Система мононуклеарных фагоцитов. Функции и рецепторы макрофагов

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,

лейкоциты

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.

	І

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

Гидролитические ферменты, секретируемые мононуклеарными фагоцитами в ответ на воспалительные стимулы (иммунные комплексы, лимфокины), возможно, играют важную роль в развитии повреждений при хроническом вос-

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.

Клетка-предшественница - клетка, находящаяся на низком уровне дифференцировки, но уже коммитированная к развитию в клетки определенной линии.

Аксиомой современной теории онкогенеза является положение, что клеткой-предшественницей стволовой злокачественной клетки является нормальная пролиферирующая соматическая клетка. Однако какая соматическая клетка явилась клеткой-предшественницей для злокачественной клетки, данной конкретной солидной опухоли - не известно.

Достоверно доказаны очень важные и никем неоспоримые утверждения:

Злокачественные клетки имеют больше сходства между собой, чем нормальные клетки между собой;

Злокачественные клетки имеют меньше различий между собой, чем различия между злокачественными клетками и нормальными клетками;

Нормальные клетки имеют меньше различий между собой, чем различия между нормальными клетками и злокачественными клетками;

Основные принципы «зарождения» стволовой злокачественной клетки, роста злокачественного очага и развития злокачественного процесса различных органов и тканей совершенно идентичны.

На этом основании можно говорить о злокачественных клетках, как об отдельной группе клеток, имеющих общее происхождение, а в совокупности со стромой, даже как об отдельной ткани в организме-носителе. В таком случае должна быть конкретная клетка, претендующая на роль «общего начала» или клетки-предшественницы первичной стволовой злокачественной клетки солидных опухолей.

При анализе всех клеток организма человека необходимо выбрать, прежде всего, те клетки, которые имеют следующие основные свойства:

1. Являются соматическими пролиферирующими клетками с продолжительным жизненным циклом (месяцы, годы).

2. Обладают автономностью: умеют свободно перемещаться по всему организму-носителю, проникать и мигрировать в органах и тканях.

3. Способны влиять на различные жизненно важные процессы: гемопоэз, гомеостаз, иммунитет, пролиферацию, созревание и дифференцировку клеток и др.

Клетками, обладающими вышеуказанными свойствами, в организме человека являются только клетки крови, из них:

Эритроциты, тромбоциты и лейкоциты - это тупиковый вариант с коротким сроком жизни (эритроциты 100-120 суток, тромбоциты около 7-10 суток, нейтрофилы менее 6-8 часов), к тому же, имеют специфические черты и достаточно ограниченные функции, поэтому не могут претендовать на роль «общего начала»;

Лимфоциты - относятся к Мононуклеарной фракции системы крови, имеют тропность к лимфоидной ткани и, как известно, унипотентные и полипотентные стволовые клетки лимфоцитопоэза являются клетками-предшественниками стволовых злокачественных клеток гемобластозов. Зрелые лимфоциты при воздействии на них специфических антигенов вновь способны трансформироваться в бластные клетки. Можно сказать однозначно, что лимфоциты прямо или косвенно участвуют в «зарождении» первичной стволовой злокачественной клетки, а также росте и развитии злокачественного процесса;

Моноциты - относятся к Мононуклеарной фракции системы крови - прослеживают свое начало от полипотентной клетки-предшественницы родоначальнице миелопоэза с последующим развитием в Моноцитарный росток (П класс), который включает в себя достаточно большое количество клеток различной потентности (полипотентные, унипотентные) и местоположения (костный мозг, сосудистое русло, ткани). Поэтому все клетки, относящиеся к Моноцитарному ростку удобнее называть Мононуклеарная фракция или Мононуклеары. С учетом особенностей Мононуклеар является наиболее вероятным кандидатом на роль «общего начала» или клетки-предшественницы первичной стволовой злокачественной клетки солидных опухолей.

