Мононуклеарные фагоциты (моноциты, макрофаги) распределены по всем тканям организма. Они участвуют в поддержании иммунологического и метаболического гомеостаза. Мононуклеарные фагоциты — компоненты врожденной системы защиты хозяина от инфекции, восстановления и ремоделирования тканей, АГн-специфического адаптивного иммунного ответа. Ни у одного человека не было выявлено врожденного отсутствия этой клеточной линии: макрофаги необходимы для удаления первичных тканей во время в/утробного развития плода, по мере развития новых тканей, чтобы их заменить. Разные формы моноцитов и тканевых макрофагов обладают различной морфологией, поверхностными маркерами и транскрипционными профилями, но выполняют общие функции — фагоцитоз (табл. 1).
Дендритные клетки — специализированные производные системы мононуклеарных фагоцитов, которые развиваются из предшественников миелоидных клеток или самих моноцитов.
а) Развитие. Моноциты развиваются быстрее во время гемопоэза костного мозга и дольше остаются в кровотоке мозга по сравнению с нейтрофилами (табл. 1). Монобласт — первый распознаваемый предшественник моноцитов, за ним следует промоноцит с цитоплазматическими гранулами и зазубренным ядром и полностью развитый моноцит с цитоплазматическими гранулами, заполненными гидролитическими ферментами. Процесс перехода от монобластов к зрелым циркулирующим моноцитам длится 6 сут.
В зависимости от поверхностных АГн выделяют три основные подгруппы человеческих моноцитов. CD14++ CD16 — классические моноциты, которые составляют большую часть всех моноцитов в состоянии покоя. Более зрелые CD14++ CD16+ — провоспалительные (промежуточные) моноциты, продуцируют провоспалительные гормоноподобные факторы — цитокины (ФНО-а в ответ на микробные стимулы. Неклассические (регуляторные) моноциты CD14+ CD16++ способствуют заживлению ран. В ответ на локализованное воспаление или повреждение моноциты этих подгрупп мигрируют в ткани, обеспечивая провоспалительную защиту хозяина или противовоспалительные реакции и заживление ран.
Ткане-(орган-)специфические макрофаги возникают из предшественников макрофагов, которые развиваются в желточном мешке и печени плода до начала гемопоэза в костном мозге. Эти клетки поддерживают свою популяцию за счет самообновления. Тканевые макрофаги могут быть заселены циркулирующими моноцитами. Моноциты или макрофаги в очаге активного воспаления созревают в провоспалительные макрофаги типа M1 или заживляющие макрофаги типа М2. При продолжающемся повреждении или воспалении ткани многие макрофаги проявляют свойства классических типов.
Эмбриональные или полученные из крови тканевые макрофаги под действием орган-специфических факторов дифференцируются в макрофаги, характерные для этого органа. Эмбриональные предшественники или моноциты в печени становятся клетками Купфера, которые соединяют синусоиды, разделяющие смежные пластинки гепатоцитов. Макрофаги на поверхности ДП становятся большими эллипсоидными альвеолярными макрофагами, макрофаги в костной ткани — остеокластами, а макрофаги в ГМ или сетчатке — микроглией. Все макрофаги выполняют три общие функции: фагоцитоз, представление АГн лимфоцитам и усиление или подавление иммунного ответа посредством высвобождения ряда сильнодействующих цитокинов.
В очагах воспаления моноциты и макрофаги могут сливаться, образуя многоядерные клетки-гиганты; эти клетки поддерживают антимикробные функции макрофагов.
б) Активация. Важный шаг в созревании тканевых макрофагов — превращение стационарных форм в более функционально активные клетки. Специфические цитокины и микробные продукты регулируют этот процесс. Активация макрофагов — общий термин, при котором функциональные характеристики активированной популяции макрофагов зависят от цитокина или др. стимула (микробного или химического), действующего на популяцию клеток.
Классическая активация — реакция в ответ на инфекционный агент, вызванная специфически активированными лимфоцитами Т-хелперов (Th) типа 1 (Th1-тип) и естественными киллерами (NK) посредством высвобождения IFN-γ. ФНО-α, секретируемый активированными макрофагами, усиливает их активацию, как и белок клеточной стенки бактерий или эндотоксин через толл-подобные рецепторы (TLR). Альтернативную активацию осуществляют лимфоциты 1112-типа посредством высвобождения IL-4, IL-13 и цитокинов, которые регулируют АТл-ответ, аллергический ответ и устойчивость к паразитам. Альтернативно активированные макрофаги могут проявлять особые свойства — заживление ран и иммунорегуляцию.
