Мононуклеары моноциты. Мононуклеары в крови, их виды и значение

Представлены костномозговыми предшественниками фагоцитов, моноцитами и тканевыми макрофагами.

В зависимости от локализации имеют соответствующее название, строение и функции одинаковы.

Функции:

1. Ключевые эффекторные клетки врожденного иммунитета (наряду с NK-Л и нейтрофилами).

2. Являясь одной из форм АПК, участвуют в формировании адаптивного иммунитета (наряду с дендритными клетками и В-Л).

3. Активируемые в процессе эндоцитоза чужеродных частиц секретируют растворимые продукты различной активности: лизоцим, протеазы, коллагеназы, эластазы, активатор плазминогена, цитокины, компоненты системы комплемента, простаноиды, фибронектин, факторы свертывания крови и др.

4. Некоторые – хемоаттрактанты, рекрутируют в очаг воспаления разные гистологические типы клеток, в основном миелоидного ряда.

5. Некоторые – микробицидное действие благодаря продуктам лизосом, секретируемых при экзоцитозе.

6. Некоторые их продукты обладают ранозаживляющими свойствами.

7. Эндоцитоз отживших и разрушенных клеток собственного организма.

8. Ряд их цитокинов способствует межклеточным взаимодействиям, проявляет воспалительные свойства, развивает регуляторную активность по отношению к клеткам системы иммунитета, способствует деструкции опухолей.

Моноциты (3-11% в крови) – образуются в костном мозгу под влиянием цитокинов промоноциты монобласты миелоидная стволовая клетка, в течение суток выселяются в кровоток, где находится до 2-х сут. (12-32 ч.). Подразделяются на 2 группы: циркулирующие и пристеночные – тесно контактирующие с клетками эндотелия и готовые к межэндотелиальной миграции в ткани, где превращаются в макрофаги. Могут дифференцироваться в миелоидные дендритные клетки. В тканях находятся до 30 сут. В лизосомах моноцитов содержится большое количество ферментов (лизоцим, лактоферрин, пептиды-антибиотики, кислые гидролазы – протеазы, нуклеазы и др.). На мембране экспрессируется множество молекулярных структур, включающих антигены гистосовместимости, рецепторы для компонентов системы комплемента, цитокинов, хемокинов и др.Защитные функции – рекрутируют в воспалительный очаг клетки воспаления, эффекторные функции к генетически чужеродным клеткам-мишеням (антителозависимая клеточная цитотоксичность), секретируют бактерицидные продукты, поглощают антиген и обеспечивают его фрагментацию (1 моноцит фагоцитирует около 100 бактерий (нейтрофил – 5-25)), предшественник макрофагов

Макрофаги – первыми встречаются с антигеном в поврежденной им ткани (совместно с нейтрофилами). Продукция цитокинов вследствие их активации является важным индуцирующим стимулом для вовлечения в формирование воспалительного очага нейтрофилов и др. лейкоцитов, включая моноцитов, образующих макрофагов новой волны. А также является основой для создания количественной массы клеток, необходимой для полной фрагментации антигена и завершения воспаления. Долгоживущие клетки – живут в тканях месяцы – годы.

Направленная миграция макрофагов (хемотаксис) к антигену и в очаг формирующегося воспаления обеспечивается под влиянием хемотаксинов или хемоаттрактантов . Свойствами хемоаттрактантов обладают хемотаксические молекулы микробов; цитотаксины, продуцируемые фагоцитами и др. кл. под влиянием бактериальных эндотоксинов; продукты деструкции тканей; секреты активированных клеток в воспалительном очаге – интерлейкин, хемокины, гистамин, лейкотриен и др.; компоненты, образуемые при активации системы комплемента и др. Ограничивают хемотаксис – ряд бактериальных продуктов, некоторые гормоны, a2-макроглобулин и др. На мембране имеются соответствующие рецепторные структуры, взаимодействие лигандов с которыми формирует специфический сигнал, прохождение которого по внутриклеточным сигнальным путям определяет направление функционирования фагоцита, в частности направленное движение. Его основа – реакция белков цитоскелета (актина), изменение формы клетки из округлой в треугольную с псевдоподиями.

Движение клеток в отсутствие градиента хемоаттрактантов называют спонтанной миграцией фагоцитов , ненаправленное усиление подвижности клеток под влиянием химических веществ – хемокинезом .

Индуцированный хемоаттрактантами хемотаксис макрофагов сопровождается их взаимодействием с антигеном, его поглощением и фрагментацией, этот процесс включает этапы взаимодействия рецепторов с лигандами.

Рецепторы, обеспечивающие распознавание АГ на первичных стадиях доимунного воспаления называются рецепторы PRR (Pattern Recognition Receptors), т.е. распознающие общий образ АГ или его недетализированный тип.

Структура общего образа инфекционного АГ обозначается в качестве молекулярной мозаики патогена – PAMP (Pathogen-Associated Molecular Pattern) – это структуры бактерий, вирусов, простейших, грибов, компоненты в норме отсутствующие в организме.

Рецепторы PRR по функциональной активности подразделяют на распознающие PAMP антигена и способствующие его эндоцитозу и фрагментированию и сигнальные – активирующие гены цитокинов для формирования иммунного ответа.

Другой тип рецепторов для молекул эндогенного происхождения: к IgG и IgE, к компонентам комплемента, ряду цитокинов, белков адгезии и др. Важную роль играют расположенные на их мембране антигены гистосовместимости классов I и II, имеющие большое значение на поздних стадиях этапа доиммунного воспаления.

Фагоцитоз, опосредованный через рецепторы к молекулам сывороточного происхождения, опсонизирующим микробную клетку – С-реактивный белок, белки системы комплемента, пентраксины, фиколины, коллектины, антитела IgG и др. называется непрямым, а опосредованный через молекулярные структуры РАМР – прямым.

Группа РАМР-рецепторов включает семейства:

1. Toll-подобные рецепторы (11 классов) – TLR (Toll-Like Receptors) – на поверхности клетки, распознают разнообразные компоненты патогенных микроорганизмов;

2. Рецепторы, связывающие участки нуклеотидов, обогащенные лейциновыми повторами (20+14) – NBS-LRR (Nucleotide-Binding Site – Leucine-Rich Receptors) – внутриклеточные, распознают компоненты микроорганизмов, попавших в цитоплазму клетки.;

3. Рецепторы «для уборки мусора» (6)- SR (Scavenger Receptors) – на клеточной поверхности, связывают модифицированные липопротеины низкой плотности, подвергаются эндоцитозу (отличие от др. рецепторов) и фрагментации.

4. Полилектиновые рецепторы – MLRF (Multilectin Receptors Family) – распознают углеводы и связывают по типу белок-углевод и др.

Гранулоциты

Их цитоплазма содержит гранулы. В зависимости от окрашивания гранул подразделяются на базофилы (окрашиваются основными красителями), эозинофилы (кислыми красителями), нейтрофилы (не окрашиваются). Образуются в костном мозгу из общего миелоидного предшественника, проходят несколько стадий созревания и на последней стадии дифференцировки выселяются в кровь. После непродолжительной циркуляции в крови (часы) поступают в ткани, где погибают по механизму апоптоза.

1) Нейтрофилы (нейтрофильные гранулоциты) –полиморфноядерные лейкоциты, подразделяют на юные (метамиелоциты, бобовидное ядро), палочкоядерные (подковообразное ядро) и сегментоядерные (ядро из 2-5 сегментов). Созревают в костном мозгу от 7 до 14 дн. со скоростью 8 млн кл./ч. под влиянием цитокинов.

В процессе созревания в цитоплазме формируется 2 типа гранул , содержащих более 20 протеолитических ферментов и др.:

1. Первичные или азурофильные (на стадии промиелоцита);

2. Вторичные или специфические (миелоцит) – 80%.

Выселяются из костного мозга в течение суток после созревания, самая многочисленная популяция (60-75% - плотоядные, 50% - лошади, 20-30% - жвачные, 40-70% - человек).

В крови образуют 2 пула – циркулирующий (в крови 6-14 ч) и маргинальный или пристеночный (в ЖКТ, печени, легких, до 7 дн.), гибель апоптозом и фагоцитируются макрофагами.

Под влиянием хемотаксических стимулов (продукты микробов, поврежденные ткани и др.) первыми мигрируют в очаг воспаления (жар, покраснение, припухлость, боль, снижение функции), поглощают и переваривают АГ.

