Фагоцитоз -- процесс, при котором специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма (фагоциты) захватывают и переваривают твердые частицы. Открытие фагоцитоза принадлежит И. И. Мечникову. Он осуществляется двумя разновидностями клеток: циркулирующими в крови зернистыми лейкоцитами (гранулоцитами) и тканевыми макрофагами. У животных фагоцитировать могут также ооциты, плацентные клетки, клетки, выстилающие полость тела, пигментный эпителий сетчатки глаза.

Механизм фагоцитоза однотипен и включает 8 последовательных фаз: 1) хемотаксис (направленное движение фагоцита к объекту);

2) адгезия (прикрепление к объекту);

3) активация мембраны (актин-миозиновой системы фагоцита);

4) начало собственно фагоцитоза, связанное с образованием вокруг поглощаемой частицы псевдоподий;

5) образование фагосомы (поглощаемая частица оказывается заключенной в вакуоль благодаря надвиганию на нее плазматической мембраны фагоцита подобно застежке-молнии;

6) слияние фагосомы с лизосомами;

7) уничтожение и переваривание;

8) выброс продуктов деградации из клетки.

Фагоцитозу часто предшествует процесс опсонизации (от греч. opsoniazo -- снабжать пищей, питать) объекта. Объектом является клетка, которая несет чужеродную информацию. Инициатором этого процесса является образование на поверхности клетки комплекса антиген-антитело. Антитела, локализуясь на поверхности чужеродной клетки, стимулируют активацию и присоединение к ним белков системы комплемента. Образующийся комплекс действует как активатор остальных стадий фагоцитоза.

Более детально этапы фагоцитоза выглядят следующим образом:

1. Хемотаксис. Чужеродные клетки (опсонизированные или неопсонизированные) посылают в окружающую среду хемотаксические сигналы, в направлении которых начинает двигаться фагоцит. Ранее других клеток в очаг воспаления мигрируют нейтрофилы, позже - макрофаги.

2. Адгезия фагоцитов к объекту. Обусловлена наличием на поверхности фагоцитов рецепторов для молекул, представленных на поверхности объекта (собственных или связавшихся с ним). Акт адгезии включает две фазы: распознавание чужеродного (специфический процесс) и прикрепление, или собственно адгезию (неспецифический процесс). В случае если отсутствует предварительное специфическое распознавание чужеродных клеток, адгезия фагоцитирующей клетки к объекту фагоцитоза происходит крайне медленно.

3. Активация мембраны. На этой стадии осуществляется подготовка объекта к погружению. Происходит активация протеинкиназы С, выход ионов кальция из внутриклеточных депо. Большое значение играют переходы золь-гель в системе клеточных коллоидов и актино-миозиновые перестройки.

4. Погружение. Происходит обволакивание объекта. В процессе фагоцитоза плазматическая мембрана макрофага при помощи образованных ею выступающих складок захватывает объект фагоцитоза и обволакивает его.

5. Образование фагосомы. Происходит замыкание мембраны, погружение объекта с частью мембраны фагоцита внутрь клетки. Образующаяся при этом небольшая вакуоль называется фагосомой.

6. Образование фаголизосомы. Слияние фагосомы с лизосомами, в результате чего образуются оптимальные условия для бактериолиза и расщепления убитой клетки.

7. Киллинг и расщепление. В фагосоме захваченная чужеродная клетка гибнет. Для осуществления киллинга макрофаг продуцирует и секретирует в фагосому реакционноспособные производные кислорода. Основные вещества, участвующие в бактериолизе: пероксид водорода, продукты азотного метаболизма, лизоцим и др. Процесс разрушения бактериальных клеток завершается благодаря активности протеаз, нуклеаз, липаз и других ферментов.

Переваривание захваченного и убитого материала - завершающий этап фагоцитоза. Для этого с фагосомой, содержащей объект фагоцитоза, объединяются лизосомы, которые содержат более 25 различных ферментов, в число которых входит большое количество гидролитических энзимов. В фагосоме происходит активация всех этих ферментов, так называемый метаболический взрыв, в результате которого фагоцитированный объект переваривается.

8. Выброс продуктов деградации.

Фагоцитоз может быть:

ѕ завершенным (киллинг и переваривание прошло успешно);

ѕ незавершенным (для ряда патогенов фагоцитоз является необходимой ступенью их жизненного цикла, например, у микобактерий и гонококков).