В традиционном контексте защиты хозяина термин «активированный макрофаг» означает, что «классически активированная» клетка обладает повышенной способностью уничтожать микроорганизмы или опухолевые клетки. Эти макрофаги больше по размеру, с большим количеством ложноножек и выраженным сморщиванием плазматической мембраны. Они характеризуются повышенной функциональной активностью (табл. 2). Учитывая разнообразие активности макрофагов, необходимых для поддержания гомеостаза, вероятно, классически активированные макрофаги типа M1 и альтернативно активированные макрофаги типа М2 — крайние точки диапазона физиологических функций, выражаемых клетками в ответ на конкретную задачу.
Активация классических макрофагов осуществляется в момент инфицирования в/клеточными патогенами (микобактериями, листериями) посредством перекрестного взаимодействия между лимфоцитами Th1 и АГн-презентирующими макрофагами, опосредованного взаимодействия ряда лигандов и рецепторов на 2 типа клеток, включая молекулы МНС II класса, CD40 на макрофагах и лиганд CD40 на Th1-клетках, а также через секрецию цитокинов. Макрофаги, сталкиваясь с микроорганизмами, высвобождают IL-12, который стимулирует Т-клетки секретировать IFN-γ. Эти взаимодействия — основа клеточного иммунитета. IFN-γ — важный цитокин, активирующий макрофаги, используется как ЛС.
в) Функциональная активность. При активации макрофага в ответ на инфекцию (табл. 2) включаются и др. функции клетки. Особенно важны фагоцитоз и уничтожение-подавление в/клеточных патогенов — микобактерий, листерий, лейшманий, токсоплазм и некоторых грибов. Уничтожение-подавление поглощенных организмов любого вида зависит от продуктов респираторного выброса (напр., перекиси водорода) и от оксида азота, а высвобождение этих метаболитов усиливается в активированных макрофагах. Вне зависимости от активации макрофаги селезенки и печени необходимы для очищения кровотока от внеклеточных патогенов (напр., пневмококки).
В функционировании моноцитов важна их способность подвергаться диапедезу через эндотелиальную стенку кровеносных сосудов и мигрировать к участкам микробной инвазии. К хемотаксическим факторам для моноцитов относятся продукты комплемента и хемотаксические пептиды (хемокины), полученные из нейтрофилов, лимфоцитов и др. типов клеток. Далее под влиянием опсонинов против захватчика (АТл, комплемент, маннозосвязывающие и поверхностноактивные белки), поверхностных свойств микроорганизма и состояния активации макрофага, происходит фагоцитоз вторгшихся организмов.
Моноциты, мигрирующие в слизистую оболочку кишечника, модифицируются под действием стромальных факторов. Поэтому они теряют врожденные рецепторы микробных продуктов (эндотоксин) и не вырабатывают провоспалительные цитокины, но сохраняют способность поглощать и убивать микробы. В ходе эволюции моноциты подверглись модификации для подавления воспаления, что характерно для нормальной слизистой оболочки кишечника, несмотря на постоянное воздействие микробов и побочных продуктов их жизнедеятельности.
Макрофаги участвуют в освобождении тканей от поврежденных и умирающих клеток, уменьшая воспалительную реакцию и заживляя раны. Микроглия ГМ особенно хорошо выполняет эти функции. При инсульте, нейродегенеративном заболевании и инвазии опухоли макрофаги могут активироваться, окружать поврежденные и мертвые клетки и очищать клеточный мусор. Макрофаги, выстилающие синусоиды селезенки, важны при поглощении старых или покрытых ауто-АТл эритроцитов или тромбоцитов. Спленэктомия используется для лечения аутоиммунных цитопений. В процессе эффероцитоза макрофаги в очагах воспаления могут распознавать изменения фосфатидилсерина на мембране нейтрофилов, подвергающихся апоптозу. Такие нейтрофилы удаляются до высвобождения токсичного содержимого в ткани.
Макрофаги также удаляют внеклеточные ловушки, выделяемые воспалительными нейтрофилами, снижая риск аутоиммунитета. Макрофаги идентифицируют на ранних стадиях развития плода: они удаляют клеточный мусор, когда одна созревающая эмбриональная ткань заменяет другую. В ГМ микроглия обрезает синапсы, опсонизированные С1q. Макрофаги также важны для удаления неорганических частиц: напр., элементы сигаретного дыма, которые попадают в альвеолы.
Макрофаги участвуют в индукции и экспрессии адаптивных иммунных ответов, включая образование АТл и клеточно-опосредованный иммунитет. Это зависит от их способности расщеплять чужеродный материал, а затем представлять индивидуальные АГн на своей поверхности в виде пептидов или полисахаридов, связанных с молекулами МНС II. Моноциты, В-лимфоциты и дендритные клетки представляют АГн Т-клеткам для специфического иммунного ответа. Активированные макрофаги экспрессируют увеличенное количество молекул МНС II, чем обуславливают наибольшую эффективность представления АГн.