3) Базофилы или базофильные гранулоциты – 0,5-1%, живут в тканях несколько суток, в крови – 4-8 ч. Секретируют цитокины и экспрессируют рецепторы. Первичные гранулы содержат гидролитические ферменты, вторичные – гистамин, гепарин, анафилаксин, факторы хемотаксиса нейтрофилов и эозинофилов. Под влиянием аллергена происходит дегрануляция и высвобождение этих веществ. В результате формируется комплекс защитных реакций, обусловленных сокращением гладкой мускулатуры, бронхоспазмом, расширением сосудов, повышением сосудистой проницаемости, привлечением в зону др. типов клеток – мононуклеарных, нейтрофилов, эозинофилов, стимуляцией агрегации тромбоцитов и др.

Тучные клетки

Являются резидентными клетками соединительной ткани, содержатся преимущественно в коже, органах дыхания и ЖКТ. В свободном состоянии – в слизистых, просвете бронхов, соединительной ткани по ходу нервных волокон и кровеносных сосудов. По локализации и гранулярным продуктам подразделяют на соединительнотканные и слизистые (или атипичные). Содержат много крупных метахроматических гранул, представляющих собой модифицированные лизосомы. Синтезируют факторы хемотаксиса нейтрофилов и эозинофилов, цитокины, фактор агрегации тромбоцитов, медиаторы повреждения и репарации тканей – химаза, триптаза, гиалуроновая кислота, гистамин, серотонин, гепарин, лейкотриены, простогландины и др. При активации происходит денатурация, продукты гранул высвобождаются во внеклеточное пространство и проявляют различные эффекты, в зависимости от потребности – сокращение гладкой мускулатуры, хемотаксическое, ферментативное или вазоактивное действие, стимуляция периферических нервных окончаний и др. По функциям – аналоги базофилов, но от разных предшественников.

Тромбоциты

Безъядерные постклеточные структуры зрелых мегакариоцитов, фрагменты их цитоплазмы. Мегакариобласты Þ промегакариоциты Þ мегакариоциты - живут 10 сут. и каждый продуцирует 2-5 тыс. тромбоцитов - живут 8-11 сут., экспрессируют рецепторы, имеют изоантигены групп крови резус и А, В, 0.

2 типа гранул , включающих факторы свертывания крови: 1) a-гранулы – ферменты (глюкуронидаза, фосфатаза, тромбокиназа и др.) и 2) плотные тельца – соединения (фибриноген, серотонин, АДФ, АТФ и др.). При нарушении стенки сосудаиз поврежденной ткани секретируется внешний фактор свертывания крови, определяющий адгезию тромбоцитов к поврежденной поверхности. При этом из тромбоцита высвобождаются плотные гранулы, содержащие внутренний фактор свертывания крови . Он индуцирует агрегацию тромбоцитов, тромбирующих сосуд.

Оба фактора активируют протромбин (белок плазмы) в тромбин под влиянием кофактора тканевого тромбопластина, активирующегося при повреждении тканей. Под влиянием тромбина фибриноген образует нити фибрина, обеспечивающие коагуляцию (свертывание) крови. Прикрепляясь к нитям фибрина, тромбоциты содействуют уплотнению сгустка, который уменьшается в размерах за счет втягивания нитей фибрина внутрь тромба. Тромбирование сосудов предотвращает и расселение микробов с током крови по организму.

Активированные тромбоциты высвобождают вещества, участвующие в воспалении (гидролазы, вазоактивные липиды и др.).

Считается, что оказывают цитотоксическое действие на трематоды.

Клетки эндотелия

В покоящейся ткани клетки эндотелия мелких сосудов регулируют процессы физиологической экставазации макромолекул и лейкоцитов из кровеносных сосудов в ткани, поддерживающих генетическое постоянство внутренней среды организма.

Под влиянием микроорганизмов, продуктов нарушенной ткани или цитокинов, продуцируемых мононуклеарными фагоцитами, гранулоцитами, тучными клетками, тромбоцитами, лимфоцитами, клетки плоского эндотелия активизируются и трансформируются в клетки высокого (кубического) эндотелия, выстилающего посткапилярные венулы.

Это один из важнейших начальных этапов формирующегося воспаления, существенно влияющий на последующие стадии. Он приводит к развитию процессов, привлекающих клетки иммунной системы в формирующийся очаг воспаления: продукции цитокинов и прежде всего a-хемокинов (нейтрофилов) и b-хемокинов (мноцитов и лимфоцитов), являющихся основными хемоаттрактантами, активирующими эмиграцию лейкоцитов из крови в ткань. Значительно повышается экспрессия молекул адгезии на эндотелиальных клетках и лейкоцитах, последние задерживаются и фиксируются на поверхности первых, что способствует диапедезу лейкоцитов через сосудистую стенку.

Другие процессы при активации – повышение апоптотической устойчивости клеток, бактерицидной активности эндотелия (NO), активации тромбоцитов, синтеза простогландинов, боли, расширения сосудов, усиление их проницаемости, подавления агрегации тромбоцитов.

Лекция 6

1. Антигены

1. АГ и условия, определяющие их иммуногенность

Антигенами илииммуногенами называют вещества биологической или химической природы, структурно отличающиеся от молекул собственного организма, распознаваемые системой иммунитета как генетически чужеродные и способные при попадании в организм вызвать специфический иммунный ответ, направленный на их разрушение и элиминацию.

АГ подразделяют на 3 основные группы :

1. Экзогенные

2. Эндогенные – аутоантигены

3. Аллергены

АГ имеют структурные отличия, определяющие их специфичность.

Условия индукции иммунного ответа зависят от структуры АГ и генотипа иммунизируемой особи.

› АГ являются белки, полипептиды, полисахариды, липополисахариды, липопротеины, отдельные синтетические высокомолекулярные соединения, вирусы, бактерии, простейшие, грибы, гельминты, разные типы клеток и их компоненты и т.д.

› Формирование иммунного ответа определяется поступлением АГ и его распознаванием рецепторным аппаратом клетки. Распознается не вся молекула АГ, а небольшие его химические группировки – эпитопы или антигенные детерминанты .

› В организме образуется столько типов АТ, сколько имеется в АГ детерминант разной структуры, доступных распознаванию антигенраспознающими рецепторами лимфоидных клеток, т.е. к каждому эпитопу образуется комплементарное ему АТ, специфически взаимодействующее только с данным эпитопом или одинакового с ним строения.

› Объем эпитопа - 2-3 нм 3 , длина - 2,4 нм (7-15 аминокислотных или 6 моносахаридных остатков), молекулярная масса 0,6-1,0 кДж.

› Эти молекулы определяют специфичность АГ – линейного или глобулярного, отличия от др. АГ, взаимодействуют с антигенраспознающими рецепторами лимфоцитов и с АТ против конкретного АГ.

› Молекулярные структуры меньшей величины антигенными свойствами не обладают.

› Количество эпитопов в разных АГ различается: яичный альбумин – 5, дифтерийный токсин – 8, вирус тобачной мозаики – 650, лимфоцит – 1000.

› Число эпитопов, связавших максимальное количество молекул АТ, характеризует валентность антигена .

› Обычно валентность увеличивается с увеличением молекулярной массы АГ. Но не является точным критерием количества эпитоаов. Количество эпитопов в АГ может быть больше за счет участков внутри глобулы, недоступных для АТ.

› Поэтому АГ характеризуются высокой степенью специфичности. Исключение составляют перекрестно-реагирующие АГ , включающие эпитопы сходного строения (пр. реакция эритроцитов барана с антисывороткой кроликов, иммунизированных АГ органов морских свинок (печени, почек и др.) – форсмановский АГ).

› Противоположный процесс – эффект конкуренции антигенов , т.е отсутствие иммунологической реакции или ее заметное снижение на АГ или антигенную детерминанту при введении в организм другого АГ или детерминанты.

› Различают 3 формы конкуренции АГ :

› 1. Внутримолекулярная – конкурирующие АГ или детерминанты локализуются на одной молекуле АГ.

› 2. Межмолекулярная – конкурирующие эпитопы АГ локализуются на разных молекулах.

› 3. Последовательная – разновидность межмолекулярной, возникает при последовательной иммунизации разными АГ.

› АГ, индуцирующий подавление иммунного ответа к др. АГ, называется доминантным АГ .

› Иммунодоминантные эпитопы вызывают наибольшую стимуляцию иммунного ответа.

