Макрофаги представляют собой иммунной системы, которые жизненно важны для развития неспецифических защитных механизмов, обеспечивающих первую линию защиты от . Эти крупные иммунные клетки присутствуют почти во всех тканях и активно удаляют из организма мертвые и поврежденные клетки, бактерии, и клеточный мусор. Процесс, посредством которого макрофаги поглощают и переваривают клетки и патогены, называется .

Макрофаги также помогают в клеточном или адаптивном иммунитете, захватывая и представляя информацию о чужеродных антигенах иммунным клеткам, называемые лимфоцитами. Это позволяет иммунной системе лучше защищаться от будущих атак тех же "захватчиков". Кроме того, макрофаги участвуют в других важных функциях в организме, включая производство гормонов, иммунную регуляцию и заживление ран.

Фагоцитоз макрофага

Фагоцитоз позволяет макрофагам избавляться от вредных или нежелательных веществ в организме. Фагоцитоз - это форма , при котором вещество поглощается и разрушается клеткой. Этот процесс инициируется, когда макрофаг обращается к инородному веществу при помощи антител. Антитела представляют собой белки, продуцируемые лимфоцитами, которые связываются с чужеродным веществом (антигеном), помещая его в клетку для разрушения. Как только антиген обнаружен, макрофаг отправляет проекции, которые окружают и поглощают антиген ( , мертвые клетки и т.д.), окружая его в везикуле.

Интернализованный везикул, содержащий антиген, называется фагосомой. в макрофаге сливаются с фагосомой, образуя фаголисосому. Лизосомы являются мембранными мешочками гидролитических ферментов, образованных , которые способны переваривать органический материал. Содержание ферментов в лизосомах высвобождается в фаголисосому, а постороннее вещество быстро деградирует. Затем деградированный материал выталкивается из макрофага.

Развитие макрофагов

Макрофаги развиваются из лейкоцитов, называемых моноцитами. Моноциты представляют собой самый большой тип лейкоцитов. У них большое одиночное , которое часто имеет почечную форму. Моноциты продуцируются в костном мозге и циркулируют в от одного до трех дней. Эти клетки выходят из кровеносных сосудов, проходя через эндотелий кровеносных сосудов, чтобы войти в ткани. После достижения своего назначения моноциты превращаются в макрофаги или в другие иммунные клетки, называемые дендритными клетками. Дендритные клетки помогают в развитии антигенного иммунитета.

Макрофаги, которые отличаются от моноцитов, специфичны для ткани или органа, в которых они локализируются. Когда возникает потребность в большем количестве макрофагов в определенной ткани, живые макрофаги продуцируют белки, называемые цитокинами, вызывающие ответные моноциты, чтобы развиться в необходимый тип макрофаг. Например, макрофаги, борющиеся с инфекцией, производят цитокины, способствующие развитию макрофагов, которые специализируются на борьбе с патогенами. Макрофаги, которые специализируются на заживлении ран и восстановлении тканей, развиваются из цитокинов, полученных в ответ на повреждение тканей.

Функция и расположение макрофагов

Макрофаги встречаются почти во всех тканях тела и выполняют ряд функций вне иммунитета. Макрофаги помогают в производстве половых гормонов в мужских и женских половых органах. Они способствуют развитию сетей кровеносных сосудов в яичнике, что жизненно важно для производства гормона прогестерона. Прогестерон играет важную роль в имплантации эмбриона в матку. Кроме того, макрофаги, присутствующие в глазу, помогают развить сети кровеносных сосудов, необходимые для правильного зрения. Примеры макрофагов, которые находятся в других местах тела, включают:

Центральная нервная система: микроглии - глиальные клетки, обнаруженные в нервной ткани. Эти чрезвычайно маленькие клетки патрулируют головной и спинной мозг, удаляя клеточные отходы и защищая от микроорганизмов.
Жировая ткань: макрофаги в жировой ткани защищают от микробов, а также помогают жировым клеткам поддерживать чувствительность организма к инсулину.
Покровная система: клетки Лангерганса представляют собой макрофаги в коже, служащие иммунной функции и помогают в развитии клеток кожи.
Почки: макрофаги в почках помогают фильтровать микробы из крови и способствовать образованию протоков.
Селезенка: макрофаги в красной мякоти селезенки помогают фильтровать поврежденные эритроциты и микробы из крови.
Лимфатическая система: макрофаги, хранящиеся в центральной области лимфатических узлов, фильтруют лимфу с микробами.
Репродуктивная система: макрофаги в помогают в развитии половых клеток, эмбриона и производстве стероидных гормонов.
Пищеварительная система: макрофаги в кишечнике контролируют окружающую среду, защищающую от микробов.
Легкие: альвеолярные макрофаги, удаляют микробы, пыль и другие частицы с дыхательных поверхностей.
Кость: макрофаги в кости могут развиться в костные клетки, называемые остеокластами. Остеокласты помогают реабсорбировать и ассимилировать костные компоненты. Незрелые клетки, из которых образуются макрофаги, находятся в несосудистых отделах костного мозга.

Макрофаги и заболевания

Хотя основной функцией макрофагов является защита от , иногда эти патогены могут уклоняться от иммунной системы и инфицировать иммунные клетки. Аденовирусы, ВИЧ и бактерии, вызывающие туберкулез, являются примерами патогенов, которые вызывают заболевание, заражая макрофаги.

В дополнение к этим типам заболеваний макрофаги связаны с развитием таких заболеваний, как сердечно-сосудистые, диабет и рак. Макрофаги в сердце способствуют сердечно-сосудистым заболеваниям, помогая в развитии атеросклероза. При атеросклерозе стенки артерии становятся толстыми вследствие хронического воспаления, вызванного лейкоцитами.

Макрофаги в жировой ткани могут вызвать воспаление, которое индуцирует устойчивость жировых клеток к инсулину. Это может привести к развитию диабета. Хроническое воспаление, вызванное макрофагами, также может способствовать развитию и росту раковых клеток.

Авторы

Сарбаева Н.Н., Пономарева Ю.В., Милякова М.Н.