Изучение показателей фагоцитоза имеет значение в комплексном анализе и диагностике иммунодефицитных состояний: часто рецидивирующих гнойно-воспалительных процессах, длительно не заживающих ран, склонности к послеоперационным осложнениям.

Для исследования фагоцитарной функции используют:

ѕ подсчет абсолютного числа фагоцитов (нейтрофилов и моноцитов);

ѕ оценку интенсивности поглощения микробов фагоцитами;

ѕ определение способности фагоцитирующих клеток переваривать захваченные микробы.

Наиболее информативным для оценки активности фагоцитоза считают фагоцитарное число, количество активных фагоцитов и индекс завершенности фагоцитоза.

Наиболее распространенным методом количественного определения и характеристики морфологических дефектов нейтрофилов является лейкограмма и цитологические исследования с использованием световой и электронной микроскопии.

Для определения хемотаксической активности нейтрофилов применяют метод исследования миграции лейкоцитов с использованием камеры Бойдена. Метод основан на разделении микропористым фильтром в растворе двух реагирующих компонентов: нейтрофилов и хемотаксических агентов (например, C5a), которые помещаются в нижнюю камеру и создают концентрационный градиент. Помещенные в верхнюю камеру нейтрофилы мигрируют вдоль градиента и собираются на нижней поверхности фильтра. После стандартной инкубации фильтры извлекают, окрашивают и подсчитывают количество клеток. Метод довольно прост и отличается весьма высокой воспроизводимостью. Этот же принцип лежит в основе метода клеточной миграции под агарозным гелем, который используется для определения хемотаксического индекса.

Для фагоцитарного числа норма -- 5-10 микробных частиц. Это среднее количество микробов, поглощенных одним нейтрофилом крови. Характеризует поглотительную способность нейтрофилов. Определяется путем подсчета количества поглощенных бактерий одной клеткой после инкубации клеток пациента со стандартными препаратами St.aureus или E.coli и окраски полученных мазков. Модификацией этого теста является метод определения бактерицидной активности, при котором отмытая суспензия клеток инкубируется с бактериальной суспензией, затем смесь наносится на поверхность кровяного агара и через определенное время подсчитывается количество выросших бактериальных колоний. Оба метода требуют стандартизации для использования в каждой конкретной лаборатории и сведений об антибиотикотерапии, которая может быть причиной недостоверных результатов или ошибок в их интерпретации.

Фагоцитарная емкость крови в норме -- 12,5-25х10 9 на 1 л крови. Это количество микробов, которое могут поглотить нейтрофилы 1 л крови.

Фагоцитарный показатель в норме 65-95%. Это относительное количество нейтрофилов (выраженное в процентах), участвующих в фагоцитозе.

Количество активных фагоцитов в норме -- 1,6-5,0х10 9 в 1 л крови. Это абсолютное количество фагоцитирующих нейтрофилов в 1 л крови.

Индекс завершенности фагоцитоза в норме -- более 1. Он отражает переваривающую способность фагоцитов.

Фагоцитарная активность нейтрофилов обычно повышается в начале развития воспалительного процесса. Ее снижение ведет к хронизации воспалительного процесса и поддержанию аутоиммунного процесса, так как при этом нарушается функция разрушения и выведения иммунных комплексов из организма.

Спонтанный тест с НСТ(нитросиний тетразолий) - в норме у взрослых количество НСТ-положительных нейтрофилов составляет до 10%. Этот тест позволяет оценить состояние кислородзависимого механизма бактерицидности фагоцитов (гранулоцитов) крови in vitro. Он характеризует состояние и степень активации внутриклеточной НАДФ-Н-оксидазной антибактериальной системы. Феномен респираторного (или метаболического) взрыва связан со значительным увеличением кислорода, поглощаемого лейкоцитами при фагоцитозе, в результате чего происходит образование супероксидного радикала (О 3-) и перекиси водорода. Все эти соединения обладают микробоцидными свойствами, и их идентификация представляет собой важный этап в оценке функциональной активности фагоцитарных клеток.

Показатели НСТ-теста повышаются в начальный период острых бактериальных инфекций, тогда как при подостром и хроническом течении инфекционного процесса они снижаются.

Снижение спонтанного теста с НСТ характерно для хронизации воспалительного процесса, врожденных дефектов фагоцитарной системы, иммунодефицитов, злокачественных новообразований, тяжелых ожогов, травм, недостаточности питания, лечения некоторыми лекарственными препаратами, воздействия ионизирующего излучения.