› Способность АГ создавать иммунитет характеризует их иммуногенность .

› Антигенность АГ – качественная способность вызывать иммунный ответ той или иной величины.

› Группы эпитопов, определяющие иммунологическую специфичность АГ, называют детерминантными группами .

› АГ, вызывающие развитие иммунного ответа и реагирующие с образованными против них АТ, называют полными АГ .

› АГ не способные на иммунный ответ и выработку АТ, но способные к реакции с АТ, называют неполными АГ или гаптенами (липиды, нуклеиновые кислоты, углеводы, лекарственные вещества и др.).

› Иммунный ответ против гаптенов развивается только при их соединении с высокомолекулярными АГ.

› Соединение белка с гаптеном или др. АГ, формирующее новую иммунологическую специфичность, называется конъюгированным АГ.

› Белок в составе конъюгированного АГ называется носителем .

› На конъюгированный АГ вырабатываютсяАТ 3 типов:

› 1) против носителя (распознают Т-Л),

› 2) против гаптена (В-Л),

› 3) против трансформированного участка молекулы в результате конъюгации носителя и гаптена (Т-Л).

› Антигены собственного организма способны вызвать иммунный ответ: при прорыве барьерных образований (пр. гематоэнцефалического) и иммунизации АГ забарьерных тканей или в результате мутаций или изменения структуры в результате различных воздействий (пр. денатурация белка), когда они становятся чужеродными для организма, при этом развиваются аутоиммунные поражения.

› Антигенность белков возрастает по мере увеличения филогенетических различий между донором АГ и реципиентом, а также зависит от функций (свойств), молекулярной массы, жесткости структуры, изометрии молекулы, дозы АГ и др.

› В зависимости от участия Т-лимфоцитов в процессе индукции иммунного ответа, в частности продукции АТ, АГ подразделяют на тимусзависимые и тимуснезависимые .

› Последние подразделяют на 2 типа: тимуснезависимые АГ класса I – активируют зрелые и незрелые В-Ли тимуснезависимые АГ класса II – активируют только зрелые В-Л.

› Единой классификации АГ нет. По растворимости – растворимые и корпускулярные (нерастворимые); по происхождению – лейкоцитарные, лимфоцитарные, тромбоцитарные, эритроцитарные, клеточные, сывороточные, микробные, бактериальные, раково-эмбриональные и т.д.; по зависимости от применяемых процедур – трансплантационные, по зависимости от кодирующих генетических структур – АГ главного комплекса гистосовместимости и т.д.

› Аллергены подразделяют на микробные, инсектные, бытовые, производственные, пищевые и т.д. Микробные – на бактериальные, вирусные и т.д.

› Выделенные из разных органов – органоспецифические, тканей – тканеспецифические, разные стадии развития в эмбриогенезе – стадиоспецифические; разных видов животных – видоспецифические; особи и группы в пределах вида – изоантигены, группоспецифические; отличающие компоненты разных микробов одного вида – типоспецифические.

Искусственные или синтетические – АГ, полученные в результате химического синтеза структур по принципу природных или неприродных аналогов.

Все компоненты филогенетически более древние средства защиты организма (по сравнению с иммунной системой), которые без участия лимфоцитов и антител могут действовать на широкий спектр возбудителей инфекций.

Система резистентности активируется индукторами воспаления и подавляется его ингибиторами. По сравнению с иммунитетом система неспецифической резистентности значительно варьирует в зависимости от временных и индивидуальных различий. Синтез всех компонентов генетически детерминирован, они присутствуют в организме к моменту рождения. Благодаря сбалансированности иммунной системы и системы неспецифической резистентности достигается сохранение индивидуальной целостности высокоразвитого организма. С другой стороны, частичные дефекты и нарушения механизмов регуляции приводят к многочисленным заболеваниям.

Фагоцитарная система . Под фагоцитозом понимают активное поглощение клетками твердого материала. У одноклеточных этот процесс служит в основном для питания. У многих многоклеточных организмов, включая человека, фагоцитоз служит фундаментальным механизмом противоинфекционной защиты. Фагоциты представляют собой клетки с особо выраженной способностью к фагоцитозу. Морфологически и функционально различают моноцитарные (макрофаги) и гранулоцитарные (гранулоциты и микрофаги) компоненты фагоцитарной системы. Всем фагоцитам присущи следующие функции:
- миграция и хемотаксис ;
- адгезия и фагоцитоз;
- цитотоксичность;
- секреция гидролаз и других биологически активных веществ.

Мононуклеарные фагоциты способны к ограниченной пролиферации вне костного мозга, к синтезу и секреции многочисленных белков, участвуют в процессах дифференцировки и созревания тканей. Кроме того, макрофаги являются антиген-презентирующими клетками, т. е. перерабатывают и представляют антиген для распознавания клетками иммунной системы и тем самым запускают механизм иммунной реакции.

Гранулоцитарная система фагоцитоза . Гранулоциты генерируют в процессе гранулопоэза в костном мозге. Для них характерно большое количество гранул в цитоплазме, по способности к окрашиванию которых различают базофильные, эозинофильные и нейтрофильные гранулоциты. С позиции оценки системы резистентности человека огромное значение имеют полиморфно-ядерные нейтрофилы (ПМН), что определяется как их количеством, так и функцией. Время созревания ПМН в костном мозге составляет от 8 до 14 дней. Затем они поступают в кровь зрелыми, неспособными к делению клетками диаметром 10-12 мкм со сложным сегментированным ядром. Многие клетки содержат заметные количества слабо азурофильных цитоплазматических гранул, а также складчатую мембрану. Через несколько часов полиморфно-ядерные нейтрофилы выходят из кровеносного русла в интерстициальное пространство и погибают через 1-2 дня. Разные типы гранулоцитов участвуют во всех формах воспаления и играют при этом ведущую роль. Тесная взаимосвязь выявляется между макрофагами и полиморфно-ядерными нейтрофилами, а также эозинофильными и базофильными гранулоцитами. Полиморфно-ядерные нейтрофилы представляют собой основной компонент лейкоцитов крови человека. Ежедневно из костного мозга в кровь выходит очень много полиморфно-ядерных нейтрофилов, а при острых инфекциях это количество может возрастать в 10-20 раз, при этом в крови появляются и незрелые формы (сдвиг формулы крови влево). Размеры миелопоэза определяются и регулируются специфическими факторами роста гранулоцитов, продуцируемых периферическими гранулоцитами и макрофагами. Выход из костного мозга и скопление клеток в очаге воспаления регулируются факторами хемотаксиса. ПМН играют определяющую роль в противоинфекционной защите, которая осуществляется в организме непрерывно, поэтому перманентный агранулоцитоз не совместим с понятием живой функционирующий организм. Активность ПМН тесно связана с гранулами, содержимое которых представлено ферментами и другими биологически активными веществами. На стадии промиелоцита в цитоплазме клетки появляются первичные азурофильные гранулы, у миелоцита выявляют также так называемые вторичные (специфические) гранулы. Эти формы можно различить при электронной микроскопии и разделить при фракционировании субклеточных структур. Препаративное ультрацентрифугирование позволило выявить также фракцию малых гранул, соответствующих лизосомам полиморфно-ядерные нейтрофилы. Независимо от вида гранулы представляют собой клеточные структуры, содержащие гидролитические ферменты или белки. Они окружены липопротеиновой оболочкой, способной при активации к слиянию с аналогичными субклеточными структурами и цитоплазматической мембраной.

Функциональная активность полиморфно-ядерных нейтрофилов регулируется большим количеством мембранных рецепторов, растворимых и корпускулярных активаторов. Различают покоящиеся и активированные полиморфно-ядерные нейтрофилы. Первые имеют округлую форму, циркулируют в кровотоке и других биологических жидкостях организма и характеризуются окислительным характером обмена веществ. Адгезия на другие клетки, хемотаксические факторы и фагоцитоз приводят к активации полиморфно-ядерных нейтрофилов, что определяют по усилению поглощения кислорода и глюкозы, а также выделения клетками углекислого газа. При фагоцитозе или массивном действии хемотаксических факторов увеличивается потребность клеток в энергии, что достигается за счет монофосфатного шунта. В условиях гипоксии можно за короткое время с помощью гликолиза получить достаточный запас АТФ. Последующие реакции активированных полиморфно-ядерных нейтрофилов зависят от вида стимуляции. Продукты синтеза ограничены метаболитами арахидоновой кислоты и другими липидными факторами.

