Макрофаги это что значит
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.
МАКРОФАГИ – ПЕРСПЕКТИВНАЯ МИШЕНЬ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ НОВЫХ МЕТОДОВ ЛЕЧЕНИЯ РЯДА ТЯЖЕЛЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
Более ста тридцати лет назад выдающийся русский ученый 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 – он открыл блуждающие клетки, которые назвал фагоцитами (от греч. Φάγος — пожиратель). 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.
Подвижные клетки иммунной системы – фагоциты или макрофаги, присутствуют практически во всех тканях организма. Они осуществляют активный захват, переваривание и обезвреживание чужеродных микроорганизмов (вирусов, бактерий, одноклеточных, паразитов), а также утилизацию биологического «мусора», такого как «невостребованные» и погибшие клетки (например, «стареющие» эритроциты).
Макрофаг атакует раковую клетку
В зависимости от своего микроокружения тканевые макрофаги могут выполнять и различные специализированные функции. 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 «агрес¬сивные» клетки, встающие на защиту организма-хозяина; но и клетки с «полярной» функцией, отвечающие за процессы «мирного» восстанов¬ления поврежденных тканей [1].
В настоящее время макрофаги подразделяют на клетки М1, М2 и М0 типа или «классического» (провоспалительного), «альтернативного» (противовоспалительного) и неактивированного фенотипа соответственно [2]. О свойствах и функциях М1 и М2 макрофагов сообщается в ряде обзоров [3], [4].
Как отмечено выше, в ходе иммунного ответа макрофаги могут менять свой фенотип – этот процесс смены фенотипа получил название «репрограммирование».
Известно, что присутствие в опухоли большого количества М1-макрофагов тормозит ее рост, а в некоторых случаях может вызвать даже практически полную ремиссию. 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. Под действием веществ, выделяемых опухолевыми клетками, активные М1-макрофаги «перепрограммируются» в М2-тип. Они перестают синтезировать противоопухолевые цитокины, такие как интерлейкин-12 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.).
Ключевую роль в этом перепрограммировании играют белки семейства NF-kB [5]. 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. В то же время другой гомодимер семейства NF-kB — р50/р50 — обладает противоположной активностью: связываясь с теми же самыми промоторами, он блокирует их экспрессию.
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. Таким способом, опухоль превращает «агрессивные» М1-макрофаги в помощников, участвующих в ее развитии: 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.
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 их ингредиентов. 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 иммунитет, ученые могут разрабатывать контрмеры и сдвинуть баланс в сторону уничтожения опухолей.
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.
Примером такого подхода служит технология, разработанная в новосибирском НИИ 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. 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 М0 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 Ml 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).
Еще один пример использования макрофагов – а именно генетически модифицированных аутологичных клеток для лечения пациентов с болезнью Паркинсона предложили в Center for Nanotechnology in Drug Delivery при университете Северной Каролины.
Болезнь Паркинсона (БП) – это самое частое нейродегенеративное заболевание, от которого страдает примерно 1% всех людей, достигших 60 лет. В основе БП лежит потеря (гибель, дегенерация) дофаминергических нейронов в структуре мозга substantia nigra pars compacta (SNpс) и появление телец Леви (это агломераты белка внутри нейронов). Группа Елены Батраковой в Center for Nanotechnology in Drug Delivery занимается разработкой методов клеточного транспорта ростовых факторов и антиоксидантов в структуры мозга через поврежденный гемато-энцефалический барьер с тем, чтобы уменьшить воспаление и защитить гибнущие нейроны. Для этой цели они берут (пока у животных) макрофаги и при помощи лентивирусного вектора вводят им ген, кодирующий ростовой фактор, обычно вырабатываемый глиальными клетками.
Этот фактор называется glial-derived neurotropic factor или GDNF. Известно, что GDNF уменьшает воспаление и улучшает способность нейронов выживать в тяжелой ситуации, в частности способствует восстановлению утраченных нервными клетками аксонов.
Так, на этой фотографии показано, как добавление GDNF в культуру нейронов стимулирует рост аксонов нервных клеток – зеленые ниточки, расходящиеся от тел нейронов.
Почему исследователи выбрали макрофаги? Эти клетки обладают хорошей способностью активно двигаться в сторону очага воспаления и проникать сквозь тканевые барьеры. Генетически-модифицированные макрофаги вводили внутривенно мышам с моделью БП и через некоторое время изучали у них симптоматику заболевания, а также влияние макрофагов на регенерацию поврежденных нейронов.
Исследования показали, что применение «заряженных» GDNF макрофагов улучшало двигательную активность и равновесие у животных с моделью БП. На тканевом уровне была показана регенерация нейронов в SNpc с одновременным снижением воспаления, оцененного по морфологии микроглиальных клеток.
Верхний ряд картинки – это срез головного мозга экспериментальных животных. Слева – нелеченые животные с моделью БП, посередине – БП мыши, получившие «пустые» макрофаги (то есть без гена GDNF), а справа – БП мыши, получившие «заряженные» GDNF макрофаги.
Стрелкой показана регенерация нервных клеток SNpc, у животных в группе исследуемого лечения. Темная полоска – это покрашенные специальным маркером дофаминергические нейроны. На двух левых срезах они погибли, справа – живы. В нижнем ряду интенсивность коричневого маркера показывает активированные микроглиальные клетки, которые, меняют свою форму, когда чувствуют повреждение и воспаление ткани. В группе «заряженных» макрофагов микроглиальные клетки выглядят значительно «спокойнее», а воспаление слабее.
Следует добавить, что GDNF выделяется из макрофагов не «просто так», а в особых маленьких мембранных пузырьках экосомах (рис. ниже), обеспечивающих стабильность молекулы GDNF во внеклеточном пространстве и прицельное движение в сторону нейронов.
