Fagocitoza je proces u kojem posebno dizajnirane stanice u krvi i tkivima tijela (fagociti) hvataju i probavljaju čvrste čestice. Otkriće fagocitoze pripada I. I. Mečnikovu. Izvode ga dvije vrste ćelija: zrnasti leukociti (granulociti) koji kruže u krvi i tkivni makrofagi. Kod životinja, oociti, ćelije placente, ćelije koje oblažu tjelesnu šupljinu i pigmentni epitel retine također mogu fagocitirati.

Mehanizam fagocitoze je istog tipa i obuhvata 8 uzastopnih faza: 1) hemotaksu (usmereno kretanje fagocita prema objektu);

2) adhezija (pričvršćivanje za predmet);

3) aktivacija membrane (aktin-miozinski sistem fagocita);

4) početak same fagocitoze, povezan sa formiranjem pseudopodija oko apsorbovane čestice;

5) formiranje fagozoma (apsorbovana čestica je zatvorena u vakuolu usled guranja plazma membrane fagocita na nju poput patent zatvarača);

6) fuzija fagosoma sa lizozomima;

7) uništavanje i varenje;

8) oslobađanje produkata razgradnje iz ćelije.

Fagocitozi često prethodi proces opsonizacije (od grčkog opsoniazo - opskrbiti hranom, hraniti) objekta. Objekat je ćelija koja nosi vanzemaljske informacije. Pokretač ovog procesa je formiranje kompleksa antigen-antitijelo na površini ćelije. Antitela, lokalizovana na površini strane ćelije, stimulišu aktivaciju i vezivanje proteina sistema komplementa za njih. Dobiveni kompleks djeluje kao aktivator preostalih faza fagocitoze.

Detaljnije, faze fagocitoze su sljedeće:

1. Hemotaksa. Strane ćelije (opsonizirane ili neopsonizirane) šalju kemotaktičke signale u okolinu, u čijem smjeru se fagocit počinje kretati. Ranije od drugih ćelija, neutrofili migriraju u žarište upale, kasnije - makrofagi.

2. Adhezija fagocita na objekt. To je zbog prisutnosti na površini fagocita receptora za molekule predstavljene na površini objekta (vlastite ili povezane s njim). Čin adhezije uključuje dvije faze: strano prepoznavanje (specifičan proces) i pričvršćivanje, odnosno stvarno prianjanje (nespecifični proces). Ako nema preliminarnog specifičnog prepoznavanja stranih ćelija, adhezija fagocitne ćelije na objekat fagocitoze je izuzetno spora.

3. Aktivacija membrane. U ovoj fazi predmet se priprema za uranjanje. Dolazi do aktivacije protein kinaze C, oslobađanja jona kalcijuma iz intracelularnih depoa. Sol-gel tranzicije u sistemu ćelijskih koloida i aktin-miozin rearanžmani su od velikog značaja.

4. Zaronite. Objekt je umotan. U procesu fagocitoze, plazma membrana makrofaga, uz pomoć izbočenih nabora nastalih od njega, hvata objekt fagocitoze i obavija ga.

5. Formiranje fagosoma. Membrana je zatvorena, predmet je uronjen s dijelom membrane fagocita unutar ćelije. Nastala mala vakuola naziva se fagosom.

6. Formiranje fagolizozoma. Fuzija fagosoma sa lizosomima rezultira stvaranjem optimalnih uslova za bakteriolizu i cijepanje mrtve stanice.

7. Ubijanje i cijepanje. U fagosomu, zarobljena strana ćelija umire. Da bi izvršio ubijanje, makrofag proizvodi i luči reaktivne derivate kisika u fagosom. Glavne supstance koje učestvuju u bakteriolizi su vodikov peroksid, produkti metabolizma azota, lizozim itd. Proces uništavanja bakterijskih ćelija se završava delovanjem proteaza, nukleaza, lipaza i drugih enzima.

Digestija zarobljenog i ubijenog materijala je završna faza fagocitoze. Za to se lizosomi, koji sadrže više od 25 različitih enzima, uključujući veliki broj hidrolitičkih enzima, kombinuju sa fagosomom koji sadrži objekt fagocitoze. U fagosomu se aktiviraju svi ovi enzimi, takozvana metabolička eksplozija, uslijed koje se fagocitirani objekt probavlja.