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

Макрофаги – это гетерогенная клеточная популяция. Макрофаг имеет неправильную, звездчатую, многоотростчатую форму, складки и микроворсинки на поверхности клеток, обилие эндоцитозных микровезикул, первичных и вторичных лизосом. Округлое или эллипсовидное ядро расположено центрально, гетерохроматин локализован под ядерной оболочной. Структурные особенности клетки во многом зависят от ее органной и тканевой принадлежности, а также от функционального статуса. Так, для клеток Купфера характерен гликокаликс, альвеолярные макрофаги содержат ламеллярные (сурфактантные) тельца, хорошо развитый комплекс Гольджи, шероховатый эндоплазматический ретикулум и множество митохондрий, в то время как в клетках микроглии митохондрии немногочисленны. В цитоплазме перитонеальных и альвеолярных макрофагов присутствует большое количество липидных телец, содержащих субстраты и ферменты генерации простагландинов . Адгезирующиеся и движущиеся макрофаги формируют короткоживущие, содержащие актин структуры – подосомы – в виде плотной центральной части с радиально отходящими от них микрофиламентами. Подосомы могут сливаться, формируя структуры более высокого порядка – розетки, которые эффективно разрушают белки подлежащего внеклеточного матрикса .

Функции макрофагов

Макрофаги фагоцитируют чужеродный материал и клеточно-тканевый детрит, стимулируют и регулируют иммунный ответ, индуцируют воспалительную реакцию, участвуют в репаративных процессах и обмене компонентов внеклеточного матрикса. Многообразие осуществляемых функций объясняет экспрессию этими клетками большого числа рецепторов, связанных с плазматической мембраной, внутриклеточных и секретируемых. Рецепторы врожденного иммунитета РRR (pattern-recognition receptors, образ-распознающие рецепторы) активируются широким спектром лигандов (исключение – CD163), обеспечивая узнавание высоко консервативных структур большинства микроорганизмов, так называемых PAMP (pathogen-associated molecular patterns, патоген-ассоциированные образы) и схожих с ними эндогенных молекулярных структур DAMP (damage-associated molecular patterns), образующихся в результате повреждения и гибели клеток, модификации и денатурации белковых структур внеклеточного матрикса. Большинство из них опосредует эндоцитоз и элиминацию потенциально опасных эндогенных и экзогеннных агентов, однако вместе с тем, многие из них выполняют сигнальные функции, регулируя синтез провоспалительных медиаторов, способствуя адгезии и миграции макрофагов (табл.) .

На плазматической мембране моноцитов/макрофагов экспрессируются также специализированные рецепторы, связывающие один или несколько близких по строению лигандов: Fc-фрагмент иммуноглобулина G, факторы роста, кортикостероиды, хемокины и цитокины, анафилотоксины и костимулирующие молекулы. Функции многих из этих рецепторов опосредованы не только связыванием лигандов, но и взаимодействием с другими рецепторами (C5aR-TLR, MARCO-TLR, FcγR-TLR), что обеспечивает тонкую регуляцию синтеза прои противовоспалительных медиаторов . Особенностью макрофагальной рецепторной системы является наличие рецепторов-ловушек провоспалительных цитокинов и хемокинов (Il-1R2 на М2а макрофагах; CCR2 и CCR5 на М2с макрофагах), активация которых блокирует внутриклеточную передачу соответствующего провоспалительного сигнала. Экспрессия клеточных рецепторов видо-, органо- и тканеспецифична и зависит от функционального статуса макрофагов. Детально изученные клеточные рецепторы макрофага приведены в таблице.

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.

На начальных этапах воспалительного ответа ПМЯЛ организуют и модифицируют сеть хемокинов путем секреции CCL3, CCL4 и CCL19 и выброса преформированных в гранулы азуросидина, белка LL37, катепсина G, дефензинов (НNP 1-3) и протеиназы 3, которые обеспечивают адгезию моноцитов к эндотелию, тем самым проявляя свойства хемоаттрактантов. Кроме того, белки гранул ПМЯЛ индуцируют секрецию хемокинов и другими клетками: азуросидин стимулирует продукцию CCL3 макрофагами, а протеиназа-3 и HNP-1 вызывают синтез ССL2 эндотелием. Протеиназы ПМЯЛ способны активировать многие хемокины белковой природы и их рецепторы. Так, протеолиз ССL15 катепсином G многократно усиливает его аттрактивные свойства. Апоптозные нейтрофилы привлекают моноциты через сигналы, предположительно, опосредованные лизофосфатидилхолином .

Любое повреждение тканей приводит к аккумуляции макрофагов. В зоне травмы сосудов кровяной сгусток и тромбоциты выделяют TGF-β, PDGF, CXCL4, лейкотриен B4 и IL-1, обладающие выраженными хемоаттрактивными свойствами в отношении моноцитов/макрофагов . Поврежденные ткани являются источником так называемых аларминов, к которым относятся компоненты разрушенного внеклеточного матрикса, белки теплового шока, амфотерин, АТФ, мочевая кислота, IL-1a, IL-33, митохондриальная ДНК клеточного детрита и др. Они стимулируют оставшиеся жизнеспособными клетки поврежденных тканей и эндотелий кровеносных сосудов к синтезу хемокинов, некоторые из них являются прямыми факторами хемотаксиса . Инфицирование тканей приводит к появлению так называемых патогенассоциированных молекул: липополисахаридов, углеводов клеточной стенки и нуклеиновых кислот бактерий. Связывание их мембранными и внутриклеточными рецепторами макрофагов запускает процесс экспрессии генов хемокинов, обеспечивающих дополнительное рекрутирование фагоцитов .