Характеристика и возможности Мононуклеаров (Моноцитарный росток):

1. Морфологически недифференцируемые и дифференцируемые Мононуклеары подразделяются на три основные группы:

Костномозговые: полипотентная клетка-предшественница родоначальница миелопоэза с последующим развитием в Моноцитарный росток, унипотентная клетка-предшественница родоначальница Моноцитов, монобласт, промоноцит, моноцит;

Периферической крови: промоноцит, моноцит;

Тканевые: промоноцит, моноцит, макрофагальный бласт, промакрофаг, макрофаг.

Промоноцит и Моноцит присутствуют во всех трех группах клеток и являются промежуточным вариантом развития от костномозговой полипотентной клетки-предшественницы родоначальнице миелопоэза с последующим развитием в Моноцитарный росток (П класс) до органо- и тканеспецифического Макрофага, как конечного варианта развития.

2. Кроветворение в красном костном мозге, это единственный функционирующий очаг интенсивной пролиферации, который сохранился с эмбрионального периода развития и функционирует у взрослого человека.

3. Мононуклеары являются представителями клеток иммунокомпетентной системы и одновременно играют решающую роль в регуляции нормального гемопоэза. Мононуклеары могут ингибировать гемопоэз с помощью межклеточных взаимодействий и посредством выделения различных иммунных и не иммунных гуморальных факторов.

4. Образование клеток Моноцитарного ростка может происходить на любом этапе дифференциации от полипотентной стволовой кроветворной клетки до промиелоцита. Отличаются ли друг от друга Моноциты и Макрофаги, образовавшиеся из различных субпопуляций и каковы их специфические функции, пока не ясно.

5. Костномозговые Мононуклеары способны выходить из костного мозга в периферическую кровь, циркулировать в периферической крови по всему организму, проникать из кровеносного русла в любые органы и ткани и мигрировать в них - перемещаться в межклеточном пространстве.

6. Мононуклеар периферической крови в нормальных условиях созревает, перед тем как проникнуть в ткани, но при воспалении сроки пребывания его в периферической крови значительно сокращены, поэтому в ткани проникают его не зрелые формы, способные к активной пролиферации.

7. Тканевые Мононуклеары, это единственные клетки в организме человека, которые в нормальных условиях могут трансформироваться в другую бластную клетку - макрофаальный бласт с последующей дифференцировкой в Макрофаг.

8. Мононуклеар периферической крови, попадая в ткани, не обязательно трансформируется в Макрофаг, он может превратиться и в клетки микроокружения, например, в эпителиоидную клетку (мезенхимально-эпителиальный переход).

9. Будучи гистогенетически единой, кроветворная система в своем функционировании характеризуется определенной независимостью поведения отдельных ростков кроветворения, поэтому изначально Мононуклеары характеризуются независимостью поведения - автономностью.

10. Мононуклеары сохраняют способность к делению на всех этапах своего развития и имеют возможность трансформироваться в первичную стволовую злокачественную клетку.

11. Злокачественные клетки, подобно Мононуклеарам, обладают многими активными свойствами: влияют на пролиферацию, дифференцировку и функциональную активность различных клеток; выработку факторов роста; размножение в геле без подложки; сниженную адгезию; пониженное контактное торможение; влияние на гемопоэз; влияние на свертывающую систему крови; влияние на клеточный и гуморальный иммунитет и др.

Таким образом, тканевые Мононуклеары (Промоноцит и Моноцит), вполне могут претендовать на роль «общего начала» или клетки-предшественницы первичной стволовой злокачественной клетки солидных опухолей.

Система мононуклеарных фагоцитов (греч. monox один + лат. nucleos ядро: греч. рhagos пожирающий, поглощающий + гистол. суtus клетка; синоним: макрофагальная система, моноцитарно-макрофагальная система) - физиологическая защитная система клеток, обладающих способностью поглощать и переваривать чужеродный материал. Клетки, входящие в состав этой системы, имеют общее происхождение, характеризуются морфологическим и функциональным сходством и присутствуют во всех тканях организма.