8. Oslobađanje produkata razgradnje.

Fagocitoza može biti:

* završeno (ubijanje i probava su bili uspješni);

* nepotpuna (za brojne patogene, fagocitoza je neophodan korak u njihovom životnom ciklusu, na primjer, kod mikobakterija i gonokoka).

Proučavanje indikatora fagocitoze važno je u kompleksnoj analizi i dijagnostici stanja imunodeficijencije: često ponavljajućih gnojno-upalnih procesa, dugotrajnih rana koje ne zacjeljuju i sklonosti postoperativnim komplikacijama.

Za proučavanje fagocitne funkcije koristite:

* izračunavanje apsolutnog broja fagocita (neutrofila i monocita);

* procjena intenziteta apsorpcije mikroba od strane fagocita;

* određivanje sposobnosti fagocitnih ćelija da probave uhvaćene mikrobe.

Najinformativniji za procjenu aktivnosti fagocitoze je fagocitni broj, broj aktivnih fagocita i indeks potpunosti fagocitoze.

Najčešća metoda za kvantifikaciju i karakterizaciju morfoloških defekata u neutrofilima je leukogram i citološke studije pomoću svjetlosne i elektronske mikroskopije.

Za određivanje kemotaktičke aktivnosti neutrofila koristi se metoda proučavanja migracije leukocita pomoću Boydenove kamere. Metoda se zasniva na razdvajanju mikroporoznim filterom u otopini dvije reagirajuće komponente: neutrofila i hemotaktičkih agenasa (na primjer, C5a), koji se stavljaju u donju komoru i stvaraju gradijent koncentracije. Neutrofili smješteni u gornjoj komori migriraju duž gradijenta i skupljaju se na donjoj površini filtera. Nakon standardne inkubacije, filteri se uklanjaju, boje i ćelije se broje. Metoda je prilično jednostavna i ima vrlo visoku ponovljivost. Isti princip je u osnovi metode migracije ćelija pod agaroznim gelom, koji se koristi za određivanje hemotaktičkog indeksa.

Za fagocitni broj, norma je 5-10 mikrobnih čestica. Ovo je prosječan broj mikroba koje apsorbira jedan neutrofil krvi. Karakterizira apsorpcijski kapacitet neutrofila. Određuje se prebrojavanjem broja apsorbovanih bakterija po ćeliji nakon inkubacije pacijentovih ćelija sa standardnim preparatima St.aureus ili E.coli i bojenjem nastalih razmaza. Modifikacija ovog testa je metoda za određivanje baktericidne aktivnosti, u kojoj se isprana ćelijska suspenzija inkubira sa suspenzijom bakterija, zatim se smjesa nanosi na površinu krvnog agara, a nakon određenog vremena se povećava broj izraslih kolonija bakterija. counted. Obje metode zahtijevaju standardizaciju za upotrebu u svakoj specifičnoj laboratoriji i informacije o antibiotskoj terapiji, što može uzrokovati nepouzdane rezultate ili greške u njihovoj interpretaciji.

Fagocitni kapacitet krvi je normalan - 12,5-25x10 9 po 1 litru krvi. Ovo je broj mikroba koje neutrofili mogu apsorbirati u 1 litru krvi.

Fagocitni indeks je normalan 65-95%. Ovo je relativni broj neutrofila (izražen kao postotak) uključenih u fagocitozu.

Broj aktivnih fagocita u normi je 1,6-5,0x10 9 u 1 litri krvi. Ovo je apsolutni broj fagocitnih neutrofila u 1 litri krvi.

Indeks potpunosti fagocitoze je normalno veći od 1. On odražava probavni kapacitet fagocita.

Fagocitna aktivnost neutrofila obično se povećava na početku razvoja upalnog procesa. Njegovo smanjenje dovodi do kroničenja upalnog procesa i održavanja autoimunog procesa, jer se time narušava funkcija uništavanja i uklanjanja imunoloških kompleksa iz organizma.

Spontani test sa NBT (nitrozin tetrazolijumom) - normalno kod odraslih, broj NBT pozitivnih neutrofila je do 10%. Ovaj test omogućava procjenu stanja mehanizma baktericidne aktivnosti fagocita (granulocita) krvi ovisnog o kisiku in vitro. Karakteriše stanje i stepen aktivacije intracelularnog antibakterijskog sistema NADP-N-oksidaze. Fenomen respiratorne (ili metaboličke) eksplozije povezan je sa značajnim povećanjem kiseonika koji apsorbuju leukociti tokom fagocitoze, što rezultira stvaranjem superoksidnog radikala (O 3-) i vodikovog peroksida. Sva ova jedinjenja imaju mikrobicidna svojstva, a njihova identifikacija je važan korak u proceni funkcionalne aktivnosti fagocitnih ćelija.

