Войти
Микрофотография, показывающая гемосидерин -заложенные альвеолярные макрофаги, как видно на легочном кровотечении. Окраска HE.альвеолярный макрофаг (или пылевая клетка ) - это тип макрофага, профессиональный фагоцит, обнаружены в легочных альвеолах, рядом с пневмоцитами, но отделены от стенки.
Активность альвеолярных макрофагов относительно высока, поскольку они расположены на одной из основных границ между телом и внешним миром. Они отвечают за удаление частиц, таких как пыль или микроорганизмы, с поверхностей дыхательных путей.
Альвеолярные макрофаги часто содержат гранулы экзогенного материала, такого как частицы углерода, которые они собрали с респираторных поверхностей. Такие черные гранулы могут быть особенно часто встречающимися в легких курильщика или постоянных городских жителей.
Альвеолярный макрофаг - третий тип клеток в альвеолах, остальные - пневмоциты типа I и типа II.
Микрофотография насыщенных углеродом макрофагов в легких, HE окрашивание 
Микрофотография альвеолярного макрофага в легочная ткань, показывающая ядро и другие органеллы, включая тело Гольджи и митохондрии.Альвеолярные макрофаги являются фагоцитами, которые играют критическую роль в гомеостазе, защите хозяина и ремоделировании ткани. Их плотность населения имеет решающее значение для многих процессов. Они обладают высокой адаптивностью и могут выделять много секретов, чтобы взаимодействовать с другими клетками и молекулами, используя несколько поверхностных рецепторов. Альвеолярные макрофаги также участвуют в фагоцитозе апоптотических и некротических клеток. Они должны быть избирательными по отношению к фагоцитируемому материалу для защиты нормальных клеток и структур. Для борьбы с инфекцией фагоциты способствуют распознаванию множества рецепторов (PRR), помогая распознавать патоген-ассоциированные молекулярные структуры (PAMP) на поверхности патогенных микроорганизмов. Все PAMP имеют общие черты: они уникальны для группы патогенов, но неизменны по своей базовой структуре; и необходимы для определения патогенности (способности одного организма вызывать инфекционное заболевание в другом организме). Белки, участвующие в распознавании микробного паттерна, включают рецептор маннозы, рецепторы комплемента, DC-SIGN, Toll-подобные рецепторы (TLR), рецептор скавенджера, CD14 и Mac-1. PRR можно разделить на три класса:
Распознавание и устранение вторгшихся микроорганизмов происходит как опсонин-зависимыми, так и опсонин-независимыми путями. Молекулярные механизмы, способствующие опсонин-зависимому фагоцитозу, различны для конкретных пар опсонин / рецептор. Например, фагоцитоз опсонизированных IgG патогенов происходит через рецепторы Fcγ (FcγR) и включает в себя удлинения фагоцитов вокруг микроба, что приводит к продукции провоспалительных медиаторов. И наоборот, поглощение патогенов, опосредованное рецептором комплемента, происходит без наблюдаемых расширений мембраны (частицы просто проникают в клетку) и обычно не приводит к медиаторному ответу воспаления.
После интернализации микроб заключен в везикулярную фагосому, которая затем подвергается слиянию с первичными или вторичными лизосомами, образуя фаголизосому. Существуют различные механизмы, которые приводят к внутриклеточному уничтожению; есть окислительные процессы и другие, независимые от окислительного метаболизма. Первый включает активацию мембранных ферментных систем, которая приводит к стимуляции поглощения кислорода (известному как респираторный взрыв) и его восстановлению до реактивных промежуточных соединений кислорода (ROI), молекулярных форм, которые являются высокотоксичными для микроорганизмов. Фермент, ответственный за возникновение респираторного взрыва, известен как оксидаза никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН), которая состоит из пяти субъединиц. Один из компонентов представляет собой мембранный цитохром, состоящий из двух белковых субъединиц, gp91phox и p22phox; остальные три компонента являются белками цитозольного происхождения: p40phox, p47phox и p67phox. НАДФН-оксидаза существует в цитозоле АМ в состоянии покоя; но после активации два из его цитозольных компонентов, p47phox и p67phox, фосфорилируют свои тирозиновые и сериновые остатки, которые затем могут опосредовать транслокацию NADPHox в компонент цитохрома, gp91phox / p22phox, на плазматической мембране через элементы цитоскелета.