Повышение спонтанного теста с НСТ отмечают при антигенном раздражении вследствие острого бактериального воспаления, лейкоцитозе, усилении антителозависимой цитотоксичности фагоцитов, аутоаллергических заболеваниях, аллергии.

Активированный тест с НСТ используется для определения фагоцитарной метаболической (кислородо-зависимой) активности нейтрофилов. Тест включает в себя инкубацию нейтрофилов с НСТ in vitro, и по формированию нерастворимых окрашенных зерен формазана можно судить о восстановлении НСТ супероксидным радикалом, образующимся при активации фагоцитов. Отсутствие осадка свидетельствует о неспособности клеточной популяции фагоцитов к метаболизму.

В норме у взрослого человека количество НСТ-положительных нейтрофилов составляет 40-80%. Снижение показателей активированного НСТ-теста нейтрофилов ниже 40% и моноцитов ниже 87% свидетельствует о недостаточности фагоцитоза.

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

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

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

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

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

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

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.

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.

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

КЛЕТОЧНЫЕ МЕТАМОРФОЗЫ

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

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

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

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

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: ; , а также 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: . По сути, пенистая клетка – это тот же макрофаг М1, но переполненный жировыми включениями, преимущественно состоящими из водонерастворимых соединений холестерина и жирных кислот.
В зависимости от своего микроокружения макрофаги могут радикально менять свой фенотип, каждый раз исполняя в прямом смысле «полярные» функции. М1 макрофаги защищают организм от инфекционных агентов, М2 курируют процессы восстановления поврежденных тканей, а Мox макрофаги участвуют в антиоксидантной защите организма.

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

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

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.

ФАРМОКОЛОГИЧЕСКАЯ 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.

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


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

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.

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

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.

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

ЛИТЕРАТУРА

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

Нейтрофилы (полиморфноядерныe лейкоциты, ПЯЛ)

Это подвижные фагоциты с сегментированным ядром. Нейтрофилы идентифицируют либо по структуре ядра, либо по поверхностному антигену CD66.

Основную роль в эффекторных функциях нейтрофилов играют компоненты гранул. Гранулы нейтрофилов классифицируют на первичные, вторичные, третичные и секреторные пузырьки. Различия между классами гранул могут быть определены после анализа белков-маркеров. В гранулах нейтрофилов сохраняется около 300 различных белков, которые могут быть освобождены в окружение клетки или оставаться присоединенными к мембране нейтрофилов.

Секреторные пузырьки
Считают, что секреторные пузырьки формируются только в зрелых сегментоядерных нейтрофилах при поступлении их в кровоток . Секреторные пузырьки по происхождению эндосомы , и представляют собой пул рецепторов, включаемых в плазматическую мембрану после слияния мембраны секреторных пузырьков с мембраной нейтрофила. В мембране секреторных пузырьков множество рецепторов - β2-интегрины, Cr1, рецепторы формил-пептида (fpr), CD14, CD16, а также ферменты металлопротеиназы и щелочная фосфатаза. В полости секреторных пузырьков содержится альбумин и белок, связывающий гепарин (HBP). Маркерный фермент пузырьков - щелочная фосфатаза.

Вторичные и третичные гранулы
Пероксидазонегативние гранулы нейтрофилов могут быть разделены на вторичные и третичные, которые отличаются содержанием белков и секреторными свойствами. Вторичные гранулы содержат больше антибактериальных соединений, чем третичные. Третичные гранулы легче, чем вторичные подвергаются экзоцитозу. Третичные гранулы – резерв матрикс-деградирующих ферментов и мембранных рецепторов, необходимых для экстравазации и диапедеза нейтрофила . Напротив, вторичные гранулы участвуют главным образом, в антибактериальных действиях нейтрофилов путем мобилизации в фагосомы или секрецию во внешнюю среду. В арсенале их антибактериальных пептидов - лактоферрин, NGAL, лизоцим и hCAP18, LL-37. Маркерный белок третичных гранул - фермент желатиназа, вторичных – лактоферрин .

Первичные гранулы
Первичные гранулы содержат кислые гидролазами, в том числе кислую фосфатазу и антибактериальные белки; их мембрана лишена рецепторов. У человека антибактериальные белки представлены нейтрофильными пептидами – α-дефензинами и сериновыми протеазами с антибактериальной активностью. При созревании нейтрофилов в костном мозге первыми еще на стадии миелобластов формируются азурофильные гранулы; дефензины (катионные белки) в азурофильных гранулах синтезируются на второй стадии дифференцировки нейтрофилов - стадии образования промиелоцитов.

