым «агрессивный» макрофаг М1 превращается в «мирный» М2 (Dikalov et al., 2011). Большой интерес вызывают и растительные препараты, получаемые из винограда, черники и других растений с помощью механохимической технологии, разработанной в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН (Dushkin, 2010).

С помощью финансовой поддержки государства можно в самое ближайшее время создать отечественные средства для фармакологических и генетических манипуляций с макрофагами, благодаря которым появится реальная возможность превращать эти иммунные клетки из агрессивных врагов в друзей, помогающих организму сохранить или вернуть здоровье.

Стратегия управления фенотипом макрофага при различных заболеваниях различна: в одних случаях (например, при диабете и других метаболических заболеваниях), необходимо способствовать уменьшению количества «агрессивных» макрофагов М1 и увеличению «мирных» макрофагов М2. При заболеваниях же инфекционной природы и опухолях требуется, наоборот, увеличить число макрофагов-пожирателей М1.

ЛИТЕРАТУРА

1. Душкин М. И. Макрофаг/пенистая клетка как атрибут воспаления: механизмы образования и функциональная роль // Биохимия, 2012. T. 77. C. 419-432.
2. Смирнов А. Н. Липидная сигнализация в контексте атерогенеза // Биохимия. 2010. Т. 75. С. 899-919.
3. Шварц Я. Ш., Свистельник А. В. Функциональные фенотипы макрофагов и концепция М1-М2-поляризации. Ч. 1 Провоспалительный фенотип. //Биохимия. 2012. Т. 77. С. 312-329.

1447 0

Макрофаги - антигенпрезентирующие клетки, которые вместе с моноцитами объединены в систему мононуклеарных моноцитов на основе единства их происхождения и функций.

Макрофаги образуются в костном мозге из промоноцитов, которые после дифференцировки трансформируются в моноциты, циркулирующие в периферической крови, и тканевые макрофаги.

Созревание и дифференцировка активированных макрофагов происходит при участии цитокинов, в частности GM-CSF, M-CSF, IFNy; под влиянием IL-4 и GM-CSF моноциты периферической крови могут трансформироваться в дендритных клетках (ДК) .

Макрофаги - гетерогенная субпопуляция, клетки которой различаются по фенотипу и функциям.

Большое значение для фенотипических и функциональных особенностей макрофагов имеет их локализация, что особенно отчетливо проявляется при сравнении макрофагов брюшной и плевральной полостей по многим параметрам. Именно макрофаги - одни из основных клеток, которые формируют местный иммунитет и во многом определяют его особенности.

Практически все активированные макрофаги экспрессируют антигены I и II класса главного комплекса гистосовместимости (ГКГ) , адгезивные молекулы (LFA-1, LFA-2, ICAM-1, ICAM-2), ко-стимулирующие молекулы (В7.1, В7.2 и др.), которые связываются со своими лигандами на антигенраспознающих клетках. Покоящиеся макрофаги не экспрессируют антигены II класса ГКГ, и индукция их экспрессии осуществляется антигенами различной природы.

Поверхностная мембрана макрофагов экспрессирует значительное количество рецепторов, опосредующих разнообразные функции макрофагов. Особую роль в противоопухолевой защите выполняют Fc-рецепторы (FcRI, FcPvII, FcRIII), так как именно с их участием макрофаги опосредуют антителозависимую цитотоксичность. На поверхности макрофагов экспрессируется также белок М150, который обладает ко-стимулирующей активностью. Его экспрессия может быть существенно увеличена действием IFNynnH GM-CSF, но уменьшается под влиянием IL-10.

Некоторые антигены, например карбогидратный фиколл, не подвергаются деградации в макрофагах в связи с недостатком соответствующих энзимов. В этих случаях макрофаги маргинальных зон (В-клеточные зоны) или лимфатических узлов (субкапиллярные синусы) поглощают антиген и представляют его непосредственно соответствующим клеткам.