Pokazatelji NBT-testa se povećavaju u početnom periodu akutnih bakterijskih infekcija, dok se smanjuju u subakutnom i kroničnom toku infektivnog procesa.

Smanjenje spontanog testa sa NST karakterističan je za hronične upale, urođene defekte fagocitnog sistema, imunodeficijencije, maligne neoplazme, teške opekotine, povrede, pothranjenost, lečenje određenim lekovima, izlaganje jonizujućem zračenju.

Povećanje spontanog testa sa NBT bilježi se kod antigenske iritacije zbog akutne bakterijske upale, leukocitoze, povećane citotoksičnosti fagocita zavisne od antitijela, autoalergijskih bolesti i alergija.

Aktivirani test sa NBT se koristi za određivanje fagocitne metaboličke (o kiseoniku zavisne) aktivnosti neutrofila. Test uključuje inkubaciju neutrofila sa NBT in vitro, a formiranje nerastvorljivih obojenih granula formazana može se suditi o redukciji NBT superoksidnim radikalom koji nastaje tokom aktivacije fagocita. Odsustvo sedimenta ukazuje na nesposobnost stanične populacije fagocita za metabolizam.

Normalno, kod odrasle osobe, broj NBT-pozitivnih neutrofila je 40-80%. Smanjenje aktiviranog NBT testa neutrofila ispod 40% i monocita ispod 87% ukazuje na nedostatak fagocitoze.

Makrofagi su mnogostrani i sveprisutni

Prije sto trideset godina, izvanredni ruski istraživač I.I. Mečnikov je u eksperimentima na larvama morskih zvijezda iz Mesinskog moreuza došao do nevjerovatnog otkrića koje je drastično promijenilo ne samo život samog budućeg nobelovca, već je i preokrenuo tadašnje ideje o imunološkom sistemu.

Zabadajući ružičasti šiljak u prozirno tijelo larve, naučnik je otkrio da velike ameboidne ćelije okružuju i napadaju iver. A da je vanzemaljsko tijelo bilo malo, ove lutajuće ćelije, koje je Mečnikov nazvao fagociti (od grčkog. Proždire), mogle bi potpuno apsorbirati vanzemaljca.

Dugi niz godina vjerovalo se da fagociti obavljaju funkciju "trupa za brzu reakciju" u tijelu. Međutim, novija istraživanja su pokazala da, zbog svoje ogromne funkcionalne plastičnosti, ove stanice također "određuju vrijeme" mnogih metaboličkih, imunoloških i upalnih procesa, kako u normalnim tako i u patološkim stanjima. Ovo čini fagocite obećavajućom metom pri razvoju strategije za liječenje brojnih ozbiljnih ljudskih bolesti.

Ovisno o svom mikrookruženju, tkivni makrofagi mogu obavljati različite specijalizirane funkcije. Na primjer, makrofagi koštanog tkiva - osteoklasti, također su uključeni u uklanjanje kalcijum hidroksiapatita iz kosti. S nedostatkom ove funkcije razvija se mramorna bolest - kost postaje pretjerano zbijena i istovremeno krhka.

No, možda je najiznenađujuće svojstvo makrofaga bila njihova ogromna plastičnost, odnosno sposobnost da mijenjaju svoj transkripcijski program („uključivanje“ određenih gena) i njihov izgled (fenotip). Posljedica ove osobine je visoka heterogenost stanične populacije makrofaga, među kojima ne postoje samo „agresivne“ ćelije koje dolaze u odbranu organizma domaćina; ali i ćelije sa "polarnom" funkcijom, odgovorne za procese "mirne" obnove oštećenih tkiva.

Lipidne "antene"

Makrofag duguje svoju potencijalnu "raznolikost" neobičnoj organizaciji genetskog materijala - takozvanom otvorenom kromatinu. Ova neu potpunosti shvaćena verzija strukture ćelijskog genoma omogućava brzu promjenu nivoa ekspresije (aktivnosti) gena kao odgovor na različite podražaje.

