Что относится к макрофагам
Что относится к макрофагам
Активация макрофагов сопровождается усилением множества их функций. Важность поглощения и уничтожения таких внутриклеточных патогенных агентов, как Mycobacterium tuberculosis. Listeria, Leishmania, Toxoplasma, и некоторых грибов, очевидна, но макрофаги способны очищать кровь и от внеклеточных патогенных агентов, например Streptococcus pneumoniae.
Уничтожение поглощенных микроорганизмов зависит главным образом от продукции свободных радикалов (например, перекиси водорода) и оксида азота. Активированные макрофаги производят большее количество этих токсических метаболитов.
Противоопухолевая активность мононуклеарных фагоцитов изучена хуже. Она может быть и не связанной с процессом фагоцитоза. По-видимому, макрофаги уничтожают опухолевые клетки, секретируя лизосомные ферменты, оксид азота, метаболиты кислорода, цитолитические протеазы и ФНО-а. Протеолитические ферменты и цитотоксические факторы, присутствующие на мембране моноцитов, могут играть роль в отторжении опухолей.
Защитная функция моноцитов зависит от их способности проникать сквозь эндотелиальную стенку капилляров и мигрировать в очаги микробной инвазии в тканях. Хемотаксическими факторами для моноцитов служат фрагменты компонентов комплемента и хемокины, выделяемые нейтрофилами, лимфоцитами и другими клетками. Последующий фагоцитоз зависит от присутствия опсонинов (антител, комплемента, связывающих маннозу белков и белков сурфактанта), свойств поверхности микроорганизмов или опухолевых клеток и активности макрофагов.
Другие важные функции макрофагов включают уничтожение поврежденных и мертвых клеток, что способствует прекращению иммунных реакций и заживлению ран. Макрофагам, выстилающим синусоиды селезенки, принадлежит особая роль в поглощении изношенных эритроцитов. В очагах воспаления макрофаги распознают изменения фосфатидилсерина на мембране лимфоцитов и нейтрофилов, подвергающихся апоптозу, в результате чего такие клетки уничтожаются раньше, чем выделят свое токсическое содержимое в ткань.
Макрофаги — филогенетически древние клетки и в онтогенезе обнаруживаются уже на ранних стадиях развития плода, когда их функция сводится к уничтожению одних тканей по мере их замене другими. Эти клетки удаляют из организма и неорганические частицы, такие как элементы сигаретного дыма или попадающую в легочные альвеолы пыль.
Макрофаги — необходимые участники процесса индукции и реализации гуморальных и клеточных иммунных реакций. Поглощая чужеродный материал, они разрушают его и представляют на своей поверхности отдельные антигены в.виде пептидов или полисахаридов, связанных с молекулами МНС класса II. Антигенпредставляющей функцией обладают также В-лимфоциты и особенно дендритные клетки, играющие вспомогательную роль в развитии специфического иммунного ответа.
В активированных макрофагах усиливается экспрессия молекул МНС класса II и представление антигенов становится более эффективным.
Повышенная киллерная активность активированных макрофагов отчасти связана, по-видимому, с ускорением синтеза и выделения различных гидролитических ферментов и бактерицидных веществ. Известно примерно 100 различных веществ, секретируемых макрофагами. Столь высокая секреторная активность сближает эти клетки с гепатоцитами. Учитывая воздействие некоторых секретируемых веществ на другие клетки, огромное количество макрофагов и их повсеместное присутствие в тканях, систему мононуклеарных фагоцитов можно считать важнейшим эндокринным органом.
В этом можно убедиться на примере ИЛ-1. Любое воспаление или повреждение тканей стимулирует выделение ИЛ-1, главным образом, моноцитами и макрофагами. Этот интерлейкин, в свою очередь, влияет на температуру тела, сон и секрецию ИЛ-6, который вызывает продукцию белков острой фазы воспаления.