Активация макрофагов

Макрофаги активируются под действием множества сигнальных молекул, вызывающих их дифференцировку в различные функциональные типы (рис. 1). Классически активированные макрофаги (М1 фенотип) стимулируются IFNg, а также IFNg совместно с LPS и TNF. Их основные функции – уничтожение патогенных микроорганизмов и индукция воспалительной реакции. Поляризация в М1 направлении сопровождается секрецией провоспалительных медиаторов. Они экспрессируют рецепторы к IL-1 – IL-1R1, TLR и костимулирующие молекулы, активация которых обеспечивает амплификацию воспалительного ответа. Наряду с провоспалительными цитокинами макрофаги секретируют и антивоспалительный цитокин – IL-10, при характерном высоком соотношении IL-12/IL-10 . Бактерицидные свойства М1 макрофагов определяются продукцией свободных радикалов азота и кислорода, генерируемых iNOS и НАДФН-оксидазным комплексом . Являясь эффекторными клетками в реакции организма на бактериальную инфекцию, они, в то же время, подавляют адаптивный иммунный ответ за счет торможения пролиферации стимулированных Т-клеток. Секретируемый М1 макрофагами IL-12 играет ключевую роль в Тх1 поляризации, а IL-1b и IL-23 направляют иммунный ответ по Тх17 пути. . Исследования последних лет показали, что М1 макрофаги помимо провоспалительных проявляют репаративные свойства: секретируют VEGF, стимулирующий ангиогенез и образование грануляционной ткани .

Альтернативная активация макрофагов (М2 фенотип) наблюдается при стимуляции их интерлейкинами, глюкокортикоидами, иммунными комплексами, агонистами TLR и др. Они мигрируют в зоны инвазии гельминтами, скапливаются в локусах фиброза, в заживающих ранах кожи и неопластических образованиях. М2 макрофаги способны к активной пролиферации in situ. Они проявляют большую по сравнению с М1 макрофагами способность к фагоцитозу и экспрессируют большее количество связанных с ним рецепторов: СD36 – рецептор скавенджер апоптозных клеток; CD206 – маннозный рeцептор; CD301 – рецептор остатков галактозы и N-ацетилглюкозамина; СD163 – рецептор к гемоглобин-гаптоглобиновому комплексу. Для макрофагов этого типа характерно низкое отношение IL-12/IL-10 .

Альтернативно активированные макрофаги подразделяют на подтипы: М2а, М2b и М2с. Примером М2а фенотипа макрофагов являются клетки, скапливающиеся вокруг личинок гельминтов и простейших, аллергены которых индуцируют иммунный Тх2 ответ, сопровождающийся продукцией IL-4 и IL-13 . Они не секретируют значительные количества провоспалительных цитокинов, синтезируют особый спектр хемокинов и мембранных рецепторов . Считается, что для них характерен синтез IL-10 , однако in vitro макрофаги не всегда продуцируют этот цитокин и могут проявлять высокую транскрипционную активность генов IL-12 и IL-6 . Важной характеристикой этой популяции является синтез антагониста рецептора IL-1 (IL-1ra), который, связываясь с IL-1, блокирует его провоспалительное действие .

М2а макрофаги подавляют воспалительную реакцию, блокируя формирование М1 популяции через цитокины рекрутированных ими Тх2-лимфоцитов, либо за счет вырабатываемого хемокина ССL17, который совместно с IL-10 ингибирует дифференцировку макрофагов в М1 направлении . Клетки М2а фенотипа считают типичными репаративными макрофагами. Синтезируемый ими хемокин CCL2 является хемоаттрактантом предшественников миофибробластов – фиброцитов , они секретируют факторы, обеспечивающие ремоделирование соединительной ткани .

Поляризация в направлении М2b осуществляется стимуляцией рецептора к Fcg вместе с агонистами ТLR и лигандами к рецептору IL-1. Функционально они близки к М1 макрофагам, продуцируют провоспалительные медиаторы и монооксид азота (NO), но вместе с тем для них характерен высокий уровень синтеза IL-10 и сниженная продукция IL-12 . М2b макрофаги усиливают продукцию антител. Синтезируемый ими хемокин ССL1 способствует поляризации лимфоцитов в Тх2 направлении . М2с макрофаги обладают супрессивными свойствами – тормозят активацию и пролиферацию СD4+-лимфоцитов, вызванную антигенной стимуляцией и способствуют элиминации активированных Т-клеток . In vitro М2с подтип получают стимуляцией мононуклеарных фагоцитов глюкокортикоидами, IL-10, TGF-β, простагландином Е2 и др. Они не обладают бактерицидной активностью, продуцируют незначительное количество цитокинов, секретируют факторы роста и некоторые хемокины . М2с макрофаги экспрессируют рецепторы фагоцитоза и многих провоспалительных хемокинов, которые, предположительно, служат не для возбуждения соответствующих сигналов, а являются ловушками провоспалительных медиаторов, блокируя их функции .

Характер активации макрофагов не является жестко детерминированным и стабильным. Показана возможность трансформации М1 фенотипа в М2 при изменении спектра стимулирующих цитокинов и вследствие эффероцитоза. После поглощения апоптозных клеток макрофаги резко снижают синтез и секрецию медиаторов воспаления ССL2, ССL3, CXCL1, CXCL 2, TNF-a, MG-CSF, IL-1b, IL-8 и многократно усиливают продукцию TGF-b . Обратная трансформация М2 фенотипа в М1 предполагается при развитии ожирения.

Многие авторы ставят под сомнение существование в организме двух четко различимых популяций макрофагов М1 и М2. Сочетание признаков классической и альтернативной активации характерно для макрофагов кожных ран человека. Так, наряду с типичными для M1 макрофагов цитокинами TNF-a и IL-12, они демонстрируют синтез маркеров М2 макрофагов: IL-10, СD206, СD163, CD36 и рецепторов к IL-4 . Отличный от М1/М2 тип макрофагов с выраженной фибринолитической активностью обнаружен в печени мышей на модели обратимого фиброза и в ткани печени человека при циррозе. В них экспрессируются гены аргиназы 1, маннозных рецепторов и IGF, они секретируют ММП-9, ММП-12, проявляют выраженную способность к пролиферации и фагоцитозу, но не синтезируют IL-10, IL-1ra, TGF-b . Особая популяция макрофагов формируется в селезенке мыши при инфицировании микобактериями. Они тормозят пролиферацию Т-лимфоцитов и секрецию ими как Тх1, так и Тх2 цитокинов, стимулируя поляризацию в Тх17. направлении. Супрессивные макрофаги обладают уникальным фенотипом – экспрессируют гены активные в М1 макрофагах – IL-12, IL-1b, IL-6, TNF-a, iNOS и одновременно гены CD163, IL-10, маннозных рецепторов и других маркеров М2 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

Контакт макрофагов с чужеродным материалом, как в виде мелких частиц, так и в виде обширных поверхностей, приводит к их активации. Одной из серьезных проблем в травматологии и ортопедии, связанной с реакцией на инородное тело, является развитие нестабильности сустава после эндопротезирования, которая выявляется, по некоторым данным, у 25–60% больных в первые годы после выполненной операции и не имеет тенденции к снижению .