Повышенная способность активированных макрофагов синтезировать и высвобождать различные гидролитические ферменты и микробицидные материалы повышает их бактерицидную способность (табл. 2). Макрофаги — активные клетки, секретирующие >100 различных соединений, включая цитокины, факторы роста и стероидные гормоны. Это позволяет причислить их к одному классу с гепатоцитами. Из-за воздействия некоторых секреторных продуктов на др. клетки и обширного распространения макрофагов эту сеть клеток можно рассматривать как важный эндокринный орган. Можно проиллюстрировать это на примере IL-1. Микробы и микробные продукты, ожоги, ишемия-реперфузия и др. причины воспаления или повреждения тканей стимулируют высвобождение IL-1 моноцитами, макрофагами и эпителиальными клетками. IL-1 вызывает лихорадку, сонливость и высвобождение IL-6, который стимулирует выработку белков острой фазы.
Сложная взаимосвязь между мононуклеарными фагоцитами и раком становится более очевидной. Макрофаги, поглощая опухолевые клетки, уничтожают их при помощи лизосомальных ферментов, оксида азота, метаболитов кислорода и ФНО-α. Макрофаги, ассоциированные с опухолью типа М2, могут стимулировать рост опухолей за счет секреции факторов роста и ангиогенных факторов [фактор роста эндотелия сосудов (VEGF; англ. Vascular endothelial growth factor)], способствовать метастазированию и подавлять противоопухолевые иммунные ответы Т-клеток. Макрофаги, ассоциированные с опухолью, — объект клинических испытаний, изучающих попытки перепрограммировать их на противоопухолевые макрофаги или иным образом снизить их способность стимулировать рост опухоли.
По мере ослабления травматического или инфекционного воздействия популяция макрофагов переключается на др. важную роль — восстановление и заживление тканей посредством удаления апоптозных клеток и секреции IL-10, трансформирующего фактора роста-β, липоксинов и «специализированных проразрешающих медиаторов», полученных из ω-3 жирных кислот — резолвины, протектины и марезины.
г) Дендритные клетки. Дендритные клетки — тип мононуклеарных фагоцитов, обнаруженных в крови, лимфоидных органах и др. тканях. Дендритные клетки специализируются на захвате, процессинге и представлении АГн Т-клеткам для создания адаптивного иммунитета или толерантности к ауто-АГн. Моноциты человека могут дифференцироваться в дендритные клетки при определенных заболеваниях (особенно при воспалении). Дендритные клетки экспрессируют ретрактивные дендритные (разветвленные) отростки и обладают мощной эндоцитарной способностью. С точки зрения местоположения, поверхностных маркеров, уровня АГн-представляющей активности и функции дендритные клетки представляют гетерогенную популяцию. Секвенирование одноклеточной РНК выявило в организме человека 6 подтипов дендритных клеток.
Их делят на два функциональных типа: обычные дендритные клетки, которые включают клетки Лангерганса на эпителиальных поверхностях кожи и слизистой оболочки, кожные или интерстициальные дендритные клетки в плотных органах; плазмацитоидные дендритные клетки — «дозорные» вирусной инфекции и основной источник противовирусных IFN-α и IFN-β.
Дендритные клетки, мигрирующие из кровотока, проникают в кожу, эпителиальные поверхности и лимфоидные органы, где в качестве незрелых клеток интернализируют собственные и чужеродные АГн. Микробные продукты, цитокины или молекулы, экспонируемые в поврежденной ткани («сигналы опасности» или «сигналы тревоги»), индуцируют созревание дендритных клеток с усилением регуляции рецепторов цитокинов, молекул МНС II и костимулирующих молекул, которые ускоряют межклеточное связывание. Активированные дендритные клетки на периферии мигрируют в лимфоидные органы, где продолжают созревать. Они функционируют как наиболее мощные клетки, которые представляют АГн Т-лимфоцитам и вызывают их пролиферацию. Пролиферация — центральная активность для АГн-специфического адаптивного иммунного ответа. Выделяемый макрофагами IL-10 подавляет созревание дендритных клеток во время разрешения воспаления.
Дендритные клетки от больных раком использовались в попытке контролировать раковые опухоли. Дендритные клетки пациента амплифицируются и созревают из моноцитов крови или клеток-предшественников костного мозга под действием цитокинов, подвергаются воздействию АГн опухоли пациента, а затем вводятся больному в качестве «вакцины» против рака.