Izvođenje određene funkcije makrofaga ovisi o prirodi podražaja koje prima. Ako se podražaj prepozna kao "vanzemaljac", tada dolazi do aktivacije onih gena (i, shodno tome, funkcija) makrofaga koji su usmjereni na uništavanje "vanzemaljaca". Međutim, makrofag može aktivirati i signalne molekule samog organizma, koji induciraju ovu imunološku ćeliju da učestvuje u organizaciji i regulaciji metabolizma. Dakle, u uslovima „mirno doba“, odnosno u odsustvu patogena i upalnog procesa izazvanog njim, makrofagi su uključeni u regulaciju ekspresije gena odgovornih za metabolizam lipida i glukoze, diferencijaciju masnog tkiva. ćelije.

Integracija između međusobno isključivih "mirnih" i "vojnih" područja rada makrofaga vrši se promjenom aktivnosti receptora ćelijskog jezgra, koji su posebna grupa regulatornih proteina.

Među ovim nuklearnim receptorima treba istaknuti takozvane lipidne senzore, odnosno proteine ​​koji su sposobni za interakciju s lipidima (na primjer, oksidirane masne kiseline ili derivati ​​kolesterola) (Smirnov, 2009). Poremećaj ovih regulatornih proteina osjetljivih na lipide u makrofagima može biti uzrok sistemskih metaboličkih poremećaja. Na primjer, nedostatak makrofaga jednog od ovih nuklearnih receptora, koji se naziva PPAR-gama, dovodi do razvoja dijabetesa tipa 2 i neravnoteže u metabolizmu lipida i ugljikohidrata u cijelom tijelu.

Ćelijske metamorfoze

U heterogenoj zajednici makrofaga, na osnovu osnovnih karakteristika koje određuju njihove glavne funkcije, izdvajaju se tri glavne ćelijske subpopulacije: M1, M2 i Mox makrofagi, koji su uključeni u procese upale, popravku oštećenih tkiva, i zaštitu organizma od oksidativnog stresa.

„Klasični“ makrofag M1 nastaje iz matične ćelije (monocita) pod dejstvom kaskade intracelularnih signala koji se pokreću nakon prepoznavanja infektivnog agensa pomoću posebnih receptora koji se nalaze na površini ćelije.

Formiranje "žderača" M1 nastaje kao rezultat snažne aktivacije genoma, praćene aktivacijom sinteze više od stotinu proteina - takozvanih faktora upale. To uključuje enzime koji potiču stvaranje slobodnih radikala kisika; proteini koji privlače druge ćelije imunološkog sistema u žarište upale, kao i proteini koji mogu uništiti bakterijsku membranu; upalni citokini - tvari koje imaju sposobnost aktiviranja imunoloških stanica i imaju toksični učinak na ostatak stanične sredine. U ćeliji se aktivira fagocitoza, a makrofag počinje aktivno uništavati i variti sve što mu se nađe na putu (Shvarts i Svistelnik, 2012). Dakle, postoji žarište upale.

Međutim, već u početnim fazama upalnog procesa, M1 makrofag počinje aktivno lučiti protuupalne tvari - molekule lipida niske molekularne težine. Ovi signali "drugog ešalona" počinju da aktiviraju pomenute senzore lipida kod novih "regruta" - monocita koji pristižu na mesto upale. Unutar ćelije pokreće se lanac događaja, usled čega aktivirajući signal stiže do određenih regulatornih regiona DNK, povećavajući ekspresiju gena odgovornih za harmonizaciju metabolizma i istovremeno potiskujući aktivnost „proinflamatornih“ ( tj. izazivanje upale) gene (Dushkin, 2012).

Dakle, kao rezultat alternativne aktivacije, formiraju se M2 makrofagi, koji dovršavaju upalni proces i pospješuju popravak tkiva. Populacija M2 makrofaga može se, pak, podijeliti u grupe ovisno o njihovoj specijalizaciji: čistači mrtvih stanica; ćelije uključene u reakciju stečenog imuniteta, kao i makrofagi koji luče faktore koji doprinose zamjeni mrtvih tkiva vezivnim tkivom.

Druga grupa makrofaga, Mox, nastaje u uslovima takozvanog oksidativnog stresa, kada se povećava rizik od oštećenja slobodnim radikalima u tkivima. Na primjer, Mohs čini oko trećinu svih makrofaga u aterosklerotskom plaku. Ove imune ćelije nisu samo otporne na same štetne faktore, već i učestvuju u antioksidativnoj odbrani organizma (Gui et al., 2012).

