Глава 1. Фенотип макрофагов и подходы к его изучению. М1/М2-парадигма активации макрофагов

Макрофаги впервые были описаны как клетки, способные к поглощению инородных частиц или других клеток (рис. 1.1). Традиционно открытие макрофагов приписывается И.И. Мечникову, как и первое описание фагоцитоза. Однако, несмотря на широту распространения этого мнения, это не так. Явление фагоцитоза впервые было описано немецким ученым Johann August Ephraim Goeze в 1777 г., чьи наблюдения подтвердил двумя годами позже Friederich Wilhelm von Gleichen-Russworm (Stossel, 1999). Для клеток, способных к фагоцитозу, австрийский исследователь Carl Claus ввел термин Fresszellen (поедающие клетки), который И.И. Мечников заменил термином «фагоциты» (Cavaillon, 2011; Gordon, 2008). Макрофаги в нашем современном понимании, вероятно, впервые были описаны Giulio Bizzozero в 1871–1873 гг. как клетки, участвующие в поглощении и разрушении эритроцитов, а также как клетки лимфатических узлов, поглощающие инородные частицы, попавшие в лимфу (Mazzarello et al., 2001).

Johann August Ephraim Goeze (1731–1793)

Carl Claus (1835–1899)

Giulio Bizzozero (1846–1901)

Рис. 1.1. Макрофаги интерстиция семенника опоссума. Трансмиссионная электронная микроскопия (DOI:10.7295/W9CIL11133, источник: http://cellimagelibrary.org/images/11133)

Таким образом, при изучении макрофагов с самого начала их описания преобладал функциональный подход, основанный на их способности к фагоцитозу. С использованием этого подхода были описаны многие резидентные макрофаги, в том числе клетки Купфера, альвеолярные макрофаги, макрофаги лимфатических узлов и др.

В настоящее время функциональный подход в обнаружении и исследовании различных популяций макрофагов сохранился, однако претерпел значительные изменения с учетом появления современных методов исследования. Фагоцитарная активность по-прежнему рассматривается как одно из ключевых свойств макрофагов, поэтому при изучении тех или иных популяций по-прежнему оценивают их фагоцитарную активность относительно латексных частиц, E. сoli и других бактерий. С другой стороны, способность к фагоцитозу можно оценить и по наличию соответствующих специфических мембранных рецепторов. Прежде всего стоит отметить так называемые скавенджер-рецепторы (рецепторы-мусорщики), характерные для самых разных популяций макрофагов. Наиболее часто в исследовательской работе изучают уровень синтеза рецепторов CD163 и MARCO (перечень наиболее часто встречающихся в книге маркеров макрофагов приведен в приложении 1).

Помимо фагоцитарной активности многие макрофаги и их предшественники обладают выраженной подвижностью (во многих работах указано, что резидентные макрофаги являются неподвижными клетками, подвижностью обладают их отростки), поэтому для их изучения применяют методы детекции молекул клеточной адгезии у макрофагов. Среди наиболее известных, имеющихся у макрофагов, это белки класса лектинов и селектинов, а также рецепторы к ним (например, CLEC4F, характерный для макрофагов печени) и другие белки клеточной адгезии, например F4/80.

Широко известно, что макрофаги играют ключевую роль в регуляции воспаления, синтезируя огромный спектр всевозможных цитокинов, а также рецепторов к ним. Это свойство также может быть использовано для выявления макрофагов. Наиболее часто можно встретить упоминание таких рецепторов макрофагов, как CD14 и CD16, которые являются компонентом рецепторного комплекса CD14/TLR4/MD2, распознающего липополисахарид, и низкоаффинным рецептором для Fc-фрагмента иммуноглобулинов G соответственно.

Несмотря на удобство в изучении рецепторного репертуара макрофагов для оценки их функционального статуса все чаще изучают профиль экспрессии провоспалительных (IL-1β, IL-12, IL-6 и т.д.) и противовоспалительных цитокинов (IL-4, IL-10 и т.д.), а также факторов транскрипции, регулирующих их синтез и секрецию.

В настоящее время активно изучается роль микроокружения в поддержании функциональной активности макрофагов. На основе полученных данных ряд исследователи сформулировали понятие «макрофагальная ниша», чему будет посвящена отдельная глава. В основе данной концепции лежит положение о том, что в ходе гистогенеза в клетках макрофагального ряда сначала формируется базовая транскрипционная программа макрофага, а потом уже при миграции в тот или иной ­орган под влиянием конкретных условий микроокружения формируется в дополнение к базовой специфическая транскрипционная программа. Исходя из этого одним из самых специфичных современных способов определения органной принадлежности макрофагов является изучение транскрипционного паттерна того или иного представителя моноцитарно-макрофагальной системы. Например, к базовым макрофагальным транскрипционным факторам относится транскрипционный фактор PU.1, а к специфичным для макрофагов селезенки и печени транскрипционный фактор SPIC.

На протяжении многих лет макрофаги были в центре внимания клеточных биологов, патофизиологов, иммунологов и микробиологов. В целом для макрофагов характерны несколько функций, касающихся воспаления и репарации:

1) фагоцитоз патогенов, дефектных и погибших клеток;

2) антиген-презентация;

3) продукция цитокинов;

4) участие в развитии воспалительных (сахарный диабет, рак, атеросклероз и др.) и пролиферативных заболеваний (Shapouri-Moghaddam et al., 2018).

Анализируя участие макрофагов в воспалительных и репаративных реакциях, стало ясно, что данные клетки могут как стимулировать воспаление, так и приводить к его разрешению. Исходя из этого в начале 2000-х годов в попытках классифицировать механизмы активации, формирования фенотипа, а также функциональные типы макрофагов Mills и соавт. по аналогии с Th1/Th2-иммунным ответом сформулировали М1/М2-парадигму активации макрофагов (Mills et al., 2000).

В соответствии с М1/М2-дихотомией макрофаги разделены на М1 (провоспалительный) и М2 (противовоспалительный) типы (Mantova­ni et al., 2002; Ngambenjawong et al., 2018). Провоспалительные свойства макрофагов активируются при распознавании патоген-ассоциированных паттернов (Pathogen-associated molecular pattern, PAMP), что приводит к активации синтеза и выделению провоспалительных цитокинов, включая TNFα, IL-1β, IL-6, повышению экспрессии CD86 (является лигандом костимулятора Т-лимфоцитов CD28 или их ингибитора CTLA-4). Развитие воспалительной реакции способствует рекрутированию большего количества макрофагов и лейкоцитов (Ngambenjawong et al., 2018). Однако развивающаяся воспалительная реакция оказывает негативное влияние на репаративные процессы в области повреждения, в связи с этим необходима альтернативная активация макрофагов, приобретение противовоспалительного фенотипа (Ngambenjawong et al., 2018).