Поверхность ортопедических протезов изнашивается с образованием частиц, инфильтрирующих мягкие ткани. Химические свойства материала определяют возможность опсонизации частиц белками плазмы крови и тип поверхностных рецепторов, инициирующих фагоцитоз. Так, полиэтилен, активирующий комплемент, подвергается опсонизации и «узнается» рецептором к комплементу СR3, в то время как частицы титана поглощаются клеткой через опсонин-независимый рецептор MARCO. Фагоцитоз макрофагами частиц металла, синтетических полимеров, керамики, гидроксиапатита запускает процесс синтеза провоспалительных медиаторов и индуктора остеокластогенеза RANKL. Секретируемый макрофагами ССL3 вызывает миграцию остеокластов, а IL-1b, TNF-a, ССL5 и PGE2 стимулируют их дифференцировку и активацию. Остеокласты резорбируют кость в зоне протезирования, но новообразование костной ткани подавлено, поскольку корпускулярный материал ингибирует синтез коллагена, тормозит пролиферацию и дифференцировку остеобластов и индуцирует их апоптоз . Вызванный частицами износа воспалительный ответ считается основной причиной остеолиза.

Контакт тканей с материалом, который не может быть фагоцитирован, инициирует каскад событий, известный под названием реакции организма на инородное тело, или тканевой реакции. Она заключается в адсорбции белков плазмы, развитии воспалительного ответа, первоначально острого, впоследствии хронического, пролиферации миофибробластов и фибробластов и формировании фиброзной капсулы, отграничивающей инородное тело от окружающих тканей. Основными клетками персистирующего воспаления на границе материал/ткань являются макрофаги, его выраженность определяет степень фиброза в зоне контакта. Интерес к исследованию тканевой реакции связан в первую очередь с широким применением синтетических материалов в различных областях медицины .

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.

Слой фибриногена быстро образуется на практически всех чужеродных материалах. На гидрофобных поверхностях фибриноген образует монослой из прочно связанного, частично денатурированного белка, эпитопы которого открыты для взаимодействия с клеточными рецепторами. На гидрофильных материалах фибриноген чаще осаждается в виде рыхлого мультислойного покрытия, причем наружные слои слабо или практически не подвергаются денатурации, оставляя сайты связывания недоступными для клеточных рецепторов макрофагов и тромбоцитов .

Многие синтетические полимеры обладают способностью к сорбции компонентов системы комплемента и ее активации с формированием С3-конвертазного комплекса. Генерируемые им фрагменты С3а, С5а являются хемоаттрактантами и активаторами фагоцитов, iC3b выполняет роль лиганда рецептора клеточной адгезии. Запуск каскада активации возможен как по классическому (опосредованному адсорбированными молекулами JgG), так и по альтернативному путям . Последний инициируется связыванием компонента С3 поверхностями, несущими функциональные группы, например – ОН-, вызывающими его гидролиз. Альтернативный путь может включаться также после классического пути или вместе с ним за счет работы С3-конвертазы классического пути, генерирующей фиксирующиеся на поверхностях фрагменты С3b – пускового фактора амплификационной петли. Однако сорбция и даже начавшийся гидролиз С3 не всегда приводят к возникновению амплификационного сигнала. Например, С3 сильно сорбируется поливинилпирролидоном, однако протеолиз его на этой поверхности слабо выражен. Слабо активируют комплемент фторированные поверхности, силикон и полистирен. Для клеточных реакций на чужеродных поверхностях значение имеет не только активация системы комплемента, но опосредованное ее фрагментами связывание других белков.

Роль альбумина заключается в его способности связывать белки системы комплемента . Oн не способствует адгезии макрофагов и, в отличие от фибриногена, не индуцирует синтез ими TNF-a . На имплантированных материалах обычно обнаруживают фибронектин и витронектин – белки богатые RGD-последовательностями (участками из аминокислот ARG-GLY-ASP).

В отношении витронектина неизвестно, адсорбируется ли он непосредственно на поверхности материала или входит в состав фиксированного на нем инактивированного мебранноатакующего комплекса комплемента. Значимость его для развития тканевой реакции состоит в том, что он обеспечивает наиболее прочную и длительную адгезию макрофагов. Взаимодействие макрофагов с субстратом обеспечивают клеточные рецепторы к белкам-интегринам (avβ3, a5β1, CR3), богатым RGDпоследовательностями (табл.). Блокада адгезии макрофагов растворимыми RGD-миметиками, либо удаление с их поверхности рецептора CR3 снижает интенсивность тканевой реакции, уменьшая толщину формирующейся фиброзной капсулы .

Прикрепившиеся макрофаги сливаются, образуя многоядерные клетки (гигантские клетки инородных тел – ГКИТ). Индукторами этого процесса являются IFNg, IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-13 и GM-CSF, стимулирующие экспрессию маннозных рецепторов, которые играют важную роль в слиянии клеток . ГКИТ функционируют как макрофаги – обладают способностью к фагоцитозу, генерации радикалов кислорода и азота, синтезу цитокинов и факторов роста. Характер синтетической активности этих клеток зависит, по-видимому, от их «возраста»: на ранних этапах развития тканевой реакции экспрессируются IL-1a, TNF-a, а позднее происходит переключение на антивоспалительные и профиброгеннные медиаторы – IL-4, IL-10, IL-13, TGF-β .