Основой современного представления о С. м. ф. является фагоцитарная теория, разработанная И.И. Мечниковым в конце 19 в., и учение немецкого патолога Ашоффа (К. А.L. Aschoff) о ретикулоэндотелиальной системе (РЭС). Первоначально РЭС была выделена морфологически как система клеток организма, способных накапливать витальный краситель кармин. По этому признаку к РЭС были отнесены гистиоциты соединительной ткани, моноциты крови, клетки Купфера печени, а также ретикулярные клетки кроветворных органов, эндотелиальные клетки капилляров, синусов костного мозга и лимфатического узлов. По мере накопления новых знаний и совершенствования морфологических методов исследования стало ясно, что представления о ретикулоэндотелиальной системе расплывчаты, не конкретны, а в ряде положений просто ошибочны. Так, например, ретикулярным клеткам и эндотелию синусов костного мозга и лимфатических узлов длительное время приписывалась роль источника фагоцитирующих клеток, что оказалось неверным. В настоящее время установлено, что мононуклеарные фагоциты происходят из циркулирующих моноцитов крови. Моноциты созревают в костном мозге, затем поступают в кровяное русло, откуда мигрируют в ткани и серозные полости, становясь макрофагами. Ретикулярные клетки выполняют опорную функцию и создают так называемое микроокружение для кроветворных и лимфоидных клеток. Эндотелиальные клетки осуществляют транспорт веществ через стенки капилляров. Непосредственного отношения к защитной системе клеток ретикулярные клетки и эндотелий сосудов не имеют. В 1969 г. на конференции в Лейдене, посвященной проблеме РЭС, понятие «ретикулоэндотелиальная система» было признано устаревшим. Вместо него принято понятие «система мононуклеарных фагоцитов». К этой системе относят гистиоциты соединительной ткани, клетки Купфера печени (звездчатые ретикулоэндотелиоциты), альвеолярные макрофаги легких, макрофаги лимфатических узлов, селезенки, костного мозга, плевральные и перитонеальные макрофаги, остеокласты костной ткани, микроглию нервной ткани, синовиоциты синовиальных оболочек, клетки Лангергаиса кожи, беспигментные гранулярные дендроциты. Различают свободные, т.е. перемещающиеся по тканям, и фиксированные (резидентные) макрофаги, имеющие относительно постоянное место.

Макрофаги тканей и серозных полостей, по данным сканирующей электронной микроскопии, имеют форму, близкую к сферической, с неровной складчатой поверхностью, образованной плазматической мембраной (цитолеммой).

В условиях культивирования макрофаги распластываются на поверхности субстрата и приобретают уплощенную форму, а при перемещении образуют множественные полиморфные псевдоподии. Характерным ультраструктурным признаком макрофага служит наличие в его цитоплазме многочисленных лизосом и фаголизосом, или пищеварительных вакуолей (рис. 1 ). Лизосомы содержат различные гидролитические ферменты, обеспечивающие переваривание поглощенного материала. Макрофаги - активные секреторные клетки, которые освобождают в окружающую среду ферменты, ингибиторы, компоненты комплемента. Основным секреторным продуктом макрофагов является лизоцим. Активированные макрофаги секретируют нейтральные протеиназы (эластазу, коллагеназу), активаторы плазминогена, факторы комплемента, такие как С2, С3, С4, С5, а также интерферон.

Клетки С. м. ф. обладают рядом функций, в основе которых лежит их способность к эндоцитозу, т.е. поглощению и перевариванию инородных частиц и коллоидных жидкостей. Благодаря этой способности они выполняют защитную функцию. Посредством хемотаксиса макрофаги мигрируют в очаги инфекции и воспаления, где осуществляют фагоцитоз микроорганизмов, их умерщвление и переваривание. В условиях хронического воспаления могут появляться особые формы фагоцитов - эпителиоидные клетки (например, в инфекционной гранулеме) игигантские многоядерные клетки типа клеток Пирогова - Лангханса и типа клеток инородных тел. которые образуются путем слияния отдельных фагоцитов в поликарион - многоядерную клетку (рис. 2 ). В гранулемах макрофаги вырабатывают гликопротеид фибронектин, который привлекает фибробласгы и способствует развитию а.