Мононуклеарная фагоцитарная система . Доминирующими клетками мононуклеарной фагоцитарной системы являются макрофаги. Формы проявления их активности крайне гетерогенны. Общее происхождение клеток зависит от моноцитопоэза костного мозга, откуда моноциты поступают в кровь, где циркулируют до трех дней, а затем мигрируют в прилежащие ткани. Здесь происходит окончательное созревание моноцитов либо и мобильные гистиоциты (тканевые макрофаги), либо в высокодифференцированные ткань специфичные макрофаги (альвеолярные макрофаги легких, купферовские клетки печени). Морфологическая гетерогенность клеток соответствует функциональному разнообразию мононуклеарной системы. У гистиоцита ярко выражены способность к фагоцитозу, секреции и синтезу. С другой стороны, дендритные клетки из лимфатических узлов и селезенки, а также клетки Лангерганса кожи более специализированы в направлении переработки и презентации антигена. Клетки мононуклеарной фагоцитарной системы могут жить от нескольких недель до нескольких месяцев, их диаметр составляет 15-25 мкм, ядро овальное или почкообразное. У промоноцитов и моноцитов выявляют азурофильные гранулы, а у зрелых макрофагов - аналогичные клеткам гранулоцитарного ряда. Они содержат ряд гидролитических ферментов, другие активные вещества и лишь следы миелопероксидазы и лактоферрина. Моноцитопоэз костного мозга можно повысить лишь в 2-4 раза. Клетки мононуклеарной фагоцитарной системы вне костного мозга пролиферируют крайне ограниченно. Замещение клеток мононуклеарной фагоцитарной системы в тканях осуществляется за счет моноцитов крови. Следует различать покоящиеся и активированные макрофаги, причем активация может затрагивать самые разнообразные функции клетки. Макрофаги обладают всеми функциями клеток мононуклеарной фагоцитарной системы, кроме того, они синтезируют и секретируют во внеклеточную среду большое количество белков. Гидролазы синтезируются макрофагами в большом количестве и либо накапливаются в лизосомах, либо сразу секретируются. Лизоцим нарабатывается в клетках непрерывно и также секретируется, под действием активаторов его уровень в крови повышается, что позволяет судить о состоянии активности мононуклеарной фагоцитарной системы. Обмен веществ в макрофагах может протекать как по окислительному, так и по гликолитическому пути. При активации также наблюдается «кислородный взрыв», реализующийся через гексозомонофосфатный шунт и проявляющийся в образовании активных форм кислорода.

Специфические функции фагоцитов . Фагоцитоз - это характерная функция фагоцитов, он может протекать в различных вариантах и сочетаться с другими проявлениями функциональной активности:
- распознаванием хемотаксических сигналов;
- хемотаксисом;
- фиксацией на твердом субстрате (адгезия);
- эндоцитозом;
- реакцией на нефагоцитируемые (из-за размеров) агрегаты;
- секрецией гидролаз и других веществ;
- внутриклеточным распадом частиц;
- выведением продуктов распада из клетки.

Цитотоксические и воспалительные механизмы . Активированные фагоциты представляют собой высокоэффективные цитотоксические клетки. При этом следует подразделять следующие механизмы:

1) внутриклеточный цитолиз и бактерицидность после фагоцитоза;

2) внеклеточная цитотоксичность:
- контактная цитотоксичность (фагоцит и клетка-мишень по крайней мере на короткое время связаны друг с другом);
- дистантная цитотоксичность (фагоцит и клетка-мишень соседствуют друг с другом, но непосредственно не контактируют).

Внутриклеточная и контактная виды цитотоксичности могут быть обусловлены иммунологически (опосредованы антителами) или иметь неспецифический характер. Дистантная цитотоксичность всегда неспецифична, т. е. она индуцируется токсически действующими ферментами и активными формами кислорода из активированных макрофагов. В эту категорию относят цитотоксические эффекты на опухолевые клетки, опосредованные фактором некроза опухолей и альфа-интерфероном.

Огромное значение в рамках противоинфекционной защиты придают бактерицидности фагоцитов, которая проявляется внутриклеточно после фагоцитоза микроорганизмов. При микроскопии фагоцитоза нейтрофильных гранулоцитов наблюдается более или менее выраженная дегрануляция клеток. Речь идет о слиянии специфических и азурофильных гранул с фагосомой и цитоплазматической мембраной. Лизосомные ферменты и биологически активные вещества секретируются как в фагосому, так и в окружающую среду. При этом происходит активация гидролаз, действующих вне клетки в роли факторов, способствующих воспалению и опосредующих дистантную цитотоксичность. Их максимальная концентрация отмечена в фаголизосоме, в результате чего происходит быстрая деградация белков, липидов и полисахаридов. Следует заметить, что микроорганизмы имеют оболочку, относительно резистентную к действию лизосомных ферментов, однако в фаголизосоме она должна быть разрушена. Различают O2-зависимые и O2-независимые механизмы цитотоксичности и бактерицидности фагоцитов.

Кислородонезависимая цитотоксичность . В области воспаления с нарушенной микроциркуляцией, гипоксией и аноксией фагоциты характеризуются ограниченной жизнеспособностью и активностью за счет гликолитического обмена веществ. Бактерицидность фаголизосом определяется кислыми значениями рН, содержанием ряда токсических катионных белков, кислых гидролаз и лизоцима. Активированные ПМН и макрофаги способны также к независимой контактной цитотоксичности. Она может быть обусловлена АЗКЦ или другими неспецифическими механизмами, направленными, например, на опухолевые клетки. О биохимических основах этого феномена пока не известно. Зависимая и независимая цитотоксичность проявляются преимущественно суммарно, однако ряд лизосомных гидролаз инактивируется свободными радикалами. Взаимное влияние различных лизосомных гидролаз, протеиназ, липаз, с одной стороны, и катионных белков вместе с ингибиторами ферментов - с другой, полностью охватить невозможно.

Механизмы бактерицидности гранулоцитов и макрофагов аналогичны. В зависимости от места локализации макрофаги могут действовать как противовоспалительно, так и вызывать воспаление. Эти эффекты обусловлены процессами секреции и синтеза.

Функции секреции и синтеза фагоцитов . Наряду с хемотаксисом и фагоцитозом секреция относится к фундаментальным функциям фагоцитов. Все 3 функции тесно связаны друг с другом, причем синтез и секреция необходимы для кооперации лейкоцитов с эндотелиальными клетками, активации тромбоцитов, регуляции эндокринных желез и гемопоэза . Кроме того, синтез белков в макрофагах и их секреция важны для системы свертывания крови, системы комплемента и кининовой системы. Следует выделить несколько процессов:

1) опустошение гранул или лизосом макрофагов и гранулоцитов;

2) синтез и секреция активных липидов;

3) синтез и секреция многочисленных белков у макрофагов.

Макрофаги синтезируют ряд факторов системы комплемента и сами несут рецепторы для некоторых продуктов активации этой системы. Особое значение для иммунной системы имеет синтез клетками макрофагальной системы интерлейкина-1, который, с одной стороны, индуцирует пролиферацию лимфоцитов, с другой - активирует синтез белков острой фазы в печени и способствует повышению температуры тела (эндогенный пироген).

Через синтез интерферона макрофаги регулируют резистентность организма к вирусной инфекции. Существенную роль в регуляции резистентности, осуществляемой макрофагами, играет синтез этими клетками колониестимулирующих факторов G-CSF, GM-CSF) миело- и моноцитопоэза костного мозга. Широкий спектр выполняемых макрофагами функций позволяет оценить их роль в патогенезе заболеваний, протекающих как с воспалительными проявлениями, так и без них. Сопоставление данных о свойствах макрофагов с информацией о других клетках системы резистентности и иммунной системы позволяет сделать вывод, что наши знания довольно ограничены. Использование методов молекулярной биологии и генной инженерии дает возможность получать продукты синтеза макрофагов в очищенном виде и в значительном количестве. К наиболее интересным из известных факторов макрофагов относят фактор некроза опухолей и интерферон . Благодаря своим свойствам макрофагальная система занимает центральное место в защите от бактериальных, вирусных и опухолевых заболеваний.

От способности мононуклеарных фагоцитов удалять стимулы воспаления зависит исход воспалительной реакции: либо ее разрешение, либо прогрессирование с более выраженным проявлением заболевания. В области воспаления мононуклеарные фагоциты имеют три различающиеся, но взаимосвязанные функции.