Реакция макрофагов на чужеродные материалы исследуется в различных условиях in vitro и in vivo. В экспериментах in vitro принимается во внимание интенсивность их адгезии на изучаемой поверхности и образования ГКИТ, число «включающихся» генов, количество синтезируемых и секретируемых ферментов, цитокинов и хемокинов. В монокультурах мононуклеарных фагоцитов, адгезированных на различных поверхностях, происходит не поляризация их в М1 и М2 направлениях, а формирование макрофагов смешанного типа, секретирующих как про-, так и противовоспалительные медиаторы со сдвигом в сторону последних при длительном культивировании . Отсутствие «золотого стандарта» – стабильного контрольного материала, хорошо зарекомендовавшего себя при имплантации в живой организм, с которым можно было бы сравнивать тестируемые материалы, а также использование не стандартизированных клеточных линий макрофагов, разные способы их дифференцировки затрудняют сравнение результатов работ разных авторов. Тем не менее, исследования in vitro дают возможность судить о цитотоксичности материалов, определить реакцию макрофагов на их химическую модификацию. Ценные сведения были получены при изучении активации макрофагов на поверхности различных коллагенов – нативных и химически измененных. Нативные коллагены индуцируют in vitro синтез макрофагами сигнальных молекул, как стимулирующих воспалительный ответ (TNF-a, IL-6, IL-8, IL-1β, IL-12, CCL2), так и подавляющих его (IL-1ra, IL-10), а также матриксных металлопротеаз и их ингибиторов. . Провоспалительные свойства таких материалов зависят от способа децеллюляризации и стерилизации исходного сырья, в значительной степени изменяющих его характеристики. Полученные по разным технологиям коллагеновые эндопротезы из нативного коллагена по способности вызывать экспрессию провоспалительных цитокинов варьируют от практически инертных до высокоактивных . Прошивка коллагена различными химическими веществами изменяет характер реакции макрофагов. Обработка глутаральдегидом приводит к цитотоксичности, проявляющейся в повреждении цитоплазматической мембраны, нарушении адгезии, снижении жизнеспособности макрофагов. При этом продукция ими IL-6, TNF-a повышена, а синтез IL-1ra подавлен в сравнении с макрофагами, адгезированными нативным и прошитым карбодиимидом коллагеном. Обработка карбодиимидом обеспечивает оптимальные свойства коллагену, который не обладает цитотоксичностью, не вызывает существенного повышения секреции провоспалительных цитокинов и металлопротеаз и не подавляет синтез IL-10 и IL-1ra в сравнении с нативным .

С целью снижения тканевой реакции в коллагеновые материалы вводят компоненты межклеточного матрикса, нативные или модифицированные. J. Kajahn с соавт. (2012) создали in vitro имитацию провоспалительного микроокружения эндопротезов, что способствовало дифференцировке моноцитов в М1 направлении . В этих же условиях дополнительно сульфатированная гиалуроновая кислота, введенная в коллагеновый субстрат, снизила секрецию макрофагами провоспалительных цитокинов и повысила продукцию IL-10. По мнению авторов это свидетельствует о М2 поляризации макрофагов, способствующих регенерации и восстановлению функциональных свойств окружающих тканей. Реакция макрофагов на медленно деградируемые и стабильные материалы in vitro в целом однородна и аналогична реакции на биоматериалы, хотя некоторая специфичность ответа все же заметна. Титан, полиуретан, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен являются слабыми индукторами медиаторов воспаления, хотя титан способствует более высокой секреции TNF-a и IL-10, чем полиуретан, а особенность полипропилена заключается в стимулировании продукции профиброгенного хемокина ССL18 . PEG, предлагаемый в качестве субстрата для переноса клеток, вызывает резкое, но быстро проходящее усиление экспрессии IL-1β, TNF-a, IL-12, однако его сополимеризация с олигопептидом клеточной адгезии улучшает биосовместимость материала, в значительной степени снижая экспрессию провоспалительных цитокинов .

Реакция макрофагов на различные материалы in vitro не в полной мере характеризует их поведение в организме. В монокультурах отсутствуют факторы взаимодействия с другими клеточными популяциями и не учитывается фенотипический полиморфизм – в естественных условиях к имплантату мигрируют не только моноцитарные предшественники, но и зрелые тканевые макрофаги, ответ которых может существенно отличаться от рекрутируемых из крови. Исследование секреторной активности макрофагов, окружающих инсталлированные в ткани животных и человека эндопротезы, представляет большую сложность. Основным методом, позволяющим характеризовать макрофаги на основании парадигмы М1-М2 in situ, стали данные иммуноцитохимии маркерных белков iNOS, CD206, CD163, CD80, CD86. Постулируется, что наличие этих маркеров у макрофагов in vivo определяет их поляризацию в М1 и М2 направлениях с синтезом соответствующих спектров цито- и хемокинов, но, учитывая возможность существования макрофагов смешанного типа , такая характеристика не вполне корректна.

Тем не менее, эксперименты in vivo дают возможность проследить судьбу имплантированного материала и динамику реакции макрофагов в течение длительного периода, что особенно важно для пожизненно установленных эндопротезов и устройств. Наиболее изученными в данном аспекте являются деградирующие биоматериалы на основе коллагена. Первыми клетками воспаления, мигрирующими к таким материалам, являются ПМЯЛ, однако этот эффект транзиторный и популяция второй волны представлена макрофагами . Их реакция зависит от физико-химических свойств коллагена. Чем жестче химическая обработка, тем больше отличается коллаген от нативного, тем более «чужим» он становится для макрофага и тем сильнее выражена тканевая реакция. Установленные между мышечными слоями брюшной стенки крысы фрагменты имплантатов из медленно деградирующего прошитого коллагена способствуют формированию ГКИТ и инкапсуляции материала. Мигрирующие макрофаги, судя по экспрессии рецепторов ССR7 и CD206, можно отнести в ряде случаев к М1 фенотипу, но во многих случаях определить их принадлежность к известным фенотипам не представляется возможным.