д) Нарушения функции моноцита-макрофага или дендритной клетки. У пациентов с хронической гранулематозной болезнью снижена способность мононуклеарных фагоцитов и нейтрофилов к фагоцитарному уничтожению. Неспособность дефектных макрофагов уничтожать поглощенные организмы приводит к формированию абсцесса и характерных гранулем в местах подкожного скопления макрофагов, в печени, легких, селезенке и ЛУ IFN-γ используется для профилактики инфекций у пациентов с хронической гранулематозной болезнью, для снижения костной резорбции при врожденном остеопетрозе, обусловленном снижением функции остеокластов. Генетическая недостаточность комплекса гликопротеинов адгезии к мембране CD11/CD18 (дефект адгезии лейкоцитов 1), который включает рецептор опсонического компонента 3 комплемента, нарушает моноцитарный фагоцитоз.
Система моноцитов и макрофагов участвует в развитии болезней накопления липидов — сфинголипидозов. При этих заболеваниях у макрофагов наблюдается системный ферментативный дефект, способствующий накоплению клеточного мусора, который они уничтожают. Из-за нарушения функции макрофагов устойчивость к инфекции частично снижена. При болезни Гоше, прототипе этих расстройств, нарушена нормальная работа фермента глюкоцереброзидаза, что приводит к накоплению глюкоцереброзида, входящего в состав клеточных мембран в клетках Гоше. Клетка Гоше — измененный макрофаг. Пациентам с болезнью Гоше показано инфузионное введение нормального фермента, модифицированного для экспонирования остатков маннозы, которые связываются с рецепторами маннозы на макрофагах.
Цитокин IL-12 — индуктор экспрессии IFN-γ Т-клетками и NK-клетками. Лица с наследственным дефицитом рецепторов макрофагов для IFN-γ или рецепторов лимфоцитов для IL-12 или самого IL-12 отличаются избирательной восприимчивостью к инфекции, вызванной нетуберкулезными микобактериями Mycobacterium avium complex или БЦЖ. У половины этих пациентов обнаружена диссеминированная сальмонеллезная инфекция. Эти нарушения классифицированы как дефекты оси IFN-γ-IL-12.
Функция моноцитов-макрофагов частично нарушена в различных клинических условиях. Культивированные мононуклеарные фагоциты новорожденных легче поражаются ВИЧ-1 и вирусом кори, чем взрослые клетки. Макрофаги новорожденных выделяют меньше гранулоцитарного колониестимулирующего фактора и IL-6 в культуре, и этот дефицит усиливается в клетках недоношенных детей. Уровни гранулоцитарного колониестимулирующего фактора снижаются в крови новорожденных, а запас гранулоцитов в костном мозге уменьшается у младенцев, особенно недоношенных. Мононуклеарные клетки новорожденных продуцируют меньше IFN-γ и IL-12, чем взрослые клетки, а макрофаги, культивируемые из пуповинной крови, не активируются IFN-γ. Эти недостатки в совокупности ослабят реакцию новорожденного на инфицирование вирусами, грибами и в/клеточными бактериями.
В соответствии с клиническими, патологическими, генетическими и др. особенностями 100 различных подтипов гистиоцитозов разделены на 5 основных групп. Эти редкие заболевания характеризуются накоплением макрофагов или дендритных клеток в тканях или органах. «Гистиоциты» — гистологический, а не клеточноспецифический термин, сохраненный из-за длительного использования для идентификации классических представителей этого семейства. Семейный и вторичный гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз характеризуется неконтролируемой активацией Т-клеток и макрофагов, что приводит к лихорадке, гепатоспленомегалии, лимфаденопатии, панцитопении, заметному повышению сывороточных провоспалительных цитокинов и макрофагального гемофагоцитоза.
Семейная форма проявляется на первом году жизни. У 5% детей с системным ЮИА развивается острое тяжелое осложнение —- синдром активации макрофагов. Он сопровождается стойкой лихорадкой (а не типичными острыми эпизодами лихорадки), гепатоспленомегалией, панцитопенией, макрофагальным гемофагоцитозом и коагулопатией, которая может прогрессировать до ДВС и привести к летальному исходу при несвоевременной диагностике.
Два генетических аутовоспалительных заболевания возникают в результате нарушения регуляции продуцируемого мононуклеарными фагоцитами провоспалительного цитокина IL-1. При мультисистемном воспалительном заболевании неонатального возраста моноциты экспрессируют IL-1 сверх нормы. При дефиците антагониста рецептора IL-1 нормальные уровни активности IL-1 не вызывают сопротивления. В обоих случаях у пациентов в первые несколько дней или недель жизни появляется пустулезная сыпь или крапивница, разрастание костной ткани, стерильный остеомиелит, повышение СОЭ и др. признаки системного воспаления. Для лечения этих заболеваний применяется рекомбинантный антагонист рецептора IL-1 — анакинра.