Маркерный белок этих гранул фермент миелопероксидазы.

Моноциты/макрофаги

Моноциты – это фагоциты, которые циркулируют в крови. Когда моноциты мигрируют в ткани, они превращаются в макрофаги. Моноциты имеют характерную форму ядра в виде почки. Они могут быть определены морфологически или по CD14 – маркеру клеточной поверхности. В отличие от ПЯЛ они не содержат гранул, но имеют многочисленные лизосомы, содержимое которых похоже на содержимое гранул нейтрофилов. Специализированные виды макрофагов могут быть найдены во многих органах, включая легкие, почки, мозг и печень.

Макрофаги выполняют множество функций. Как мусорщики, они удаляют из организма изношенные клетки, иммунные комплексы. Макрофаги представляют чужеродный антиген для распознавания его лимфоцитами, в этом отношении макрофаги похожи на дендритные клетки. Макрофаги способны секретировать удивительное разнообразие мощных химических сигналов – монокинов, которые жизненно важны для иммунного ответа неспецифического иммунитета: ответ фагоцитов на инфекцию.

Циркулирующие в крови нейтрофилы и моноциты реагируют на сигналы опасности (SOS), образующиеся в месте локализации инфекции. SOS сигналы включают в себя N-формил-метионин, освобождаемый бактериями; пептиды, образующиеся при свертывании крови, растворимые пептиды – продукты активации системы комплемента и цитокины, секретируемые тканевыми макрофагами, которые столкнулись в тканях с бактериями. Некоторые из сигналов SOS стимулируют экспрессию молекул клеточной адгезии на эндотелиальных клетках неподалеку от места инфекции, такие как ICAM-1 и селектины. Молекулы адгезии связываются с комплементарными структурами на поверхности фагоцитирующих клеток. Как следствие нейтрофилы и моноциты прилипают к эндотелию. Вазодилататоры, освобождаемые в месте инфекции тучными клетками, способствуют диапедезу прилипших фагоцитов через эндотелиальный барьер " и миграции их к месту локализации инфекции. Перемещение в тканях по градиенту концентрации молекул SOS. Параллельно SOS сигналы активируют фагоциты, что приводит к усилению, как поглощения возбудителей, так и внутриклеточному уничтожению инвазивных организмов.

Инициирование фагоцитоза при неспецифическом иммунитете

Клетка- фагоциты имеет на своей мембране рецепторы, способствующие связыванию их с возбудителем-антигеном, и поглощать его. К важнейшим рецепторам относятся следующие структуры.

1. Fc-рецепторы - если с бактериями связываются антитела IgG , то на поверхности бактерий будут Fc-фрагменты, которые распознаются и связываются Fc- рецептором на фагоцитах. На поверхности одного нейтрофила содержится порядка 150 000 таких рецепторов! Связывание бактерий, покрытых IgG, инициирует фагоцитоз и активацию метаболической активности фагоцитов (респираторный взрыв).

2. Рецепторы комплемента - фагоциты имеют рецепторы для С3b компонента комплемента, При активации комплемента при взаимодействии со структурами поверхности бактерий, последняя покрывается гидрофобным фрагментом C3b. Связывание рецептора к C3b с С3b на приводит также к повышению фагоцитоза и стимулированию респираторного взрыва.

3. Рецепторы - мусорщики связывают широкий спектр полианионов на бактериальной поверхности, опосредуя фагоцитоз бактерий.

4. Toll-подобные рецепторы - фагоциты имеют различные Toll-подобные рецепторы, которые признают широкий спектр консервативных структур на поверхности инфекционных агентов. Связывание инфекционных агентов через Toll-подобных рецепторов приводит к фагоцитозу и высвобождению провоспалительных цитокинов (IL-1, TNF-альфа и IL-6) фагоцитами.

Фагоцитоз и неспецифический иммунитет

После прикрепления бактерий, мембрана фагоцитов образует псевдоподии, которые, в конце концов, окружают бактерию и поглощают её, бактерии оказывается заключенной в фагосому. Фагосомы сливаются с вторичными гранулами, образуя фаголизосому.