Распознавание и удаление воспалительных стимулов

Мононуклеарные фагоциты обладают рядом специальных механизмов распознавания, удаления и разрушения различных стимулов, которые способны нарушать гомеостаз организма. Против инфекционных агентов фагоциты используют цитотоксические механизмы. К ним относится образование веществ, содержащих реактивный кислород (гидроксильные ионы, супероксидные радикалы и перекись водорода). Показано, что их продукция тесно связана со способностью мононуклеарных фагоцитов экспрессировать внеклеточные цитотоксические и цитоцидные свойства. Затем патогены фагоцитируются лизосомной системой клеток; комбинированное действие различных гидролизирующих ферментов этой системы приводит к эффективному разрушению поглощенного материала.

Ряд специализированных рецепторных систем мононуклеарных макрофагов облегчает

распознавание и фагоцитарное удаление стимулов воспаления. В этом процессе особо важную роль играют продукты Т- и В-лимфоцитов (рис. 31). Антитела, синтезируемые В-лимфо- цитами, связывают антигены с образованием иммунных комплексов. У мононуклеарных фагоцитов выявлено несколько (по крайней мере три) различных типов высокоаффинных рецепторов для комплекса антиген-антитело, которые обеспечивают их распознавание и удаление с помощью фагоцитоза. Поскольку они распознают Fc-фрагменты иммуноглобулинов иммунных комплексов и в некоторых случаях Fc-фрагменты свободных антител, их называют Fc-рецепторами. Другим лигандом для стимуляции фагоцитоза являются иммунные комплексы, активированные комплементом, которые связывают рецепторы для СЗЬ.

Связывание воспалительных стимулов специфическими рецепторами мононуклеарных фагоцитов инициирует процесс фагоцитоза. Фагоцитоз характеризуется инвагинацией той части плазматической мембраны, к которой присоединяется воспалительный стимул. Этот процесс опосредуется координированной деятельностью группы сократительных белков,

Лимфоциты

Рис. 31. Реакции мононуклеарных фагоцитов на продукты иммунных ответов в области воспаления.

Лимфоциты, отвечающие на иммуногенные воспалительные стимулы, продуцируют лимфокины и антитела, которые формируют иммунные комплексы. Иммунные комплексы генерируют хемотаксические стимулы, привлекающие ПМН и мононуклеарные фагоциты в область воспаления. Фагоцитирующие клетки поглощают иммунные комплексы, которые затем деградируют. Чрезмерная стимуляция фагоцитирующих клеток лимфокинами или иммунными комплексами ведет к выделению ряда медиаторов воспаления, в том числе протеиназ, вызывающих разрушение тканей. Кроме того, мононуклеарные фагоциты выделяют факторы, стимулирующие активность лимфоцитов, а также пролиферацию соединительной ткани в фиброз.

весьма напоминающих аналогичные белки гладких мышц. В фагоцитирующих клетках, особенно на периферии цитоплазмы, содержится большое количество актина и миозина. Эти белки, как и некоторые регуляторные белки, были выделены в чистом виде из альвеолярных макрофагов. Установлено, что образование псевдоподий, формирующихся вокруг воспалительных стимулов, связано с мобилизацией ионов кальция, которые стимулируют энергозависимую сборку и функционирование сократительных белков. Окруженный псевдоподиями стимулятор фагоцитоза оказывается в вакуоли, называемой фагосомой, которая направляется к лизосомам. Все эти процессы возможны лишь при наличии интактных микротрубочек. Лизосомы макрофагов содержат большое количество разнообразных протеиназ, гликозидаз и липаз с высокой специфической активностью. Эти ферменты необходимы для быстрого внутриклеточного разрушения поглощенных веществ. Кроме фагоцитоза, моно- нуклеарные фагоциты способны к эндоцитозу жидкости (пиноцитозу), осуществляемому специфическими и неспецифическими механизмами. Установлено, что макрофаги перитонеальной полости мышей интернализируют площадь плазматических мембран (эквивалента их общей площади) каждые 35 мин; скорость значительно возрастает при стимуляции моно-нуклеарных фагоцитов воспалительными стимулами.

У мононуклеарных фагоцитов определены разнообразные эндоцитарные функции, независимые от продуктов активированных лимфоцитов. В легких альвеолярные макрофаги посредством фагоцитоза удаляют ряд токсических и инертных частиц. Длительный контакт с некоторыми веществами, такими как кремний или асбест, может привести к хроническим легочным воспалительным заболеваниям, частично опосредуемым веществами, выделяемыми макрофагами. Мононуклеарные фагоциты могут также участвовать в развитии атеросклероза. Накопление измененных липопротеинов низкой плотности в мононуклеарных фагоцитах происходит с участием специфических рецепторов и приводит к образованию пенистых клеток, нагруженных эфиром холестерина. Наличие таких клеток является характерным признаком атеросклеротических бляшек.

Непереваренные вещества остаются во вторичных лизосомах мононуклеарных фагоцитов в месте их первоначального взаимодействия
(татуировка - типичный пример); альтернативный этому вариант- миграция клеток из организма через дыхательную систему или пищеварительный тракт. Кроме того, некоторые популяции мононуклеарных фагоцитов обладают специализированными функциями, представляя воспалительный стимул в виде иммуногена клеткам лимфоидной системы. Лимфоциты отвечают на иммуноген образованием специфических веществ, а именно лимфокинов и антител, которые облегчают функцию мононуклеарных фагоцитов при последующих встречах с иммуногеном.

Презентация антигенов Т-лимфоцитам: запуск афферентного звена иммунной системы

В последние годы было установлено, что мононуклеарные фагоциты играют решающую роль в представлении иммуногена лимфоцитам. И хотя точные механизмы, лежащие в основе презентации, остаются неясными, известно, что в физиологических условиях им-муноген связан с мононуклеарными фагоцитами и что между клеткой, несущей иммуно-ген, и лимфоцитом возникает прямой физический контакт.

На рис. 32 показана последовательность представления антигена мононуклеарными фагоцитами лимфоцитам, а также последующие события в иммунной системе. Представление антигена возможно при сингенности мононуклеарных фагоцитов и лимфоцитов. Кроме того, для представления необходима прямая или непрямая связь между иммуногеном и антигенами 1а. Показано, что антитела к антигенам 1а подавляют распознавание Т-лимфоцитами иммуногена, связанного с мононуклеарными фагоцитами.

Не все мононуклеарные фагоциты имеют на своей поверхности la-антигены; их количество зависит не только от ткани, в которой они находятся, но и от локального микроокружения в данный момент времени. Вполне вероятно, что лимфоциты, отвечающие на

представленный им антиген, могут в свою очередь увеличивать количество мононуклеарных фагоцитов, несущих la-антиген. Мононуклеарные фагоциты осуществляют также генетический контроль за развитием иммунного ответа. Этот контроль зависит от возможности мононуклеарных фагоцитов экспресси-ровать соответствующие la-антигены, что спо-

Лимфоиты

Комплексы Растворимые антиген - антитело г радулы

Дифференциация

Антителообразующая клети

Рис. 32. Представление мононуклеарными фагоцитами иммуногенов лимфоцитам.

собствует клональной экспансии Т- и В-лим- фоцитов для обеспечения синтеза лимфокинов и антител.

Секреторная активность мононуклеарных фагоцитов

Многогранное участие мононуклеарных фагоцитов в защите организма и в хроническом воспалении требует от них величайшей функциональной подвижности при взаимодействии с другими типами клеток, компонентами соединительной ткани и воспалительными стимулами во внеклеточной среде. В связи с этим мононуклеарные фагоциты синтезируют и сек- ретируют большое количество биологически активных медиаторов (табл. 4). Выделение таких медиаторов происходит не одновременно: они секретируются по мере выполнения тех
функций, которые необходимы мононуклеар- ным фагоцитам на данной стадии воспалительного процесса. Совершенно очевидно, что продукты секреции имеют важное значение для облегчения удаления патогенных организмов и других стимулов воспаления, а также для усиления процессов репарации и устранения возникших повреждений. Возможно, что некоторые аспекты хронических воспалительных процессов должны учитываться в связи с аберрантной секрецией различных продуктов мононуклеарных фагоцитов. Некоторые продукты секретируются мононуклеарными фагоцитами постоянно, в том числе ферменты лизо-цим и липопротеинлипаза, тогда как другие выделяются лишь при воздействии на мононуклеарные фагоциты воспалительными стимулами или продуктами иммунных реакций (рис. 33).