Что относится к макрофагам
ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ СКАЧАТЬ СТАТЬЮ В ФОРМАТЕ PDF ВАМ НЕОБХОДИМО АВТОРИЗОВАТЬСЯ, ЛИБО ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ
В соответствии с «М1/М2» парадигмой выделяют два подтипа активированных макрофагов – классически активированные (М1) и альтернативно активированные (М2), которые экспрессируют различные рецепторы, цитокины, хемокины, факторы роста и эффекторные молекулы. Однако данные последних лет указывают на то, что в ответ на изменение сигналов микроокружения, макрофаги могут проявлять уникальные свойства, не позволяющие отнести их ни к одному из этих подтипов.
Макрофаги играют главную роль в реакции организма на имплантируемый материал – катетеры, стенты, эндопротезы, дентальные имплантаты. Макрофаги фагоцитируют частицы износа поверхности суставных протезов, инициируют воспаление в зоне протезирования и остеолиз, управляют процессами образования фиброзной капсулы вокруг инородных тел. Представлен краткий обзор факторов, вызывающих миграцию, адгезию и активацию макрофагов, анализ их функциональных характеристик на различных поверхностях, включая биодеградирующие и не деградирующие материалы in vivo и in vitro.
Введение
Современную медицину в настоящее время невозможно представить без применения имплантируемых изделий, устанавливаемых в организм на различные сроки с целью восстановления анатомии и функции утраченных или пораженных патологическим процессом органов и тканей. Биосовместимость синтетических материалов или тканеинженерных конструкций является основной проблемой, влияющей на результаты таких имплантаций. Реакция на протезирующий материал развивается в следующей последовательности: альтерация тканей, инфильтрация клетками острого, затем хронического воспаления с формированием грануляционной ткани и фиброзной капсулы. Степень выраженности этих реакций определяет биосовместимость имплантируемого изделия. Макрофаги играют главную роль в реакции организма на устанавливаемый материал – катетеры, стенты, эндопротезы, дентальные имплантаты и др.
Морфология макрофагов
Функции макрофагов
Миграция моноцитов/макрофагов
Тканевые макрофаги происходят преимущественно из моноцитов крови, которые мигрируют в ткани и дифференцируются в различные популяции. Миграция макрофагов направляется хемокинами: ССL2 CCL3, CCL4, CCL5, CCL7, CCL8, CCL13, ССL15, ССL19, CXCL10, CXCL12; факторами роста VEGF, PDGF, TGF-b; фрагментами системы комплемента; гистамином; белками гранул полиморфноядерных лейкоцитов (ПМЯЛ); фосфолипидами и их производными.
Активация макрофагов
Эти исследования наглядно показывают, что формирующиеся в естественных условиях популяции макрофагов значительно отличаются от получаемых in vitro М1 и М2 популяций. Воспринимая множество активирующих сигналов, макрофаг отвечает «по запросу», секретируя медиаторы адекватно изменению окружающей среды, поэтому в каждом конкретном случае формируется свой фенотип, иногда, возможно, даже уникальный.
Реакция макрофагов на чужеродный материал
Адсорбция белков плазмы крови является первой стадией взаимодействия имплантируемых материалов с тканями организма. Химический состав, свободная энергия, полярность поверхностных функциональных групп, степень гидрофильности поверхности определяют количество, состав и конформационные изменения в связываемых белках, являющихся матриксом для последующей адгезии клеток, в том числе макрофагов. Наиболее значимыми в этом плане являются фибриноген, IgG, белки системы комплемента, витронектин, фибронектин и альбумин.
В этой связи существенное значение приобретают изучение клеточных популяций в зоне протезирования, разработка методов и подходов к блокированию чрезмерной воспалительной реакции с исходом в фиброз и стимуляция репаративной регенерации в месте имплантации различных материалов.
Заключение
Макрофаги – полиморфная популяция клеток, фенотип которых определяется сигналами микроокружения. Они играют решающую роль в реакции организма на чужеродный материал, используемый для эндопротезирования, катетеризации, стентирования и др. видов лечения. Характер реакции и степень ее выраженности зависят как от размера имплантируемого материала, так и от его физикохимических свойств и могут иметь как положительное, так и отрицательное значения для организма пациента. Для деградируемых материалов на основе коллагена показана зависимость типа активации макрофагов и скорости регенерации соединительной ткани от способа обработки коллагенового сырья. Это открывает широкие возможности для специалистов, разрабатывающих новые методы децеллюляризации тканей, химической модификации и стерилизации коллагеновых материалов в целях получения имплантатов для регенеративной медицины.