По сравнению с другими фагоцитами, респираторный взрыв при AM имеет большую величину. Кислороднезависимые микробицидные механизмы основаны на выработке кислоты, секреции лизоцимов, на железосвязывающих белках и на синтезе токсичных катионных полипептидов. Макрофаги обладают набором антимикробных молекул, заключенных в их гранулы и лизосомы. Эти органеллы содержат множество ферментов разложения и антимикробных пептидов, которые высвобождаются в фаголизосомы, таких как протеазы, нуклеазы, фосфатазы, эстеразы, липазы и высокоосновные пептиды. Более того, макрофаги обладают рядом механизмов депривации питательных веществ, которые используются для голодания фагоцитированных патогенов по основным питательным микроэлементам. Некоторые микроорганизмы разработали контрмеры, позволяющие им избежать уничтожения фагоцитами. Хотя лизосомальная деградация является эффективным средством нейтрализации инфекции и предотвращения колонизации, некоторые патогены паразитируют на макрофагах, используя их в качестве клетки-хозяина для роста, поддержания и репликации. Такие паразиты, как Toxoplasma gondii и микобактерии, способны предотвращать слияние фагосом с лизосомами, избегая, таким образом, вредного действия лизосомальных гидролаз. Другие избегают лизосом, покидая фагоцитарную вакуоль, чтобы достичь цитозольного матрикса, где их развитие не затруднено. В этих случаях макрофаги могут быть задействованы для активного уничтожения фагоцитированных микроорганизмов, производя ряд высокотоксичных молекул и вызывая депривационный механизм для их голодания. Наконец, у некоторых микробов есть ферменты для детоксикации кислородных метаболитов, образующихся во время респираторного взрыва.
Когда их недостаточно для отражения угрозы, альвеолярные макрофаги могут выделять провоспалительные цитокины и хемокины, вызывая высокоразвитую сеть ответственных защитных фагоцитарных клеток. для адаптивного иммунного ответа.
Легкие особенно чувствительны и склонны к повреждению, поэтому, чтобы избежать побочного повреждения пневмоцитов 1 и 2 типа, альвеолярные макрофаги содержатся в состоянии покоя, вырабатывая мало воспалительных цитокинов и проявляя небольшую фагоцитарную активность, как было доказано. подавлением экспрессии антигена макрофага 1 фагоцитарного рецептора (Mac-1). АМ активно подавляют индукцию двух систем иммунитета организма: адаптивного иммунитета и гуморального иммунитета. Адаптивный иммунитет подавляется за счет воздействия AM на интерстициальные дендритные клетки, B-клетки и T-клетки, поскольку эти клетки менее избирательны в отношении того, что они разрушают, и часто вызывают ненужное повреждение нормальных клеток. Чтобы предотвратить неконтролируемое воспаление в нижних дыхательных путях, альвеолярные макрофаги выделяют оксид азота, простагландины, интерлейкины-4 и -10 (IL-4, IL-10) и трансформирующий фактор роста-β (TGF-β).
NO является основным источником иммуномодуляции у грызунов и вырабатывается ферментом синтетазой оксида азота типа 2 (NOS2) в альвеолярных макрофагах. NO ингибирует фосфорилирование тирозина киназ, участвующих в выработке рецептора интерлейкина-2 (IL-2), экспрессия которого является фундаментальной для пролиферации Т-клеток. Однако у людей активность NOS2 проверить трудно.