Наряду с тем, что макрофаги вместе с моноцитами и нейтрофилами осуществляют первую линию защиты от различных факторов, одна из их основных функций заключается в презентации антигенов СD4+Т-лимфоцитам.

Процесс презентации антигена состоит из нескольких этапов: прикрепление благодаря наличию молекул адгезии, фагоцитирование антигена и его переваривание (процессинг). От других антигенпрезентирующих клеток (ДК, В-лимфоцитов) макрофаги отличаются способностью к фагоцитозу. Фагоцитированные антигены, в частности их белковая часть, подвергаются протеолизу и распадаются на пептидные фрагменты, которые внутри вакуолей цитоплазмы образуют комплексы с молекулами II класса главного комплекса гистосовместимости.

Образовавшиеся комплексы транспортируются на поверхность антигенпрезентирующих клеток (АПК) и представляются TCR антигенраспознающим клеткам. Антигены, поглощенные макрофагами, частично могут разрушаться в лизосомах, в растворимой форме удаляются из клетки и поглощаются другими антигенпрезентирующими клетками.

В активации макрофагов наряду с антигенами различной природы принимают участие IL-1, TNFa, IL-2, IFNy, GM-CSF. Одна из характерных особенностей активированных макрофагов состоит в способности к синтезу и секреции широкого спектра ферментов, кислородных радикалов, а также различных цитокинов: IL-l,IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IL-18, TNFa, IFNa и др. Основным стимулятором макрофагов является IFNy. Для осуществления функциональной активности макрофагов, как и других клеток, необходимо также наличие многих хемокинов (MIPa, RANTES, МСР-2, МСР-3, МСР-4 и др.).

Эффективность процесса распознавания макрофагами зависит и от прочности межклеточных взаимодействий, которые обеспечиваются молекулами адгезии на макрофагах и их лигандами на CD4+ Т-лимфоцитах.

В отличие от дендритных клетках макрофаги не располагают достаточно высоким уровнем экспрессии ко-стимулирующих молекул, а следовательно, не могут обеспечить необходимый ко-стимулирующий сигнал антигенраспознающим клеткам, что объясняет преимущественное участие макрофагов в презентации антигенов активированным Т-лимфоцитам при вторичном иммунологическом ответе.

Последнее обстоятельство позволяет предполагать, что на начальных этапах злокачественной трансформации клеток, а соответственно на начальных этапах распознавания, роль макрофагов по сравнению с таковой В-лимфоцитов и ДК как антигенпрезентирующих клеток, очевидно, менее существенна. Однако благодаря высокому цитотоксическому потенциалу макрофаги могут включаться в противоопухолевую защиту на всех этапах опухолевого процесса.

Заканчивая обсуждение вопроса о традиционных АПК, нельзя обойти вниманием еще одну популяцию клеток - тучных - и их возможную роль в процессе распознавания. Подобно другим антигенпрезентирующим клеткам тучные клетки обладают способностью к фагоцитозу и экспрессируют молекулы II класса ГКГ, большинство из которых находится в секреторных гранулах.

При этом установлено, что в гранулах могут находиться как зрелые, так и незрелые молекулы антигенов II класса главного комплекса гистосовместимости. Попытка ответить на вопрос, почему гранулы тучных клеток содержат много зрелых и незрелых молекул, приводит к заключению о возможности существования двух механизмов.

Первый - дефект, проявляющийся в медленном созревании молекул в связи с низкой активностью катепсина-В.

Второй - зрелые молекулы не связываются с инвариантной цепью и их последующая ассоциация с пептидами антигенов приводит к тому, что они остаются в гранулах; последовательная стимуляция различными стимулами увеличивает экспрессию молекул II класса ГКГ на поверхности клеток. Авторы указанных исследований предполагают, что тучные клетки могут принимать участие в презентации, активируя Т-лимфоциты.

Малочисленность подобных данных затрудняет оценку условий презентации антигена тучными клетками. Возможность такой презентации представляет особый интерес, так как хорошо известен факт инфильтрации многих опухолей тучными клетками, однако данные исследований нередко противоречивы.