В 1996 году выяснилось, что иммунные клетки посылают друг другу экосомы, а их содержимое может влиять на регуляцию адаптивного иммунного ответа. Кроме того, оказалось, что экзосомы способны распознать «адрес», по которому их «послали». Это происходит благодаря специфическому взаимодействию адгезиновых молекул на мембранах экзосом и их клеток-мишеней. Тогда возникла идея использовать экзосомы для регуляции клеточной жизнедеятельности.
О возможности терапии с использованием трансплантации макрофагов легких для лечения легочного альвеолярного протеиноза у детей сообщается в работе [6].
Поскольку пересадка костного мозга требует предварительного подавления иммунитета, что несет риск инфекций и повышает уровень смертности, то особый интерес представляет органная терапия, специфичная к отдельным типам клеток. Поэтому в данном исследовании использовали мышей с дефицитом β-рецептора колониестимулирующего фактора макрофагов и гранулоцитов GM-CSF. У таких мышей наблюдаются те же дефекты миелоидных клеток, что и при наследственном легочном альвеолярном протеинозе у детей с мутациями генов CSF2RA и CSF2RB. Это заболевание связано с избыточным накоплением сурфактанта в альвеолах вследствие нарушения его утилизации макрофагами. Было показано, что при легочном альвеолярном протеинозе пересадка легочных макрофагов дикого типа (предварительно проверенных на предмет экспрессии необходимых маркеров и способности утилизировать сурфактант) или с мутациями гена CFS2RB без предварительной иммуносупрессии не представляет опасности и практически полностью удаляет гистопатологические эффекты заболевания. Одно введение этих клеток принесло облегчение при вторичных системных проявлениях заболевания, устранив характерную полицитемию. Это лечение нормализовало экспрессию генов и содержание маркеров заболевания и снизило смертность, продлив среднюю продолжительность жизни больных мышей на 107 дней. Популяция альвеолярных макрофагов, полученных при пересадке, сохранялась в течение одного года, и все это время продолжали проявляться терапевтические эффекты. При этом макрофаги дикого типа проявили более высокую выживаемость и интенсивность пролиферации in vitro по сравнению с макрофагами с мутантным CFS2RB. При трансплантации они более эффективно накапливались у мышей с мутацией CFS2RB, нежели у животных дикого типа. Иммуногистохимическое окрашивание по маркеру пролиферации Ki67 после пересадки GFP-маркированных макрофагов мыши дикого типа к мыши с мутацией CFS2RB показало, что пересаженные клетки успешно продолжают размножаться в организме реципиента: через месяц после трансплантации доля Ki67+-клеток составляла в среднем 32,2%. Через год средний показатель снизился до 11,29%; при этом численность макрофагов, экспрессирующих CD131 — продукт гена CFS2RB — слабо различалась у дикого типа и мутантных мышей-реципиентов. Это позволяет предположить, что пересаженные макрофаги дикого типа способны постепенно вытеснять мутантные макрофаги.
С помощью поточной цитометрии и ПЦР было установлено, что пересаженные макрофаги локализуются в легких, преимущественно между альвеолами, и отсутствуют в крови, костном мозге и селезенке. В данном исследовании [6] объяснен механизм поддержания численности популяций альвеолярных макрофагов при трансплантации и показано значение рецептора GM-CSF для их выживаемости.
Полученные японскими учеными результаты свидетельствуют о возможности применения трансплантации макрофагов для лечения легочного альвеолярного протеиноза у детей.
Таким образом, макрофаги – перспективная мишень, которая может применяться для выработки стратегии лечения ряда тяжелых заболеваний человека. В результате фармакологических и генетических манипуляций с макрофагами появляется реальная возможность превращать эти иммунные клетки из агрессивных врагов в друзей, помогающих организму сохранить или вернуть здоровье.
Литература
1. Душкин М. И. Макрофаг/пенистая клетка как атрибут воспаления: механизмы образования и функциональная роль // Биохимия. – 2012. – Т. 77. – С. 419-432.
2. Mosser, D.M. Exploring the full spectrum of macrophage activation / D.M. Mosser, J.P. Edwards // Nat. Rev. Immunol. – 2008. – Vol. 8. – P. 958–969.
3. Murray, P.J. Protective and pathogenic functions of macrophage subsets / P.J. Murray, T.A. Wynn // Nat. Rev. Immunol. – 2011. – Vol. 11. – P. 723–737.
4. Малышев, Ю.И. Матричное репрограммирование иммунных клеток и роль его нарушения в патогенезе опухолей / Ю.И. Малышев //Вестник РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН. – 2012. – Т. 23. – № 2. – С. 21–33.
5. Biswas, S.K. Macrophage plasticity and interaction with lymphocyte subsets: cancer as a paradigm / S.K. Biswas, A. Mantovani // Nat. Immunol. – 2010. – Vol.11. – P. 889–8967.
6. Pulmonary macrophage transplantation therapy /Takuji Suzuki [et al.] // Nature – 2014. – Vol. 514. – N 7523. – P. 453–470.
В статье использованы материалы сайта slipups.ru
Кадукова Елена Михайловна
© Елена Кадукова, старший научный сотрудник лаборатории комбинированных воздействий
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
Подвижные клетки иммунной системы – фагоциты или макрофаги, присутствуют практически во всех тканях организма. Они осуществляют активный захват, переваривание и обезвреживание чужеродных микроорганизмов (вирусов, бактерий, одноклеточных, паразитов), а также утилизацию биологического «мусора», такого как «невостребованные» и погибшие клетки (например, «стареющие» эритроциты).
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.
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).
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).
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.
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.