Проблемы, связанные с активацией макрофагов недеградирующими материалами, по-видимому, должны решаться иначе. Макрофаги, фагоцитирующие микрочастицы износа поверхности суставных эндопротезов, и макрофаги, мигрирующие к обширным поверхностям синтетических имплантов, инициируют длительно персистирующее воспаление, остеолиз в первом случае и фиброз во втором. Нивелирование этого эффекта, скорее всего, будет достигнуто путем блокады направленной миграции, адгезии и активации моноцитов/макрофагов, что потребует более глубоких знаний об этих процессах, чем те, которыми мы располагаем в настоящее время.
Макрофаги
Что такое клетки макрофаги и откуда они берутся?
Все начинается в костном мозге, где из делящихся стволовых клеток образуется клетка под названием монобласт. В результате ее деления «рождается» промоноцит, его прямым потомком является моноцит – одна из разновидностей белых кровяных клеток. Моноцит переходит из костного мозга в клетки крови и там находится на протяжении 12-24 часов, после чего выходит из кровеносного русла и перемещается в ткани. В этот момент из моноцита и образуется макрофаг.
Клетки макрофаги в самом деле большие: хотя их размер составляет всего 15-80 мкм, и человеческому глазу они не видны, однако они гораздо больше их предшественников: максимальный размер моноцита составляет всего 20 мкм. У них неправильная, «плавающая», меняющаяся форма, а их мембрана может образовывать ложноножки. Внутри макрофага находится ядро, а еще в нем обнаруживаются «осколки» эритроцитов и других клеток, жировые капельки, фрагменты бактерий и прочий «мусор». Как все это туда попадает? Очень просто, ведь макрофаги – это клетки, которые осуществляют процесс фагоцитоза.
Функции макрофагов:
При попадании в тело чужеродного объекта, будь то микроб или инородное тело, иммунная система сразу «спускает на него собак»: его атакуют фагоциты. Эти клетки, среди которых и макрофаги, распознают, улавливают и пожирают чужаков, угрожающих благополучию внутренней среды организма.
Кроме того, макрофаги уничтожают погибшие клетки, которые завершили свое существование процессом апоптоза (запрограммированная, естественная, нормальная гибель клеток). Также функции макрофагов заключаются в обеспечении противоопухолевого иммунитета: зафиксировав появление в организме атипичных, раковых клеток, макрофаги нападают на них и поедают.
Виды макрофагов:
Макрофаги – тканевые фагоциты, и в разных типах тканей нередко 
живут свои собственные виды этих клеток. Вот несколько примеров их разновидностей, в зависимости от локализации.
1. Альвеолярные макрофаги – находятся в стенках альвеол легких, очищают вдыхаемый воздух от различных загрязняющих и вредоносных частиц.
2. Купферовские клетки – в печени. Их назначение в основном заключается в уничтожении старых клеток крови.
4. Селезеночные макрофаги – располагаются в синусоидных сосудах этого органа. Как и у клеток Купфера, их задача заключается в том, чтобы вылавливать из крови и уничтожать отжившие клетки крови. Недаром селезенка называется кладбищем погибших эритроцитов!
5. Дендритные клетки – макрофаги, находящиеся под слизистыми оболочками и в коже, то есть фактически на границе с внешней средой.
6. Перитонеальные макрофаги – фагоциты, «живущие» в брюшине.
7. Где находятся макрофаги лимфатических узлов, понятно по названию. Это благодаря им лимфоузлы известны в качестве фильтров, очищающих лимфу.
Макрофаги и иммунная система:
Клетки макрофаги не просто бездумно уничтожают вредоносные объекты: расщепляя их на фрагменты, они осуществляют процесс презентации их антигенов. Антигены – это молекулы вредоносных частиц, которые говорят об их генетической чужеродности и вызывают соответствующую защитную реакцию со стороны иммунитета. Сами по себе они не представляют угрозы заражения или иного негативного воздействия, но это – метка чужака, поэтому организм реагирует на их присутствие защитной реакцией, как на полноценных агрессоров.