С течением времени вокруг имплантата появляются М2 макрофаги, которые располагаются преимущественно в фиброзной капсуле . Эндопротезы из непрошитого коллагена свиньи, человека и быка и прошитый диизоцианатом коллаген овцы , быстро разрушающиеся в организме крысы, стимулируют новообразование полноценной соединительной и мышечной тканей. Они не способствуют образованию ГКИТ и не инкапсулируются. Часть мононуклеарных фагоцитов, скапливающихся на границе ткань/материал, не имеет маркеров М1/М2 фенотипа, часть содержит оба маркера, а часть является М2 макрофагами. Субпопуляция М1 макрофагов на таких имплантатах отсутствует . Гистоморфометрический анализ показал положительную корреляцию между количеством макрофагов, несущих маркеры М2 фенотипа на ранних этапах развивающейся тканевой реакции, и показателями успешного ремоделирования тканей в зоне имплантации .

Тканевая реакция на недеградируемые материалы существует в течение всего времени присутствия их в организме . Ее интенсивность модулируется физико-химическими свойствами материалов: в ряду полиэстер, политетрафторэтилен, полипропилен – первый полимер вызывает максимально выраженное воспаление и слияние макрофагов, последний – минимальное, а выраженность фиброза для всех перечисленных материалов положительно коррелирует с количеством ГКИТ на поверхности синтетических полимеров . Несмотря на большое количество работ, в которых исследована воспалительная реакция на различные материалы, характеристики аккумулирующихся на них макрофагов изучены недостаточно. M.T. Wolf и соавт. (2014) показали, что на нитях и между узлами полипропиленовой сетки, имплантированной в брюшную стенку крысы, скапливаются преимущественно макрофаги с маркерами М1 фенотипа (СD86+CD206-) .

Нанесенный на полипропилен гель из межклеточного матрикса соединительной ткани снижает число М1 макрофагов и ГКИТ и одновременно тормозит рост микрососудов. Это явление хорошо согласуется с результатами работ, демонстрирующими экспрессию ангиогенных факторов М1 макрофагами ран и подавление васкулогенеза при их блокаде . О синтетической активности макрофагов, спектре их биологически активных молекул, обеспечивающих тканевую реакцию, известно мало. У мыши на периферии зоны имплантации нейлоновой сетки скапливаются макрофаги, секретирующие IL-6 и ССL2, IL-13 и TGF-β и в то же время в популяции клеток, в том числе и в ГКИТ, адгезированных на волокнах эндопротеза, экспрессируются IL-4, IL-10, IL-13 и TGF-β . IL-4 и IL-13 – мощные профиброгенные медиаторы, они не только поляризуют макрофаги в М2а направлении, способствуя продукции факторов роста, но и через индукцию экспрессии фибробластами TGF-β, стимулируют синтез ими коллагена. Профиброгенным эффектом обладают также IL-10 и CCL2, обеспечивающие хемотаксис предшественников миофибробластов – фиброцитов . Можно предположить, что именно макрофаги создают среду, способствующую развитию фиброза вокруг недеградирующих материалов.

Образование фиброзной ткани может оказывать как негативное, так и позитивное влияние на результаты лечения пациентов. В герниологической практике фиброзная трансформация тканей, связанная с имплантацией полипропиленового эндопротеза, является одной из основных проблем (рис. 2, собственные данные), которая на фоне нерациональной оперативной тактики в 15–20% случаев приводит к развитию рецидивов грыж различных локализаций .

В последние годы особенно интенсивно развиваются технологии дентальной имплантации, основанные на интеграции установленных конструкций за счет развития соединительной ткани (рис. 3, собственные данные). Несмотря на то, что фиброинтеграция имплантатов рядом специалистов признается как допустимый вариант, поиск новых материалов, способствующих процессам остеоинтеграции, продолжается .

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.

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.

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.

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 (греч, makros большой + phagos пожирающий) - клетки соединительной ткани, обладающие активной подвижностью, адгезивностью и выраженной способностью к фагоцитозу. М. открыты И. И. Мечниковым; он впервые установил их роль в защитных и других реакциях организма и предложил термин «макрофаги», подчеркивающий отличия этих клеток от клеток меньшего размера - «микрофагов» (т. е. сегментоядерных лейкоцитов, нейтрофилов), фагоцитирующих лишь мелкие чужеродные частицы, напр, микробы. М. описывали под разными названиями: клазматоциты Ранвье, рагиокринные клетки, адвентициальные клетки, блуждающие клетки в покое, пирроловые клетки, полибласты, амебоидные, металлофильные клетки, макрофагоциты, гистиоциты. Большинство этих терминов имеет лишь исторический интерес.

М., как и все клетки соединительной ткани, имеют мезенхимное происхождение, а в постнатальном онтогенезе дифференцируются из стволовой кроветворной клетки (см. Кроветворение), проходя в костном мозге последовательно стадии монобласта, промоноцита и моноцита. Последние циркулируют в крови, и, выселяясь в ткани, превращаются в М. Различают М. свободные (мигрирующие) и фиксированные в тканях. М. также подразделяют на гематогенные, образующиеся из только что выселившихся из крови моноцитов, и гистиогенные, которые ранее присутствовали в тканях. В зависимости от локализации различают М. рыхлой соединительной ткани - гистиоциты (см.), печени - звездчатые ретикулоэндотелиоциты (купферовы клетки), легкого - альвеолярные М., серозных полостей - перитонеальные и плевральные М., М. костного мозга и лимфоидных органов, глиальные макрофаги ц. н. с. (микроглии). Из М. происходят, по-видимому, и остеокласты.

М., являясь последней стадией дифференцировки одноядерных фагоцитов, не делятся митозом. Исключение, возможно, составляют М. в очагах хрон, воспаления. На основе общего происхождения из стволовой кроветворной клетки, строения и функции М. и их клетки-предшественники (моноциты и др.), согласно классификации, опубликованной в Бюллетене ВОЗ (1973), включены в систему мононуклеарных фагоцитов. В отличие от этого ретикулоэндотелиальная система (см.) объединяет клетки, имеющие различное происхождение и обладающие способностью к фагоцитозу: ретикулярные клетки, эндотелиальные клетки (в частности синусоидные капилляры кроветворных органов) и другие элементы.