Тем не менее, несмотря на значительную давность интереса к этому вопросу, который обсуждался еще П. Эрлихом, в настоящее время на него нет ответа. Не исключено, что различная оценка инфильтрации опухолевой ткани тучными клетками связана с различиями в их способности к презентации.

В заключение следует подчеркнуть, что роль макрофагов как антигенпрезентирующих клеток при опухолевом процессе в отличие от их цитотоксического действия изучена значительно меньше.

Тем не менее, подводя итог общим представлениям о презентации антигенов этими клетками, можно отметить следующее:

1. Макрофаги - гетерогенная популяция клеток, антигенпрезентирующие свойства которых особенно важны при формировании локального иммунитета. Есть основания полагать, что такое значение макрофагов в презентации антигенов определяет также их важную роль в формировании локального противоопухолевого иммунитета.

2. Для осуществления антигенпрезентирующей функции макрофагов необходима экспрессия главного комплекса гистосовместимости II класса, ко-стимулирующих и адгезивных молекул, а также других структур, способных осуществлять рецепторные функции.

3. Роль макрофагов в первичном и вторичном иммунологическом ответе неодинакова: в связи с недостаточной плотностью антигенов ГКГ значение этих клеток в первичном ответе несколько ниже, чем во вторичном.

Антигенпрезентирующие клетки и процесс классического распознавания

Представленные общие сведения об антигенпрезентирующих клетках и процессе презентации антигена, несмотря на определенную схематичность, дают возможность понять, каким образом происходит процесс классического распознавания.

Все рассмотренные данные относятся к распознаванию антигена классическим путем. Наряду с этим нельзя не отметить возможность альтернативного пути распознавания. Вопрос о том, будет ли происходить распознавание классическим путем или альтернативным, зависит от того, какими цитокинами осуществляется регуляция.

При классическом пути происходит активное выделение IFNy, особенно макрофагами и дендритные клетки, а при альтернативном - выделение IL-10 и IL-4 (особенно макрофагами). Альтернативный путь активации может приводить к развитию толерантности. Необходимо обратить особое внимание на то, что опухолевые клетки во многих случаях могут активировать АПК именно альтернативным путем, при котором создаются условия для противодействия регуляторным влияниям цитокинов, продуцируемых Тh1-лимфоцитами, а соответственно и классическому пути активации АПК.

Наконец, стало известно, что активированные ДК, а также макрофаги могут экспрессировать HLA-G-молекулы. Такие данные были получены при исследовании дендритных клеткок, инфильтрирующих карциному легкого. При этом HLA-G-экспрессия не сочеталась с нарушением экспрессии классических HLA-молекул.

Авторы полагают, что экспрессия HLA-G-moлекул на макрофагах и ДК может препятствовать презентации антигена, снижая эффективность иммунологического ответа и тем самым создавая благоприятные условия для прогрессирования опухолевого процесса.

Как следует из представленного материала, при выраженных различиях в морфологии, фенотипе и функциях различных антигенпрезентирующих клеток, процесс презентации этими клетками имеет ряд общих особенностей.

Первое

Для активации всех антигенпрезентирующих клеток необходимы экспрессия антигенов II класса главного комплекса гистосовместимости, экспрессия ко-стимулирующих молекул и активация рецепторов, участвующих в процессе распознавания.

Второе

Способность к презентации антигенов антигенпрезентирующими клетками прямо зависит от степени их зрелости.

Третье

Все антигенпрезентирующие клетки наряду с презентацией антигена обладают и регуляторными влияниями в отношении других типов клеток с некоторым различием в спектре этих влияний.

Четвертое

Реализация процесса распознавания и его направленность обеспечиваются цитокиновой регуляцией.

Пятое

В зависимости от условий и особенностей презентируемых антигенов процесс презентации их антигенпрезентирующими клетками может не только индуцировать противоопухолевый ответ, но в ряде случаев способствовать формированию толерантности.

Бережная Н.М., Чехун В.Ф.