С этим бесценным грузом макрофаги направляются к представителям другого звена иммунитета – лимфоцитам. Они передают им информацию и учат, как поступать, если в организм когда-нибудь еще раз проникнет носитель того же антигена. В результате иммунитет сохраняет по отношению к нему полную боеготовность.
К сожалению, иногда личного опыта наших макрофагов или других фагоцитов недостаточно для того, чтобы иммунная система работала должным образом и правильно реагировала на вредоносные объекты. Чтобы повысить ее эффективность и заодно улучшить состояние здоровья в целом, рекомендуется принимать препарат Трансфер Фактор. Он содержит цитокины, несущие в себе данные о всевозможных возбудителях заболеваний, токсинах и прочих вредоносных агентах. Препарат обучает иммунитет полноценной работе, что немедленно и благоприятным образом отражается на течении имеющихся заболеваний, состоянии обмена веществ и функции органов. Средство можно использовать в лечебных и профилактических целях.
Одураченные макрофаги, или Несколько слов о том, как злокачественные опухоли обманывают иммунитет
Макрофаг атакует раковую клетку
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Иммунная система — это мощная многослойная защита нашего организма, которая потрясающе эффективна против вирусов, бактерий, грибов и других патогенов извне. Кроме того, иммунитет способен эффективно распознавать и уничтожать трансформированные собственные клетки, которые могут перерождаться в злокачественные опухоли. Однако сбои в работе иммунной системы (по генетическим либо другим причинам) приводят к тому, что однажды злокачественные клетки берут верх. Разросшаяся опухоль становится нечувствительной к атакам организма и не только успешно избегает уничтожения, но и активно «перепрограммирует» защитные клетки для обеспечения собственных нужд. Поняв механизмы, которые опухоль использует для подавления иммунного ответа, мы сможем разработать контрмеры и попытаться сдвинуть баланс в сторону активации собственных защитных сил организма для борьбы с болезнью.
Конкурс «био/мол/текст»-2014
Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2014 в номинации «Лучший обзор».
Главный спонсор конкурса — дальновидная компания Генотек.
Конкурс поддержан ОАО «РВК».
Спонсором номинации «Биоинформатика» является Институт биоинформатики.
Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.
Свой приз также вручает Фонд поддержки передовых биотехнологий.
Опухоль и иммунитет — драматический диалог в трех частях с прологом
Долгое время считалось, что причина низкой эффективности иммунного ответа при раке — то, что опухолевые клетки слишком похожи на нормальные, здоровые, чтобы иммунная система, настроенная на поиск «чужаков», могла их как следует распознавать. Этим как раз и объясняется тот факт, что иммунная система успешнее всего противостоит опухолям вирусной природы (их частота резко возрастает у людей, страдающих иммунодефицитом). Однако позже стало ясно, что это не единственная причина.
Если в этой статье речь идет про иммунные аспекты рака, то в работе «Страшней клешней на свете нет. » [1] можно прочесть про особенности ракового метаболизма. — Ред.
Оказалось, что взаимодействие раковых клеток с иммунной системой носит гораздо более разносторонний характер. Опухоль не просто «прячется» от атак, она умеет активно подавлять местный иммунный ответ и перепрограммировать иммунные клетки, заставляя их обслуживать собственные злокачественные нужды.
«Диалог» между переродившейся, вышедшей из-под контроля клеткой с ее потомством (то есть будущей опухолью) и организмом развивается в несколько стадий, и если вначале инициатива почти всецело находится на стороне защитных сил организма, то в конце (в случае развития болезни) — переходит на сторону опухоли. Несколько лет назад учеными-онкоиммунологами была сформулирована концепция «иммуноредактирования» (immunoediting), описывающая основные этапы этого процесса (рис. 1) [2].
Рисунок 1. Иммуноредактирование (immunoediting) в процессе развития злокачественной опухоли.