Клетки С. м. ф. принимают участие в иммунных процессах. Так, непременным условием развития направленного иммунного ответа является первичное взаимодействие макрофага с антигеном. При этом антиген поглощается и перерабатывается макрофагом в иммуногенную форму. Иммунная стимуляция лимфоцитов происходит при непосредственном контакте их с макрофагом, несущим преобразованный антиген. Имунный ответ в целом осуществляется как сложное многоэтапное взаимодействие Г- и В-лимфоцитов с макрофагами.

Макрофаги обладают противоопухолевой активностью и проявляют цитотоксические свойства в отношении опухолевых клеток. Эта активность особенно выражена у так называемых иммунных макрофагов, осуществляющих лизис опухолевых клеток-мишеней при контакте с сенсибилизированными Т-лимфоцитами, несущими цитофильные антитела (лимфокины).

Клетки С. м. ф. принимают участие в регуляции миелоидного и лимфоидного кроветворения. Так, островки кроветворения в красном костном мозге, селезенке, печени и желточном мешке эмбрионе формируются вокруг особой клетки - центрального макрофага, организующего эритропоэз эритробластического островка. Клетки Купфера печени участвуют в регуляции кроветворения путем выработки эритропоэтина.

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

Изучение взаимодействия маркофагов и опухолевых клеток показало, что они не являются исключением и характер участия макрофагов во взаимодействии с опухолевыми клетками во многом зависит от свойств последних. Несколько неожиданным оказался еще один аспект этого взаимодействия - в отдельных случаях опухолевые клетки могут активировать макрофаги, выделяя различные стимулирующие факторы.

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

Заслуживают внимания и данные о динамике чувствительности нормальных мезотелиальных клеток и клеток мезотелиомы к действию макрофагов. Оказалось, что нормальные нетрансформированные клетки линий IAR-2 и Rat-1 были мало чувствительны к действию макрофагов; такая чувствительность была еще меньше выражена у трансформированных клеток.

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

Рис. 7.1. Мононуклеарная фагоцитарная система

Мононуклеарная фагоцитарная (МФ) система - это совокупность клеток, происходящих из моноцитов, обладающих фагоцитарной активностью. Кроме того, к фагоцитирующим клеткам относятся полинуклеарные фагоциты (ПМЯЛ) - нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, микроглия (на рис. затушеваны).

Важную роль в механизмах неспецифичкской защиты играют также ретикулярные, эндотелиальные клетки, которые не выполняют фагоцитарной функции, а поддерживают целостность лимфоидной ткани и кровеносных сосудов (Эндотелиальные клетки выстилают сосуды, ретикурные является основой кроветворных органов, образуются из мезенхимы).

Фагоцит, описанный И.И. Мечниковым, состоит из 7 следующих фаз:

1) Хемотаксис - движение клеток в направлении градиента молекул, выделенных микроорганизмами.

Хемотаксические факторы упорядочивают движения фагоцитов. Они воздействуют на специфические рецепторы на плазмолемме фагоцитов стимуляция которых передается на элементы его цитоскелета и изменяет экспрессию адгезивных молекул. Вследствие этого формируются псевдоподии, которые обратимо прикрепляются к элементам соединительной ткани, что обеспечивает направленную миграцию клеток.

2) Адгезия (прикрепление) клетки к объекту фагоцитоза Происходит при взаимодействии её рецепторного аппарата с молекулами на поверхности бактерии. Протекает в две стадии: -обратимая и непрочная -необратимая, прочная.