Респираторный взрыв и внутриклеточный киллинг при неспецифическом иммунитете

Во время фагоцитоза, фагоцитирующие клетки увеличивают потребление глюкозы и кислорода, этот процесс называют респираторный взрыв. Следствие респираторного взрыва – образование активных форм кислорода, которые способны убить бактерии в составе фаголизосомы. Этот процесс называют кислород-зависимый внутриклеточный киллинг. Кроме того, в составе фаголизосомы бактерии и могут быть уничтожены под действием уже имеющегося содержимого в гранулах. Комплекс этих реакций называют кислород независимый внутриклеточный киллинг.

1. В процессе фагоцитоза включается механизм прямого окисления глюкозо-6-фосфата в пентозофосфатном пути с образованием НАДФН. Тотчас осуществляется сборка надмолекулярного комплекса активной молекулы НАДФН-оксидазы. Активированная НАДФН-оксидаза использует кислород для окисления НАДФН. В результате реакции образуется супероксид-анион. Под действием супероксиддисмутазы часть супероксид-анионов превращается в синглетный кислород и H 2 O 2 Другая часть супероксид-анионов взаимодействует с Н 2 О 2 с образованием гидроксильных радикалов и синглетного кислорода. В результате всех этих реакций образуются токсичные кислорода соединений супероксид-анион перекись водорода, синглетный кислород и гидроксильные радикалы (ОН ).

2. Кислород зависимый миелопероксидаза-зависимый внутриклеточный киллинг

Как только азурофильные гранулы сливаются с фагосомой, в состав фаголизосомы высвобождается миелопероксидаза. Миелопероксидаза катализирует реакцию образования гипохлорит иона из H2O2 и хлорид иона. Гипохлорит иона высокотоксичное соединение, мощный окислитель. Некоторая часть гипохлорита может самопроизвольно распадаться до синглетного кислорода. В результате этих реакций образуются токсичные гипохлорит (OCl -) и синглетный кислород (1 O2).

3. Реакции детоксикации (табл. 3)

Нейтрофилы и макрофаги располагают средствами защиты от действия активных форм кислорода. Эти реакции включают дисмутацию супероксид аниона в перекись водорода супероксиддисмутазой и конверсию перекиси водорода в воду каталазой.

4. Кислород-независимый внутриклеточный киллинг

Кислород-независмые механизмы внутриклеточного киллинга

5. Зависимый от оксида азота киллинг в реакциях неспецифического иммунитета

Связывание бактерий макрофагами, в частности, посредством Toll-подобных рецепторов, приводит к продукции ФНО-альфа, который аутокринно (стимулирует те же клетки, которые его секретировали) индуцирует экспрессию гена индуцибельной NO синтазы (iNOS), в результате чего макрофаги синтезируют оксида азота (NO). Если клетка подвергается действию гамма-интерферона (IFN-гамма) , синтез оксида азота усиливается. Концентрация оксид а азота, освобождаемого макрофагами, обладает выраженным токсическим действием на микроорганизмы в непосредственной близости от макрофагов.

Одна из причин, почему рак так трудно лечить в том, что он избегает обнаружения организмом. Агенты иммунной системы постоянно проверяют поверхности клеток на химические сигналы, подтверждающие их принадлежность, но раковые клетки посылают те же химические сигналы, что и здоровые.

Теперь исследователи из Университета Пенсильванской школы научились реорганизовывать макрофаги, «первые ответчики» иммунной системы, чтобы они могли различать здоровые и раковые клетки.

Сконструированные клетки должны циркулировать через тело мыши, вторгаться в опухоли и поглощать раковые клетки человека в ней. Это представляет собой потенциальный прогресс в области иммунотерапии рака, который до сих пор добился наибольшего успеха в лечении «жидких» опухолей, связанных с раком крови.

Иммунные клетки, называемые макрофагами, являются первыми ответчиками организма; Они удаляют больные или чужеродные клетки из организма, пожирая и переваривая их. Макрофаги также должны разрушать раковые клетки, но они возникают из здоровых клеток, которые первые защищаются почти всеми теми же механизмами, препятствующими нападению со стороны иммунной системы.

Лаборатория Discher обладает знаниями, имитирующими эти защитные механизмы на здоровых клетках, но теперь они нацеливаются на белки макрофагов, которые реагируют на эти сигналы.