Первая стадия иммуноредактирования — процесс устранения (elimination). Под действием внешних канцерогенных факторов или в результате мутаций нормальная клетка «трансформируется» — приобретает способность неограниченно делиться и не отвечать на регуляторные сигналы организма. Но при этом она, как правило, начинает синтезировать на своей поверхности особые «опухолевые антигены» и «сигналы опасности». Эти сигналы привлекают клетки иммунной системы, прежде всего макрофаги, натуральные киллеры и Т-клетки. В большинстве случаев они успешно уничтожают «испортившиеся» клетки, прерывая развитие опухоли. Однако иногда среди таких «предраковых» клеток оказывается несколько таких, у которых иммунореактивность — способность вызывать иммунный ответ — по каким-то причинам оказывается ослабленной, они синтезируют меньше опухолевых антигенов, хуже распознаются иммунной системой и, пережив первую волну иммунного ответа, продолжают делиться.
В этом случае взаимодействие опухоли с организмом выходит на вторую стадию, стадию равновесия (equilibrium). Здесь иммунная система уже не может полностью уничтожить опухоль, но еще в состоянии эффективно ограничивать ее рост. В таком «равновесном» (и не обнаруживаемом обычными методами диагностики) состоянии микроопухоли могут существовать в организме годами. Однако такие затаившиеся опухоли не статичны — свойства составляющих их клеток постепенно меняются под действием мутаций и последующего отбора: преимущество среди делящихся опухолевых клеток получают такие, которые способны лучше противостоять иммунной системе, и в конце концов в опухоли появляются клетки-иммуносупрессоры. Они в состоянии не только пассивно избегать уничтожения, но и активно подавлять иммунный ответ. По сути, это эволюционный процесс, в котором организм невольно «выводит» именно тот вид рака, который его убьет.
Этот драматический момент знаменует собой переход опухоли к третьей стадии развития — избегания (escape), — на которой опухоль уже малочувствительна к активности клеток иммунной системы, более того — обращает их активность себе на пользу. Она принимается расти и метастазировать. Именно такая опухоль обычно диагностируется медиками и изучается учеными — две предыдущие стадии протекают скрыто, и наши представления о них основаны главным образом на интерпретации целого ряда косвенных данных.
Дуализм иммунного ответа и его значение в канцерогенезе
Существует множество научных статей, описывающих, как иммунная система борется с опухолевыми клетками, но не меньшее количество публикаций демонстрирует, что присутствие клеток иммунной системы в ближайшем опухолевом окружении является негативным фактором, коррелирующим с ускоренным ростом и метастазированием рака [2], [3]. В рамках концепции иммуноредактирования, описывающей, как изменяется характер иммунного ответа по мере развития опухоли, подобное двойственное поведение наших защитников получило, наконец, свое объяснение.
Переориентирование иммунной системы от борьбы с опухолью на ее защиту возможно благодаря пластичности клеток этой системы. Говоря об иммунном ответе, мы, как правило, используем «воинственные» метафоры — «борьба», «уничтожение», «подавление». Но мало уничтожить врага, будь то вирус, бактерия или другой паразит. Организм должен еще и исправить причиненные им повреждения. Регенерация поврежденных тканей и заживление ран тоже находятся под контролем клеток иммунной системы: она не только «воин», но еще и «целитель». Коварство рака заключается в том, что, будучи по сути «чужеродным агентом» в организме, он выделяет специальные вещества, которые подавляют активный иммунный ответ и побуждают лейкоциты воспринимать опухоль не как врага, требующего уничтожения, а как рану, требующую помощи, защиты и исцеления.
Мы рассмотрим некоторые механизмы того, как это происходит, на примере макрофагов. Похожие приемы опухоль использует и для того, чтобы обманывать другие клетки врожденного и приобретенного иммунитета.
Макрофаги — «клетки-воины» и «клетки-целители»
В зависимости от преобладающей активности различают две группы макрофагов: М1 и М2. М1-макрофаги (их еще называют классически активированными макрофагами) — «воины» — отвечают за уничтожение чужеродных агентов (в том числе и опухолевых клеток), как напрямую, так и за счет привлечения и активации других клеток иммунной системы (например, Т-киллеров). М2 макрофаги — «целители» — ускоряют регенерацию тканей и обеспечивают заживление ран [4], [8].