Таблица 4. Секреторные продукты мононуклеарных фагоцитов

Гидролитические ферменты ЛИзоцим

Нейтральные протеазы Лизосомные гидролазы Липопротеиновая липаза

Ингибиторы протеолитических ферментов а2-Макроглобулин агПротеазный ингибитор

Факторы, изменяющие клеточную пролиферацию Колониестимулирующий фактор Фактор созревания тимуса Ангиогенный фактор Стимулятор пролиферации фибробластов Интерлейкин-1 Фактор-антагонист глюкокортикоидов Фибронектин Ростовой фактор, происходящий из тромбоцитов Эритропоэтин

Факторы, нарушающие жизнеспособность инфекционных

агентов и эукариотических клеток

Перекись водорода

Гидроксильные радикалы

Интерферон

Листерицидный фактор

Белок, связывающий витамин В12

Фактор некроза опухоли

Факторы, имеющие отношение к гуморальным медиаторам воспаления

Все компоненты альтернативного пути и ранние компоненты классического пути комплемента Прокоагулянтный фактор Свертывающий фактор

Интерлейкин-1

Первоначально интерлейкин-1 был охарактеризован как секреторный продукт мононуклеарных фагоцитов с молекулярной массой 18 000 дальтон, который опосредует ряд важных биологических эффектов этих клеток (см. главу 15). Как показывают исследования in vitro, эти эффекты включают следующее: стимуляцию пролиферации тимоцитов; образование интерлейкина-2 лимфоцитами; пролиферацию фибробластов; синтез хондроцитами и синовиоцитами нейтральной протеиназы, а также простагландинов и протеиназы; синтез гепатоцитами белка острой фазы; хемотаксис лейкоцитов; резорбцию костей. In vivo интерлейкин-1 вызывает лихорадку, изменение уровней ионов металлов и повышение уровня белка острой фазы. Недавно были получены в чистом виде по крайней мере две формы человеческого интерлейкина-1 и идентифицированы два гена человека, которые кодируют молекулы, обладающие активностью интерлейкина-1.

Гидролитические ферменты

палении. Эти ферменты, включающие активатор плазминогена, эластазу и коллагеназу, вероятно, обусловливают деградацию и повреждение тканей, а также ускорение обмена соединительной ткани, что сопровождается удалением продуктов распада и заживлением зон воспаления.

Факторы клеточной пролиферации и дифференциации

Характерной чертой многих хронических воспалений является местная пролиферация тканей, связанная с очагами активированных лимфоидных клеток. Ярким примером такого процесса может служить пролиферирующий синовиальный паннус сустава при ревматоидном артрите. В подобных условиях растворимые факторы, включая интерлейкин-1 и ростовой фактор тромбоцитов, которые секрети- руются мононуклеарными фагоцитами, могут стимулировать пролиферацию как лимфоцитов (с последующим синтезом антител и лим- фокинов), так и фибробластов, впоследствии синтезирующих коллагеназу и компоненты соединительной ткани. Этому предположению соответствует наблюдение отмены гиперсенси- тивности замедленного типа веществами, избирательно токсичными для мононуклеарных фагоцитов, а также нарушения заживления ран у экспериментальных животных после введения антимакрофагальной сыворотки.

Прокоагулянты

При реакциях повышенной чувствительности замедленного типа и отторжении аллогенной ткани, а также при экспериментальном аллергическом энцефаломиелите и реакции Шварцмана часто наблюдается отложение фибрина. В недавних исследованиях показано, что образование фибрина в зонах поражения может инициироваться прокоагулянтной активностью, исходящей из мононуклеарных фагоцитов. Выделение такого прокоагулянтного фактора, по-видимому, зависит от сигнала Т-лимфоцй- тов. Мононуклеарные фагоциты могут также инициировать удаление фибрина, секретируя активатор плазминогена. Важное значение имеет тот факт, что прокоагулянтная активность является продуктом моноцитов, вновь прибывших к месту воспаления, тогда как активатор плазминогена синтезируется более дифференцированными макрофагами, которые вызревают под действием лимфокинов или других стимулов, присутствующих в очаге воспаления.

Продукты окисления арахидоновои кислоты

В фосфолипидах мононуклеарных фагоцитов содержится необычно большое количество арахидоновои кислоты, и, как выяснилось в последние годы, эти клетки обладают значительным потенциалом синтеза простагланди-нов и лейкотриенов. Их синтез усиливается при экспозиции макрофагов с воспалительными стимулами, включая иммунные комплексы. На основании этого открытия и уже известных эффектов экзогенных простагландинов (особенно серии Е), подавляющих различные эф- фекторные функции лимфоцитов, было выдвинуто предположение относительно способности простагландинов мононуклеарных фагоцитов действовать в качестве ингибиторных модуляторов функции лимфоцитов in vivo. Это предположение подтвердили клинические исследования, где было показано повышение иммунного ответа при использовании ингибиторов синтеза простагландинов (индомета- цин). Предполагается, что мононуклеарные фагоциты вносят свой вклад в опосредование повышенной чувствительности немедленного типа, поскольку они синтезируют лейкотриены В4 и С4. Известно, что лейкотриены входят в состав медленно реагирующей субстанции анафилаксии (см. главу 10).

Метаболиты кислорода

Во время метаболического взрыва, сопровождающего взаимодействие макрофагов с фагоцитируемыми и другими стимулами, образуется ряд потенциально токсичных метаболитов кислорода. Обладая исключительно короткой жизнью, они могут опосредовать некоторые важные функции, в том числе клеточно-зависимую цитотоксичность по отношению к опухолевым клеткам и инфекционным агентам, инактивацию некоторых белков (ингибитор а-1- протеиназы) и образование хемотаксических стимулов при перекисном окислении ненасыщенных жирных кислот, в частности арахидоновои кислоты.

Комплемент

Белки системы комплемента содержат более 20 молекул (см. главу 12), которые активируются по принципу каскада после взаимодействия с иммунными комплексами или же непосредственно воспалительными стимулами. Продукты активации комплемента усиливают

функцию фагоцитов, стимулируя хемотаксис и фагоцитоз, а также выделение из них медиаторов. Большое функциональное значение имеет секреция многих компонентов комплемента моноцитами периферической крови человека.

Лизировать опухолевые мишени известна давно.

Известно также, что мононуклеарные фагоциты, подобно другим клеткам системы иммунитета, могут оказывать как негативное, так и позитивное действие на рост опухоли.

Изучение мононуклеарных фагоцитов по сравнению с клетками других популяций киллерных клеток имеет сложности, обусловленные не только их функциональной и фенотипической гетерогенностью, что присуще и другим клеткам, но и их различиями в происхождении и локализации.

Объектом исследований в одних случаях являются моноциты периферической крови, в других - макрофаги, полученные в результате культивирования моноцитов (моноцитозависимые макрофаги), в третьих - резидентные макрофаги - макрофаги костного мозга и других тканей, головного мозга (клетки микроглии), печени (клетки Купфера), и в четвертых - макрофаги перитонеальной и плевральной полостей; очень редко исследуют дендритные клетки (ДК) -зависимые макрофаги.

К сложностям, обусловленным многообразием клеток, которые объединены в систему мононуклерных моноцитов, присоединяются еще трудности получения и выделения резидентных макрофагов различной локализации. Эти трудности существенно компенсируются возможностью исследования макрофагов, инфильтрирующих опухоль, что достаточно широко используют в различных экспериментах.

Нельзя не учитывать и еще одно важное обстоятельство, заключающееся в том, что оснований для заключения о полной и фенотипической идентичности этих различных мононуклерных фагоцитов нет, и это усложняет интерпретацию полученных результатов.

Взаимодействие маркофагов и опухолевых клеток

Во многих случаях убедительные доказательства участия мононуклеарных фагоцитов в опухолевом процессе получены при изучении моноцитов и макрофагов, инфильтрирующих опухоль, а также на основании анализа эффективности различной иммунотерапии и других видов терапии. Поэтому целесообразно выделить эти два вопроса в самостоятельные разделы.

Доказательства способности мононуклеарных фагоцитов лизировать опухолевые клетки получены при исследовании различных опухолей: меланомы, гепатоцеллюлярной карциномы, мезотелиомы, глиомы, карциномы молочной железы, желудка, кишечника, легкого, яичника и др.