«Наш новый подход привлекает молодые и агрессивные макрофаги из костного мозга человека-донора и устраняет гарантию того, что раковые клетки кооптированы, чтобы предотвратить их заражение», — сказал Алвей. «В сочетании с антителами, нацеленными на рак, эти сконструированные макрофаги внедряются в твердые опухоли и быстро приводят к регрессии опухолей человека без какой-либо измеримой токсичности».

Терапия иммунных клеток с использованием искусственных Т-клеток в последнее время стала успешным лечением некоторых видов рака крови, которые называются «жидкими» опухолями. Опухоли в других тканях обычно более твердые, что может физически препятствовать способности Т-клеток проникать в массу опухоли.

Макрофаги легко проникают в пораженные и поврежденные ткани, включая опухоли. Таким образом, терапия рака на основе макрофагов была исследована десятилетия назад. Хотя они оказались безопасными у пациентов, они не были эффективны в уничтожении раковых клеток. Теперь понятно, что такие макрофаги получили тот же сигнал «не ешь меня» как из здоровых, так и раковых клеток.

Лаборатория Discher с тех пор показала, что белок на человеческих клетках, называемый CD47, функционирует как «маркер себя», взаимодействуя с белком на поверхности макрофагов SIRPA. Когда SIRPA контактирует с CD47 на любой другой клетке, он служит защитой, которая предотвращает поглощение макрофагом другой клетки, даже если она раковая. Исследователи полагали, что контроль этого белка может оживить клеточные терапии на основе макрофагов.

Инъекции молекул антител, блокирующих CD47 от взаимодействия с SIRPA, уже пробуют в клинике, основываясь на наблюдениях за некоторым уменьшением размеров опухолей у мышей. Однако такие молекулярные методы лечения воспроизводимо вызывают быструю потерю многих циркулирующих клеток крови, так как макрофаги также атакуют некоторые здоровые клетки. В дополнение к возникновению анемии некоторые мыши с истощенным CD47 умирают от аутоиммунного заболевания.

Чтобы обойти эти проблемы безопасности и потенциально максимизировать терапевтическое воздействие на опухоли, Элви и его коллеги взяли молодые молочные макрофаги от доноров, а также мышей и непосредственно заблокировали их SIRPA. Они также вводили различные антитела, которые связываются с раковыми клетками, помогающими активировать макрофаги, которые могут проникать в опухоль.

«Большой сюрприз, — сказал Дискер, — заключается в том, что инъецированные макрофаги циркулируют по всему телу, но накапливаются только внутри опухолей, где они зацепляются за раковые клетки».

После двух инъекций раковые клетки были очищены в 100 раз от опухолей размером в десять центов, а опухоли уменьшились на 80 процентов. Важно отметить, что на кровяные клетки не повлияли процедуры, что предполагает, что такой подход безопасен.

«Безопасность до сих пор, вероятно, является следствием как относительно небольшого числа инжектируемых макрофагов, так и их секвестрации в опухоли, вдали от большинства здоровых клеток», — сказал Дискер.

Исследование выявило новые биологические механизмы, в том числе наблюдение, что инъецированные макрофаги, которые накапливаются в опухоли, перестают проникать в раковые клетки примерно через неделю. Дальнейшие инъекции, однако, безопасно приводят к регрессии опухоли.

«Первая фаза клинических испытаний — это испытания безопасности человека, поэтому это многообещающее начало», — сказал Алви. «Эффективность этих сконструированных макрофагов относительно ясна, но ключевая проблема заключается в том, как максимизировать противораковые эффекты, одновременно уменьшая побочные эффекты, а именно поглощение нормальных клеток».

Текущие исследования в лаборатории Discher сосредоточены на том, как сконструировать макрофаги для более длительного действия.

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:

1. Устранение корпускулярных антигенов. Этим занимаются так называемые «профессиональные» макрофаги.
2. 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:

1. Альвеолярные макрофаги. Находятся в лёгких и занимаются очищением вдыхаемого воздуха от различных вредоносных и загрязняющих частиц.
2. Купферовские клетки. Они расположены в печени. В основном занимаются уничтожением старых клеток крови.
3. 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.
4. Живут в эпителии и под слизистыми оболочками.
5. Селезеночные макрофаги. Находятся в синусоидных сосудах этого органа и занимаются вылавливанием и уничтожением отживших своё клеток крови. Не зря селезенку называют кладбищем погибших эритроцитов.
6. Перитонеальные макрофаги. Обитают в брюшине.
7. 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.