Есть два объяснения отсутствия реакции промотора индуцибельной синтетазы оксида азота (iNOS) человека на активацию NO липополисахаридами (LPS) + интерферон гамма (IFNγ). Во-первых, существуют различные варианты инактивирующих нуклеотидов в человеческом аналоге энхансерного элемента, который регулирует индуцированную LPS / IFNγ экспрессию гена NOS2 мыши. Во-вторых, из-за отсутствия ядерного фактора в макрофагах человека, который необходим для оптимальной экспрессии гена NOS2 (комплекс LPS-индуцируемый ядерный фактор-каппа B / Rel). Предполагается, что сложность верификации NOS2 связана с гораздо более жестко контролируемой экспрессией в AM человека по сравнению с таковой в AM грызунов. NOS2 является частью ауторегуляторной петли обратной связи, в которой аллерген или провокатор стимулирует выработку воспалительных цитокинов, что, в свою очередь, стимулирует выработку NO, а NO подавляет выработку цитокинов. У крыс NO ингибирует опосредованное гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором (GM-CSF) созревание дендритных клеток, а у людей он ингибирует TNF-альфа-опосредованное созревание дендритных клеток человека посредством циклических GMP-зависимых механизмов. NO продлевает способность дендритных клеток человека интернализовать антигены в местах воспаления, тем самым модулируя начальные этапы, ведущие к антигенспецифическим иммунным ответам.
Продукция NO имеет отношение к патологии астмы. У пациентов с астмой наблюдается повышенная экспрессия iNOS в эпителиальных клетках дыхательных путей и повышенный уровень оксида азота в выдыхаемом воздухе.
Были выделены многие другие иммуномодулирующие факторы, наиболее важными из них являются простагландины и цитокины. PGE2 был первым описанным иммуномодулятором, полученным из макрофагов. PGE2 действует в усилении транскрипции IL-10 лимфоцитами периферической крови и продукции белка; а также в дезактивации макрофагов и Т-клеток. PGE2 представляет собой иммуномодулирующий эйкозаноид, полученный из компонента клеточной мембраны, арахидоновой кислоты, и перерабатывается в каскаде арахидоновой кислоты: последовательная оксигенация и изомеризация арахидоновой кислоты с помощью ферментов циклооксигеназы и синтазы PGE2. Регулирование клеток-мишеней с помощью PGE2 происходит посредством передачи сигналов через четыре связанных с клеточной мембраной G-протеин-связанных рецепторов E-простаноидов (EP), названных EP1, EP2, EP3 и EP4. PGE2 ингибирует уничтожение бактерий и продукцию ROI с помощью AM за счет нарушения Fcγ-опосредованного фагоцитоза за счет своей способности стимулировать продукцию внутриклеточных эффекторов циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) посредством передачи сигналов рецепторов EP2 и EP4. Рецепторы EP2 и EP4 передают сигнал в основном через стимулирующий G-белок (Gs), повышая активность аденилатциклазы (AC) и последующее образование цАМФ. цАМФ является вторым мессенджером, который влияет на множественные клеточные функции посредством активации двух последующих эффекторных молекул, протеинкиназы А (ПКА) и обменных белков, непосредственно активируемых цАМФ (Epac-1 и -2). Epac-1 и PKA являются важными факторами, участвующими в ингибировании уничтожения AM бактерий. Эффекты PKA являются результатом его способности фосфорилировать остатки серина и треонина на многих клеточных белках, особенно на связывающем элементе элемента ответа цАМФ фактора транскрипции (CREB). Ось цАМФ / PKA / CREB опосредует ингибирование высвобождения TNF-альфа. Уничтожение фагоцитированных бактерий AM зависит от нескольких различных микробицидных механизмов, таких как сниженное опосредованное НАДФН-оксидазой высвобождение ROI. Генерация ROI под действием НАДФН-оксидазы является важным бактерицидным механизмом после FcR-опосредованного фагоцитоза. PGE2 активирует рецепторы EP2 и EP4, связанные с Gs, путем лигирования, стимулируя продукцию цАМФ и последующую активацию последующих эффекторов цАМФ, PKA и Epac-1; оба, в свою очередь, нарушают фосфорилирование и транслокацию через фагосомную мембрану компонента НАДФН-оксидазы, p47phox, тем самым ингибируя респираторный взрыв.