Несомненно важная роль мононуклеарных фагоцитов в противоопухолевой защите во многом связана и с их способностью активно участвовать в формировании локального иммунитета. Этот хорошо известный общебиологический факт в полной мере проявляется и в борьбе с опухолевыми клетками.

Имеются доказательства того, что макрофаги занимают весьма существенное место и в борьбе с метастазами. Как известно, многие опухоли метастазируют в костный мозг. Появление отдельных опухолевых клеток, например карциномы органов желудочно-кишечного тракта, в костном мозгу может сопровождаться формированием метастазов, однако такие инвазивные клетки могут быть и уничтожены макрофагами.

Было показано, что различные изолированные клетки костного мозга человека, мышей и крыс очень быстро убивают опухолевые клетки. При последующем изучении этого в высшей степени интересного вопроса было установлено, что лизис опухолевых клеток не связан ни с резидентными макрофагами, ни с естественными киллерами (ЕК) .

Лизис в этих случаях осуществляют костномозговые гемопоэтические стволовые клетки (CD90), которые очень быстро дифференцируются в СD163-положительные клетки и осуществляют лизис как непосредственно контактируя с мишенями, так и продуцируя NO в результате активации iNOS. Из этих очень интересных данных следует, что способность гемопоэтических стволовых клеток быстро дифференцироваться в макрофаги позволяет им ограничивать экспансию микрометастазов в костный мозг. Это свидетельствует о роли макрофагов в локальной противоопухолевой защите.

Роль макрофагов в формировании локальной противоопухолевой защиты иллюстрируют и данные экспериментов с использованием внутрибрюшинного, подкожного и внутривенного введения опухолевых клеток и последующего изучения цитотоксичности клеток, изолированных из сальника.

В результате было показано, что макрофаги сальника мышей, иммунизированных как сингенными, так и аллогенными опухолями, проявляют цитотоксичность, которая предшествует цитотоксичности макрофагов перитонеальной полости, что наиболее четко проявляется в сингенной системе - факт, установленный только при внутрибрюшинном введении опухолевых клеток.

Эти данные были положены в основу гипотезы о том, что иммунологические реакции в условиях интраперитонеального введения опухолевых клеток инициируются в сальнике, что впоследствии приводит к формированию локального противоопухолевого иммунитета.

Несмотря на очевидные доказательства участия мононуклеарных фагоцитов как в системном, так и в локальном иммунологическом ответе, многое в этом вопросе остается неясным. Например, в высшей степени интересное и важное положение, высказанное S. Adamas еще 20 лет тому назад, что макрофаги выполняют различные функции на каждой стадии их активации и могут влиять на разные стадии опухолевого процесса, осталось практически не раскрытым.

С большой степенью вероятности можно говорить о том, что только при таком подходе, как учет фенотипа, локализации, функциональной активности мононуклерных фагоцитов, стадии процесса и биологии опухолевой клетки может быть внесена ясность во многие, иногда и противоречивые вопросы.

Подтверждением того, что мононуклерные фагоциты различного происхождения и локализации (а нередко и в пределах локализации в одном органе) различаются функционально и фенотипически, могут быть следующие факты.

Соответствующие данные были получены сравнительно давно, но предметом интенсивного изучения этот вопрос становится лишь в последние годы. Еще в 1987 г. было показано, что в ответ на внутрибрюшинное введение клеток липосаркомы, во-первых, резко увеличивается количество макрофагов перитонеальной полости, а во-вторых, по характеру ответа макрофагов можно выделить четыре типа: макрофаги экссудата, резидентные макрофаги, резидентные макрофаги экссудата и пероксидазонегативные макрофаги.

В последующие дни после перевивки перераспределяется состав мононуклеарных фагоцитов и увеличивается их количество в экссудате. Изучение цитотоксичности этих клеток после введения клеток липосаркомы показало, что в основном она была одинаковой, не коррелировала с каким-либо выявленным субтипом, за исключением макрофагов, негативных по пероксидазе, цитотоксичность которых различалась.

Исследование цитотоксичности альвеолярных макрофагов (лаваж) в отношении клеток рака легкого до и после лечения IFNy показало, во-первых, что сравнительно небольшой процент общего пула макрофагов проявляет цитотоксичность, а во-вторых, цитотоксичность большого количества макрофагов не активировалась IFNy и лишь небольшой процент макрофагов независимо от активации IFNy лизировал опухолевые клетки и этот лизис был опосредован выделением TNFa и NO. Все приведенные факты свидетельствуют о гетерогенности популяции альвеолярных макрофагов.

Сравнительная оценка цитотоксического и цитостатического действия мононуклеарных фагоцитов асцитической жидкости и моноцитов периферической крови больных раком легкого показала следуюидее. В асцитической жидкости было больше клеток с фенотипом CD14brightCD16+, чем в крови, большее количество клеток, экспрессирующих HLA-DR, а обработка IFNy активировала как цитостатическое, так и цитотоксическое действие именно CD14brightCD165+ макрофагов асцитической жидкости.

Зависимость характера влияния мононуклеарных фагоцитов от локализации очень наглядно иллюстрируют опыты с изучением микроглии - макрофагов головного мозга, инфильтрирующих глиому, которая, как известно, относится к высокоагрессивным опухолям.

Исследования показали, что основным хемоаттрактантом, который обеспечивает инфильтрацию глиомы крыс, является МСР-1. В опытах in vitro МСР-1 не влиял на рост опухоли, однако интрацеребральная трансфекция гена МСР-1 усиливала рост глиомы CNS-1 in vivo. Из этого следует вывод авторов о том, что МСР-1 необходим клеткам микроглии для их привлечения к глиоме, что в большей степени сопровождается усилением роста глиомы, чем ее ингибицией.

Приведенные данные наглядно показывают, что локализация мононуклеарных моноцитов отражается на их функциональной активности, фенотипе и интенсивности ответа на стимуляцияю IFNy.

В высшей степени интересным и важным представляется вопрос о том, каким образом биологические особенности опухолевых клеток влияют на макрофаги (супрессирующее влияние будет рассмотрено в третьей части монографии).

Исследование цитотоксичности перитонеальных макрофагов хомячков в отношении клеток двух линий меланомы (пигментной и безпигментной) показало, что макрофаги осуществляли лизис клеток безпигментной меланомы, что сопровождалось увеличением продукции IL-10 и NO. Подобный эффект не зарегистрирован в отношении клеток пигментной меланомы. Было также показано, что особенности меланомы определяют и ее чувствительность к TNFa и IL-6.

Много фактов, свидетельствующих о противоопухолевом эффекте NO, получены I. Fidler и соавторами.

В частности, показано, что, во-первых, трансфекция гена iNOS в опухолевые клетки рака почек может снижать количество метастазов, во-вторых, показана обратная корреляция между продукцией эндогенного NO и способностью клеток меланомы линии К-1735 к выживаемости (у сингенных мышей) и развитию метастазов.

Далее, изучение клеток различных линий меланом относительно их чувствительности к макрофагам под влиянием TGFP показало, что макрофаги лизируют клетки различных линий, однако наибольшей чувствительностью отличаются клетки линии B16BL6, в меньшей степени - B16F10 и еще меньше - B16F1. Таким образом, есть основания говорить о разной чувствительности, в частности клеток меланомы к лизису макрофагами. Выяснение причин такой неодинаковой чувствительности представляется весьма важным.

Чувствительность клеток к действию макрофагов

Некоторые опухолевые клетки могут экспрессировать хемокины и их рецепторы. Изучение последних на клетках различных форм рака желудка (диффузная и интестициальная) показало, что эти клетки различаются по характеру экспрессии хемокинов. Клетки обоих форм экспрессировали CXCL-8 (IL-8) с превалированием на клетках диффузной формы рака; CXCL-1 - исключительно клетки диффузной формы (опухолевые клетки экспрессировали и рецепторы хемокинов), а перитуморальные макрофаги - CXCL-10 и CXCL-9 - хемоаттрактанты для Т-лимфоцитов.

Объяснением этих фактов может служить то, что взаимодействие опухолевых клеток с инфильтрирующими макрофагами индуцирует различные сигналы как в опухолевых клетках, так и в макрофагах. Такие сигналы могут активировать опухолевые клетки, которые приобретают способность выполнять роль хемоаттрактантов.

В связи с этим становится понятным, почему высокую инвазивность приобретают именно клетки диффузного рака, которые практически постоянно экспрессируют CD8 и CXCL-1. Полученные данные позволяют предположить, что взаимодействие различных опухолевых клеток и макрофагов может иметь различные последствия.