Строение М. отличается разнообразием, зависящим от фагоцитарной активности, свойств поглощенного материала и пр. (рис. 1). В отличие от своих предшественников моноцитов (см. Лейкоциты) М. имеют большие размеры (20-100 мкм), содержат много плотных цитоплазматических гранул и митохондрий; в слабобазофильной (иногда оксифильной) цитоплазме нередко видны остатки фагоцитированного материала. Ядро сферической, бобовидной или неправильной формы. При наблюдении в фазовом контрастном микроскопе в М. выявляется характерная ундулирующая клеточная мембрана, совершающая волнообразные движения. При электронной микроскопии в М. виден хорошо развитый пластинчатый комплекс (см. Гольджи комплекс), обычно небольшое количество гранулярного эндоплазматического ретикулума. Отражением фагоцитарной активности являются плотные цитоплазматические гранулы - лизосомы (см.), фагосомы, мультивезикулярные остаточные тельца - так наз. миелиновые фигуры (рис. 2). Наблюдаются также микротрубочки и пучки микрофиламент.

Функц, значение М. определяется их высокой способностью к поглощению и переработке плотных частиц - фагоцитоз (см.) и растворимых веществ - Пиноцитоз (см.).

Значение макрофагов в иммунитете

М. являются своеобразным накопителем поступающих в организм антигенов (см.), которые находятся в нем в виде детерминант (участков молекулы антигена, определяющих его специфичность), состоящих не менее чем из 5 пептидов. Антигены подвергают особой переработке: взаимодействуя с рецепторами мембраны М. антигены вызывают активацию их лизосомальных ферментов и увеличение синтеза ДНК.

М. играют весьма существенную роль в индукции антителообразования, для к-рой необходимы все три типа клеток (макрофаги, Т- и В-лимфоциты). Антиген, связанный с различными фракциями М. (мембраны, лизосомы), является значительно более иммуногенным, чем нативный антиген. После обработки в М. антигены поступают к Т- и B-лимфоцитам (см. Иммунокомпетентные клетки). М., содержащие антиген, вначале реагируют с Т-клетками, и только после этого «включаются в работу» В-клетки. Взаимодействие М. с Т-клетками регулируется Н-антигенами или продуктом гена, связанного с системой генов гистосовместимости (см. Иммунитет трансплантационный).

Активированные антигеном В-клетки вырабатывают опсонины (см.), улучшающие контакт М. с антигенным материалом; при этом Fab -фрагменты антитела (см.) взаимодействуют с детерминантами антигена, a Fc -фрагменты прикрепляются к поверхности М. Это стимулирует синтез аденилциклазы и усиливает продукцию 3",5"-АМФ, способствующего пролиферации и дифференцировке В-лимфоцитов.

Макрофаги, Т- и В-лимфоциты взаимодействуют друг с другом при помощи разнообразных растворимых факторов, выделяемых этими клетками после антигенной стимуляции. Высказано предположение, что большинство растворимых факторов выделяется Т-лимфоцитами. Хим. природа этих факторов не изучена. Передача иммунол, информации от М. к лимфоциту происходит при непосредственном контакте этих клеток. Механизм этой передачи заключается в «прилипании» М. к лимфоциту, что сопровождается выбуханием цитоплазмы М., к-рая затем сливается с выростом цитоплазмы лимфоцита. М. синтезируют большое количество неспецифических факторов иммунитета: трансферрин, комплемент, лизоцим, интерферон, пирогены и др., являющиеся антибактериальными факторами.

М. играют большую роль в антимикробном и антивирусном клеточном иммунитете, чему способствует и относительно большая продолжительность жизни этих клеток (примерно от одного до нескольких месяцев), а также в развитии иммунного ответа организма. Они осуществляют важнейшую функцию по освобождению организма от чужеродных антигенов. Переваривание микробов или немикробных агентов, патогенных грибков, простейших, продуктов собственных измененных клеток и тканей осуществляется при помощи лизосомальных ферментов М.

Как показывают многочисленные исследования, идея И. И. Мечникова о значении фагоцитарных клеток в иммунитете (см.) справедлива в отношении не только бактерий, но и вирусов. М., особенно иммунизированных животных, принимают активное участие в разрушении вирионов (см. Вирусы), несмотря на то что вирусы более устойчивы к действию ферментов и процесс их разрушения идет менее энергично, чем процесс разрушения бактерий. М. выполняют защитную функцию на различных этапах инф. процесса: они являются барьером на месте входных ворот инфекции и на стадии виремии, когда ограничению распространения вируса препятствуют М. печени, селезенки и лимф, узлов. С помощью М. ускоряется процесс выведения вируса из организма, точнее, комплекса антиген- антитело (см. Антиген-антитело реакция). М., полученные от неиммунизированных и иммунизированных животных, активно фагоцитируют вирусы гриппа, осповакцины, миксомы, эктромелии. Из иммунных М. вирус гриппа мог быть выделен лишь в течение нескольких часов, в то время как из неиммунных М. он изолировался в течение нескольких суток.

Блокирование в эксперименте М. антимакрофагальной сывороткой, кремнием, каррагинаном (высокомолекулярная полигалактоза) приводит к отягощению течения ряда бактериальных и вирусных инфекций. Однако при некоторых вирусных заболеваниях М. оказались не только неспособными предотвратить инфекцию, но, более того, поддерживали репродукцию вирусов (напр., вирусов лимфоцитарного хориоменингита), которые длительно сохранялись в организме, способствуя развитию аутоиммунных заболеваний.

Проведены исследования, показавшие участие М. в цитотоксическом действии сенсибилизированных лимфоцитов на клетки-мишени. В эксперименте показано, что удаление м. из популяции иммунных лимфоцитов вызывало значительное ослабление цитотоксического действия лейкоцитов на клетки некоторых опухолей и что прогноз заболевания тем благоприятнее, чем больше активных М. содержится в регионарных к опухоли лимф, узлах. Изучение реакций иммунной системы реципиента при трансплантации органов и тканей показало, что М. участвуют в отторжении трансплантата и в элиминации чужеродных клеток из организма (см. Трансплантация).