ИЛ-4 представляет собой плейотропный цитокин, который играет ключевую роль в развитии Т-хелперных клеток 2 типа (Tdiv class="ht"). IL-4 важен для дифференцировки наивных CD4-T-клеток в зрелые клетки типа Tdiv class="ht"; а также для переключения класса иммуноглобулинов (Ig) на IgE и IgG4 во время развития иммунных ответов. Ig - это класс антител, обнаруживаемых только у млекопитающих, которые играют важную роль в аллергической реакции и защите от многих видов патогенов, защищая организм от них путем активации комплемента, опсонизации для фагоцитоза и нейтрализации их токсинов.
Было показано, что как IL-4, так и IL-10 уменьшают продукцию металлопротеиназ (эндопептидаз, расщепляющих коллаген и другие внеклеточные белки) человеческими AM. IL-4 оказывает двойное действие на биологическую функцию макрофагов, которое может быть либо стимулирующим, либо ингибирующим. Он усиливает экспрессию антигена MHC класса II (внеклеточный белковый комплекс, который взаимодействует исключительно с CD4-T-клетками как часть экзогенного пути) и Mac-1 (поверхностный рецептор как часть врожденной системы комплемента), тем самым способствуя фагоцитозу. Было также показано, что IL-4 ингибирует выработку PGE2 за счет снижения экспрессии фермента простагландин H-синтазы -2 (PGHS-2), который имеет решающее значение в производстве PGE2. Однако ИЛ-4 подавляет выработку ФНО-альфа, ИЛ-1 и -6, которые являются важными цитокинами в провоспалительном ответе).
ИЛ-10 подавляет секрецию провоспалительных цитокинов ФНО-альфа. и INF-гамма, подавляя таким образом пролиферацию Т-клеток, NK-клеток и AM. ИЛ-10 имеет аналогичные иммуномодулирующие механизмы с TGF-β. Считается, что оба цитокина снижают скорость апоптоза в альвеолярных макрофагах человека, таким образом косвенно усиливая опосредованное альвеолярными макрофагами ингибирование пролиферации Т-клеток. При активации бактериальными продуктами происходит значительное увеличение базальной скорости апоптоза. Апоптоз, в частности, регулируется присутствием цитокинов: IFNγ увеличивает скорость апоптоза, тогда как IL-10 и TGF-β снижают ее. Однако IL-10 оказывает контрпродуктивное действие на иммунную систему, и было показано, что он действительно способствует заражению чужеродными патогенами. Роль IL-10 в бактериальной и паразитарной инфекции была обнаружена как стратегия уклонения от иммунной системы хозяина. Есть бактерии, которые паразитируют на AM, проникая через их мембраны, и процветают, растя и размножаясь внутри них, используя AM как клетки-хозяева. Обычно эту инфекцию можно устранить с помощью Т-клеток, которые активируют ферменты в альвеолярных макрофагах, которые уничтожают бактерии; но было показано, что эти бактерии изменяют сигнальную сеть цитокинов в свою пользу. В качестве ингибирующего цитокина IL-10 способствует инфицированию альвеолярных макрофагов и моноцитов человека, полностью обращая защитный эффект IFNγ против внутриклеточной репликации Legionella pneumophila. Yersinia enterocolitica также высвобождает антиген вирулентности LcrV, который индуцирует IL-10 через Toll-подобный рецептор-2 и CD14 (дополнительный поверхностный белок TLR4-опосредованной передачи сигналов LPS), что приводит к подавлению IFNγ и TNF-alpha. подавление.