Более того, при взаимодействии макрофагов и опухолевых клеток экспрессия мРНК IL-8 наблюдалась исключительно в опухолевых клетках, что очень убедительно показано при исследовании макрофагов, инфильтрирующих ткань немелкоклеточного рака легкого человека; повышение уровня экспрессии в определенной степени связано с активацией NF-kappaB, которая увеличивается как в макрофагах, так и в опухолевых клетках.

Особого внимания не только из-за своей новизны, но и вследствие неординарности результатов заслуживают данные экспериментов, из которых следует, что в ряде случаев опухолевые клетки могут индуцировать активность макрофагов. На модели глиомы было показано, что IFNP усиливает цитотоксичность макрофагов против клеток глиомы.

Наряду с этим сокультивирование клеток глиомы с макрофагами позволяет выявить, что опухолевые клетки выделяют фактор, усиливающий цитотоксичность макрофагов. Не менее впечатляющими являются и данные о том, что сокультивирование различных опухолевых клеток (рак кишечника, матки) с макрофагами in vitro активирует макрофаги и это сопровождается не только увеличением продукции TRAIL, но и усилением экспрессии рецепторов смерти (DR-4 и DR-5) опухолевыми клетками.

Нетрадиционными представляются и следующие данные. Уже отмечалось, что для привлечения макрофагов к участку развития опухоли, так же, как и других клеток, необходимо наличие хемоаттрактантов.

Оказалось, что трансфекция гена GM-CSF в клетки карциномы кишечника KM12SM сопровождается накоплением макрофагов и нейтрофилов - результат секреции хемоаттрактанта макрофагов МСР-1, который усиливает привлечение мононуклеарных клеток, экспрессию адгезивных молекул макрофагами и усиление контактзависимого лизиса опухолевых клеток.

Изучение взаимодействия опухолевых клеток и мононуклеарных фагоцитов (моноциты и моноцитозависимые макрофаги) на специально разработанной для этой цели модели дало возможность выявить, что такое совместное культивирование изменяет некоторые фенотипиче-ские особенности как опухолевых клеток, так и мононуклеарных фагоцитов. На моноцитах повышается уровень экспрессии CD16 (FcyRIII), CD54, CD68 и CD86, на некоторых опухолевых клетках - CD11a, CD58 и на всех взаимодействующих клетках - TNFaRII и HLA-DR (рис. 27).

Рис. 27. Изменение фенотипических особенностей макрофагов/моноцитов и опухолевых клеток при их совместном культивировании

Аналогичные изменения наблюдали и на моноцитозависимых макрофагах, однако при этом имели место и некоторые отличия, которые проявлялись в том, что только контакт с моноцитами (но не с моноцитозависимыми макрофагами) сопровождался усилением Fas/FasL взаимодействия.

Эти данные указывают не только на возможность модификации иммунофенотипа, как мононуклеарных фагоцитов, так и опухолевых клеток в условиях их взаимодействия, но и еще раз подтверждают, что полной идентичности фенотипических особенностей мононуклеарных фагоцитов различной локализации нет.

Следует обратить внимание еще на один факт, который имеет важное значение для проведения работ на разных экспериментальных моделях опухолевого процесса с использованием мышей различных линий, так как установлено, что макрофаги мышей различных линий различаются по способности продуцировать Н2O2 и метаболиты арахидоновой кислоты.

А именно: макрофаги мышей линии SENAR более чувствительны к действию канцерогенов, в частности химических, и выделяют значительно меньше указанных продуктов, чем

/ 25
ХудшийЛучший

В систему мононуклеарных фагоцитов входят моноциты крови и различные макрофаги (купферовские клетки печени, альвеолярные макрофаги, макрофаги соединительной ткани, клетки Лангерганса, астроциты глии, остеокласты). Все они возникают из гемопоэтической стволовой клетки и проходят ряд стадий: монобласт-промоноцит-моноцит-макрофаг.

Созревают под влиянием четырех гранулоцитарно-макрофагальных колониестимулирующих факторов (ГМ-КСФ), выделяемых Т-лимфоцитами, фибробластами и макрофагами. В зависимости от последующей локализации макрофаги приобретают специфические структурные и морфологические черты. Они несут на поверхности маркеры: CD14, Fc-рецепторы для иммуноглобулинов, рецепторы для СЗ-компонента комплемента и HLA-DR антигены. CD14 молекулы связывают липополисахариды бактерий вместе с белком сыворотки крови, при активации макрофагов они сбрасываются с клетки.

Фагоциты обладают развитым лизосомальным аппаратом, где содержится большое количество ферментов.

Функции макрофагов:

Распознавание и представление (презентация) антигенов,

Секреция медиаторов системы иммунитета (монокинов).

Фагоцитоз. Феномен фагоцитоза открыт в 1883 году И. И. Мечниковым (см. историю развития иммунологии).

Процесс фагоцитоза происходит в несколько стадий:

Стадия хемотаксиса представляет собой целенаправленное движение макрофагов к объекту фагоцитоза (корпускулярный антиген), который выделяет хемотаксические факторы (бактериальные компоненты, анафилатоксины, лимфокины и т. д.).

Стадия адгезии реализуется 2 механизмами: иммунным и неиммунным. Неиммунный фагоцитоз осуществляется за счет неспецифической адсорбции антигена на поверхности макрофага. В иммунном фагоцитозе участвуют Fc-рецепторы макрофагов к иммуноглобулинам. В одних случаях макрофаг несет на своей поверхности антитела, за счет которых прикрепляется к клетке-мишени. В других - с помощью Fc-рецептора он сорбирует уже образовавшийся иммунный комплекс за счет свободных Fc-фрагментов антител. Антитела и факторы комплемента, усиливающие фагоцитоз, называют опсонинами.

Стадия эндоцитоза (поглощения). При этом происходит инвагинация мембраны фагоцита и обволакивание объекта фагоцитоза псевдоподиями с образованием фагосомы. В дальнейшем фагосома сливается с лизосомами и образуется фаголизосома.

Стадия переваривания. В эту стадию происходит активация лизосомальных ферментов, разрушающих объект фагоцитоза.

Различают завершенный и незавершенный фагоцитоз. При завершенном фагоцитозе происходит полное переваривание и бактериальная клетка погибает. При незавершенном фагоцитозе микробные клетки остаются жизнеспособными. Это обеспечивается различными механизмами. Так, микобакгерии туберкулеза и токсоплазмы препятствуют слиянию фагосом с лизосомами; гонококки, стафилококки и стрептококки могут быть устойчивыми к действию лизосомальных ферментов, риккетсии и хламидии могут долго персистировать в цитоплазме вне фаголизосомы.

Распознавание и представление антигенов макрофагами.

В результате фагоцитоза и переваривания антигенов образуется большое количество низкомолекулярных антигенных фрагментов. Часть из них в виде пептидов перемещается на поверхность макрофага.

Если перевариванию подвергался собственный АГ организма, то он связывается с молекулами HLA I класса (HLA-A, HLA-B, HLA-C). Экзоантигены - пептиды длиной 12-25 аминокислот связываются с молекулами 2 класса (HLA-DR, HLA-DP, HLA-DQ). Только после этого они взаимодействуют с Т-хелперами. Таким образом, макрофаги представляют переработанный антиген Т-хелперам в комплексе со своими HLA антигенами (1-й сигнал).

Секреция медиаторов иммунной системы (монокинов). Вторым сигналом для активации Т-хелперов является выделение макрофагами интерлейкина I - монокина с многообразным биологическим и пирогенным действием. Кроме этого, макрофаги выделяют другие медиаторы: ИЛ-3, 6, 8, 10, 15, фактор некроза опухоли (ФНО), простагландины, лейкотриены, интерфероны? и?, факторы комплемента, ферменты.

ИЛ-1 и ФНО - основные медиаторы макрофагов, выделяются под действием эндотоксина - липополисахарида многих видов бактерий, индуцируют синтез белков острой фазы воспаления, септический шок. Основным их свойством является провоспалительное действие. Они стимулируют пролиферацию клеток-киллеров, направленных против опухоли, а также непосредственно разрушают многие клетки. ФНО увеличивает продукцию интерферонов, ИЛ-1 и ИЛ-2. Кроме этого, он оказывает и системное действие, в частности усиливает выделение гормонов гипоталамусом.