Библиография: Бернет Ф. М. Клеточная иммунология, пер. с англ., М., 1971; В а н Фюрт Р. и др. Система мононуклеарных фагоцитов, новая классификация макрофагов, моноцитов и их клеток-пред-шественников, Бюлл. ВОЗ, т. 46, № 6, с. 814, 1973, библиогр.; Здродовский П. Ф. Проблемы инфекции, иммунитета и аллергии, М., 1969, библиогр.; Косяков П. Н. и P о в н о в а 3. И. Противовирусный иммунитет, М., 1972; Петров Р. В. Иммунология и иммуногенетика, М., 1976, библиогр.; Учитель И. Я. Макрофаги в иммунитете, М., 1978; А 1 1 i s о и А. С. Interactions of antibodies complement components and various cell types in immunity against viruses and pyogenic bacteria, Transplant. Rev., v. 19, p. 3, 1974, bibliogr.; Carr I. The macrophage, L.- N.Y., 1973; Gordon S. a. С o h n Z. The macrophage, Int. Rev. Cytol., v. 36, p. 171, 1973, bibliogr.; Immunobiology of the macrophage, ed. by D. S. Nelson, N. Y., 1976; Mononuclear phagocytes in immunity, ed. by R. van Furth, Oxford, 1975; Wahl S. M. a. o. The role of macrophages in the production of lymphokines by T and B lymphocytes, J. Immunol., v. 114, p. 1296, 1975.

H. Г. Хрущов; М. С. Бердинских (иммунол.).

Макрофаги - это что за существа? Или формирования? За что они отвечают в нашем организме? На эти, а также на ряд подобных вопросов и будут даны ответы в рамках статьи.

Общая информация

Мононуклеарные фагоциты (или же макрофаги) - это группа долгоживущих клеток, которые способны к фагоцитозу. Они имеют довольно много общих функций, которые роднят их с нейтрофилами. Также макрофаги - это активные участники сложных воспалительных и иммунных реакций, где они выступают в роли секреторных клеток. Как же они функционируют? Макрофаги подобно нейтрофилам покидают путём диапедеза сосудистое русло и начинают идти по своему пути - циркулировать в крови. Но направляются они в ткани. После этого и происходит трансформация моноциты → макрофаги. И уже в месте прибытия они будут выполнять свои специфические функции, которые зависят от анатомической локализации. Относится это к печени, лёгким, костному мозгу и селезёнке. В них они будут заниматься удалением вредных частиц и микроорганизмов из крови. В что же они могут «превратиться»? Купферовские и микроглиевские клетки, альвеолярные макрофаги, макрофаги селезёнки, лимфоузлов, костного мозга - вот во что они трансформируются.

Функционал

На макрофаги организма возложены две основные функции, которые и выполняются разными типами:

Устранение корпускулярных антигенов. Этим занимаются так называемые «профессиональные» макрофаги.
Поглощение, процессинг и представление антигена для Т-клеток. Эти задачи выполняют уже АПК. Такое сокращение используется из-за длинного названия субъектов микроуровня - антигенпрезентирующих клеток.

Когда из промоноцитов костного мозга образуются взрослые формации, то особенно много из них попадают (и задерживаются там) в лимфоциты. Макрофаги длительное время выполняют свой функционал благодаря тому, что это долгоживущие клетки, у которых хорошо развиты митохондрии и шероховатый эндоплазматический ретикулум.

Подробнее о задачах

Но наибольшее внимание всё же следует уделить борьбе с простейшими, вирусами и бактериями, которые существуют внутри хозяйских клеток. Реализовывается это благодаря наличию бактерицидных механизмов, которыми обладают макрофаги. Это приводит к тому, что они являются одним из самых мощных инструментов врожденного иммунитета. Но и это не всё. Они вместе в Т- и В-лимфоцитами принимают участие в формировании иммунного ответа. Кроме этого, нельзя не отметить роль макрофагов в заживлении ран, ликвидации клеток, что уже отжили своё, и при образовании атеросклеротических бляшек. Они буквально пожирают вредоносные элементы в нашем организме. Об этом даже говорит их название. Так, в переводе на русский язык «макрофаг» - это «большой пожиратель». И следует отметить, что эти клетки действительно довольно большие.

Какие же бывают виды макрофагов?

Поскольку рассматриваемые нами образования являются тканевыми фагоцитами, то в разных частях тела можно встретить различные их «модификации». Если рассматривать абсолютно все, это займёт очень много времени, поэтому внимание будет уделено наиболее весомым представителям, таким как:

Альвеолярные макрофаги. Находятся в лёгких и занимаются очищением вдыхаемого воздуха от различных вредоносных и загрязняющих частиц.
Купферовские клетки. Они расположены в печени. В основном занимаются уничтожением старых клеток крови.
Гистоциты. Обитают в соединительных тканях, поэтому можно встретить по всему организму. Но их довольно часто называют «ненастоящими» макрофагами из-за того, что они занимаются образованием каркаса для большинства структур тела, а не непосредственно уничтожением различных вредных элементов.
Живут в эпителии и под слизистыми оболочками.
Селезеночные макрофаги. Находятся в синусоидных сосудах этого органа и занимаются вылавливанием и уничтожением отживших своё клеток крови. Не зря селезенку называют кладбищем погибших эритроцитов.
Перитонеальные макрофаги. Обитают в брюшине.
Макрофаги лимфатических узлов. Где они обитают, очевидно из названия.

Заключение

Сложен наш организм. Его населяет множество полезных клеток, которые облегчают нашу жизнь. Не являются исключениеми макрофаги. К сожалению, иногда их опыта не хватает для того, чтобы иммунная система работала необходимым образом. И тогда человек заболевает. Но важным преимуществом нашей иммунной системы является именно то, что она умеет приспосабливаться.