3) Захват бактерии клетки с формированием фагосомы Псевдоподии охватывают бактерию, заключая ее в мембранный пузырек - фагосому. Если бактерия инкапсулирована, то на нее садятся IgG или СЗВ. В таком случае бактерия опсонизирована.

4) Слияние гранул нейтрофила с фагосомой с образованием фаголизосомы Содержимое гранул выливается в просвет фаголизосомы (рН кислая).

5) Повреждение и внутриклеточное переваривание бактерии Гибель бактерии наступает вследствие действия на нее антимикробных веществ, далее он подвергается перевариванию лизосомальными ферментами. Бактерицидный эффект усиливается действием токсичных реактивных биоокислителей (перикисью водорода, молекул. Кислородом, супероксидными радикалами, гипохлоритом...)

Гидрофобность

Рис. 7.2. Схема фаго

Рис. 7.2. Схема фагацитоза

Фагоцитоз, являясь механизмом неспецифической защиты (фагоцитироваться могут любые инородные частицы независимо от наличия иммунизации), в то же время способствует иммунологическим механизмам защиты. Это связано, во-первых, с тем, что поглощая макромолекулы и расщепляя их, фагоцит как бы раскрывает структурные части молекул, отличающиеся чужеродностью. Во-вторых, фагоцитоз в условиях иммунологической защиты протекает быстрее и эффективнее. Таким образом, явление фагоцитоза занимает промежуточное место между механизмами специфической и неспецифической защиты. Это еще раз подчеркивает условность деления механизмов защиты клеточного гомеостаза на специфические и неспецифические.

Нефагоцитарный механизм разрушения микробов характерен для ситуаций, когда микроорганизмы имеют столь большие размеры, что клетки не могут их поглощать. В таких случаях фагоциты скапливаются вокруг бактерии и выбрасывают содержимое своих гранул, уничтожая микроб большими концентрациями антимикробных веществ.

Воспалительная реакциия также относится к клеточным неспецифическим реакциям. Она является эволюционно выработанным процессом защиты внутренней среды от проникновения чужеродных макромолекул, поскольку внедрившиеся в ткань чужеродные начала, например, микроорганизмы, фиксируются в месте внедрения, разрушаются и даже удаляются из ткани во внешнюю среду с жидкой средой очага воспаления - экссудатом. Клеточные элементы как тканевого происхождения, так и выходящие в очаг из крови (лейкоциты), образуют вокруг места внедрения своеобразный защитный вал, препятствующий распространению чужеродных частиц по внутренней среде. В очаге воспаления особенно эффективно протекает процесс фагоцитоза

Гуморальные факторы внутренней среды, обеспечивающие механизмы неспецифической защиты, представлены пропердиновой системой и системой комплемента, осуществляющие лизис чужеродных клеток. При этом система комплемента, хотя и может активироваться неиммунологическим путем, обычно вовлекается в иммунологические процессы и поэтому скорее должна относиться к специфическим механизмам защиты.

Рис.7.3. Система комплемента.

Пропердиновая система реализует свой защитный эффект независимо от иммунных реакций.

К числу гуморальных факторов неспецифической защиты относят также содержащиеся в плазме крови и тканевой жидкости лейкин ы, плакины, бетализины, л и з о ц м и т.д.. Лейкины выделяются лейкоцитами, плакины - тромбоцитами крови, они оказывают отчетливое бактериолитическое действие. Еще большим литическим эффектом на стафилококки и анаэробные микроорганизмы обладают бета-лизины плазмы крови. Содержание и активность этих гуморальных факторов не меняются при иммунизации, что дает основание считать их неспецифическими факторами защиты. К числу последних следует также отнести и довольно большой спектр веществ тканевой жидкости, обладающих способностью подавлять ферментативную активность микроорганизмов и жизнедеятельность вирусов. Это ингибиторы гиалуронидазы, фосфолипаз, коллагеназы, плазмина и интерферон лейкоцитов.