В нормальных условиях альвеолярные макрофаги плотно прилегают к альвеолярным эпителиальным клеткам, тем самым вызывая экспрессию интегрина αvβ6. Интегрины представляют собой димерные рецепторы на поверхности клетки, состоящие из альфа- и бета-субъединиц, которые активируют TGF-β. < TGF-β is a multifunctional cytokine that modulates a variety of biological processes such as cell growth, apoptosis, extracellular matrix synthesis, inflammation, and immune responses. TGF-β tightly regulates anti-inflammatory activity by suppressing pro-inflammatory cytokine production, thereby inhibiting T-lymphocyte function. Integrins avβ6 and avβ8 sequester latent TGF-β to the cell surface, where activation can be tightly coupled to cellular responses to environmental stress in the maintenance of homeostasis; integrins also localize activated TGFβ in the vicinity of the macrophages. Normally mature TGFβ is secreted as a latent complex with its N-terminal fragment, latency-associated peptide (LAP), which inhibits its activity. The latent complex is covalently linked to the extracellular matrix by binding to latent TGF-β-binding proteins. TGF-β is activated by diverse mechanisms in the lung, ultimately involving either proteolysis or conformational alteration of the LAP. αvβ6 integrin is able to mediate activation of TGF-β by binding to TGF-β1 LAP, which serves as a ligand binding site for the integrin, and is an essential component of the TGF-β activation apparatus. Once activated, TGFβ leads to the suppression of macrophage functionality (cytokine production and phagocytosis). Binding of activated TGF-β to its receptors expressed on alveolar macrophages induces a downstream signaling cascade, including phosphorylation of receptor-regulated Small Mothers Against Decapentaplegic (R-SMAD)homologs 2 and 3. Phosphorylated SMAD-2 and -3 then form heteromeric complexes with common-mediator SMAD 4 (co-SMAD-4). Once assembled, the complexes translocates into the nucleus via the nuclear pore with the assistance of importins alpha/beta. Once in the nucleus, these complexes accumulate and eventually act as a transcription factors, regulating the expression of TGF-β target genes. Thus TGF-β signaling involves a direct pathway from the receptors on the surface of a cell to the nucleus.
Толл-подобные рецепторы (TLR) передают сигналы PRR, способные распознавать различные бактериальные белки. Хотя бактерии разработали средства уклонения от защитных механизмов хозяина, они экспрессируют PAMP, такие как липогликаны и липопротеины, которые распознаются клетками врожденной иммунной системы через TLR. После связывания PAMP с TLR, TLR запускает воспалительные и защитные реакции в клетке-хозяине, вызывая полимеризацию актина в альвеолярных макрофагах (важный компонент в эндоцитозе и подвижности). Полимеризация актина в альвеолярных макрофагах вызывает подавление экспрессии интегрина, что, в свою очередь, вызывает дезактивацию TGF-β и подавление базального уровня фосфорилирования SMAD 2/3; впоследствии приводя к активации и отделению альвеолярных макрофагов от альвеолярных эпителиальных клеток [15]. После активации макрофаги становятся примированными к фагоцитозу и начинают секретировать провоспалительные цитокины (TNF-α и IL-6).
Примирование макрофагов включает усиление активности респираторного взрыва IFN-γ и TNF-α. IFNγ индуцирует как повышенное сродство НАДФН-оксидазы к НАДФН в макрофагах, так и повышенную скорость транскрипции генов и экспрессию сообщений для белка gp91phox. TNF-α действует как аутокринный стимул, увеличивая экспрессию транскриптов p47phox и p67phox. ROI, образующиеся во время респираторной вспышки, в свою очередь, увеличивают продукцию TNF-α макрофагами.
Газообмен должен быть восстановлен как можно быстрее, чтобы избежать побочного ущерба, поэтому активируется лимфоциты секретируют IFNγ, чтобы стимулировать выработку матриксной металлопротеиназы MMP-9 макрофагами. Сообщалось, что AM продуцируют MMP-9 частично через PGE2-зависимые пути передачи сигналов PKA, которые являются путями, участвующими в ингибировании фагоцитоза. MMP-9 активирует латентный TGF-β, повторно индуцируя экспрессию интегринов αvβ6 на альвеолярных эпителиальных клетках, тем самым возвращая альвеолярный макрофаг в состояние покоя. Активация TGF-β также выгодна, потому что его продукция стимулирует синтез коллагена в интерстициальных фибробластах, что необходимо для восстановления архитектуры альвеолярной стенки.