Присутствие в опухоли большого количества М1-макрофагов тормозит ее рост [5], а в некоторых случаях может вызвать даже практически полную ремиссию (уничтожение). И наоборот: М2-макрофаги выделяют молекулы — факторы роста, которые дополнительно стимулируют деление опухолевых клеток, то есть благоприятствуют развитию злокачественного образования. Экспериментально было показано, что в опухолевом окружении обычно преобладают именно М2-клетки («целители»). Хуже того: под действием веществ, выделяемых опухолевыми клетками, активные М1-макрофаги «перепрограммируются» в М2-тип [6], перестают синтезировать антиопухолевые цитокины, такие как интерлейкин-12 (IL12) или фактор некроза опухолей (TNF) и начинают выделять в окружающую среду молекулы, ускоряющие рост опухоли и прорастание кровеносных сосудов, которые будут обеспечивать ее питание, например фактор роста опухолей (TGFb) и фактор роста сосудов (VGF). Они перестают привлекать и инициировать другие клетки иммунной системы и начинают блокировать местный (противоопухолевый) иммунный ответ (рис. 2).
Рисунок 2. М1- и М2-макрофаги: их взаимодействие с опухолью и другими клетками иммунной системы.
Ключевую роль в этом перепрограммировании играют белки семейства NF-kB [7]. Эти белки являются транскрипционными факторами, контролирующими активность множества генов, необходимых для М1 активации макрофагов. Наиболее важные представители этого семейства — р65 и р50, вместе образующие гетеродимер р65/р50, который в макрофагах активирует множество генов, связанных с острым воспалительным ответом, таких как TNF, многие интерлейкины, хемокины и цитокины. Экспрессия этих генов привлекает все новые и новые иммунные клетки, «подсвечивая» для них район воспаления. В то же время другой гомодимер семейства NF-kB — р50/р50 — обладает противоположной активностью: связываясь с теми же самыми промоторами, он блокирует их экспрессию, снижая градус воспаления.
И та, и другая активность NF-kB транскрипционных факторов очень важна, но еще важнее равновесие между ними. Было показано, что опухоли целенаправленно выделяют вещества, которые нарушают синтез p65 белка в макрофагах и стимулируют накопление ингибиторного комплекса р50/р50 [7]. Таким способом (помимо еще ряда других) опухоль превращает агрессивных М1-макрофагов в невольных пособников своего собственного развития: М2-тип макрофагов, воспринимая опухоль как поврежденный участок ткани, включают программу восстановления, однако секретируемые ими факторы роста только добавляют ресурсы для роста опухоли. На этом цикл замыкается — растущая опухоль привлекает новые макрофаги, которые перепрограммируются и стимулируют ее рост вместо уничтожения.
Реактивация иммунного ответа — актуальное направление антираковой терапии
Таким образом, в ближайшем окружении опухолей присутствует сложная смесь молекул: как активирующих, так и ингибирующих иммунный ответ. Перспективы развития опухоли (а значит, перспективы выживания организма) зависят от баланса ингредиентов этого «коктейля». Если будут преобладать иммуноактиваторы — значит, опухоль не справилась с задачей и будет уничтожена или ее рост сильно затормозится. Если же преобладают иммуносупрессорные молекулы — это значит, что опухоль смогла подобрать ключ и начнет быстро прогрессировать. Понимая механизмы, которые позволяют опухолям подавлять наш иммунитет, мы сможем разработать контрмеры и сдвинуть баланс в сторону уничтожения опухолей [8].
Как показывают эксперименты, «перепрограммирование» макрофагов (и других клеток иммунной системы) обратимо. Поэтому одним из перспективных направлений онко-иммунологии на сегодняшний день является идея «реактивации» собственных клеток иммунной системы пациента с целью усиления эффективности других методов лечения. Для некоторых разновидностей опухолей (например, меланом) это позволяет добиться впечатляющих результатов. Другой пример, обнаруженный группой Меджитова [9], — обычный лактат, молекула, которая производится при недостатке кислорода в быстрорастущих опухолях за счет эффекта Варбурга [10]. Эта простая молекула стимулирует перепрограммирование макрофагов, заставляя их поддерживать рост опухоли. Лактат транспортируется внутрь макрофагов через мембранные каналы, и потенциальная терапия заключается в блокировке этих каналов.
Биомаркеры [11] и биоинформатический анализ [12] — лишь некоторые из таких методов. — Ред.