Pjenaste kamikaze

Jedna od najintrigantnijih metamorfoza makrofaga je njihova transformacija u takozvanu pjenastu ćeliju. Takve ćelije pronađene su u aterosklerotskim plakovima, a ime su dobile zbog svog specifičnog izgleda: pod mikroskopom su ličile na sapunicu. U stvari, pjenasta ćelija je isti makrofag M1, ali puna masnih inkluzija, koje se uglavnom sastoje od jedinjenja holesterola i masnih kiselina netopivih u vodi.

Postojala je hipoteza, koja je postala općeprihvaćena, da se pjenaste stanice formiraju u zidu aterosklerotičnih krvnih žila kao rezultat nekontrolirane apsorpcije makrofaga lipoproteina niske gustine koji nose "loš" kolesterol. Međutim, kasnije je ustanovljeno da se nakupljanje lipida i dramatično (desetke puta!) povećanje brzine sinteze određenog broja lipida u makrofagima u eksperimentu može isprovocirati samo upalom, bez ikakvog učešća lipoproteina niske gustine. (Duškin, 2012).

Ova pretpostavka potvrđena je kliničkim zapažanjima: pokazalo se da se transformacija makrofaga u pjenastu ćeliju javlja kod raznih bolesti upalne prirode: u zglobovima - s reumatoidnim artritisom, u masnom tkivu - s dijabetesom, u bubrezima - s akutnim i hronična insuficijencija, u moždanom tkivu - sa encefalitisom. Međutim, bilo je potrebno dvadesetak godina istraživanja da se shvati kako i zašto se makrofag pretvara u ćeliju punjenu lipidima tokom upale.

Pokazalo se da aktivacija proinflamatornih signalnih puteva u M1 makrofagima dovodi do „isključenja” istih onih senzora lipida koji u normalnim uslovima kontrolišu i normalizuju metabolizam lipida (Dushkin, 2012). Kada se „isključe“, ćelija počinje da akumulira lipide. U isto vrijeme, rezultirajuće lipidne inkluzije uopće nisu pasivni rezervoari masti: lipidi koji ih čine imaju sposobnost da pojačaju upalne signalne kaskade. Glavni cilj svih ovih dramatičnih promjena je aktiviranje i jačanje zaštitne funkcije makrofaga, usmjerene na uništavanje „vanzemaljaca“ na bilo koji način (Melo i Drorak, 2012).

Međutim, visok sadržaj holesterola i masnih kiselina je skup za pjenastu ćeliju – oni stimulišu njenu smrt kroz apoptozu, programiranu smrt ćelije. Na vanjskoj površini membrane takvih "osuđenih" ćelija nalazi se fosfatidilserin fosfolipid, koji se inače nalazi unutar ćelije: njegov izgled izvana je neka vrsta "smrtnog zvona". Ovo je signal "pojedi me", koji percipiraju M2 makrofagi. Apsorbirajući apoptotičke pjenaste stanice, one počinju aktivno lučiti medijatore završne, restorativne faze upale.

Farmakološki cilj

Upala kao tipičan patološki proces i ključno učešće makrofaga u njemu je, u jednoj ili drugoj mjeri, važna komponenta prije svega zaraznih bolesti uzrokovanih različitim patološkim uzročnicima, od protozoa i bakterija do virusa: klamidijske infekcije, tuberkuloza, lajšmanijaza, tripanosomijaza itd. Istovremeno, makrofagi, kao što je gore navedeno, igraju važnu, ako ne i vodeću, ulogu u nastanku tzv. metaboličkih bolesti: ateroskleroze (glavni krivac kardiovaskularnih bolesti), dijabetesa, neurodegenerativnih bolesti mozga (Alchajmerova i Parkinsonova bolest, posledice moždanog udara i kraniocerebralne povrede mozga), reumatoidni artritis i rak.

Savremena saznanja o ulozi lipidnih senzora u formiranju različitih fenotipova makrofaga omogućila su razvoj strategije za kontrolu ovih ćelija kod različitih bolesti.

Tako se pokazalo da su u procesu evolucije bacili klamidije i tuberkuloze naučili da koriste lipidne senzore makrofaga kako bi stimulirali alternativnu (u M2) aktivaciju makrofaga koja za njih nije opasna. Zbog toga, bakterija tuberkuloze koju apsorbira makrofag može, kupajući se poput sira u ulju u lipidnim inkluzijama, mirno čekati oslobađanje, a nakon smrti makrofaga, razmnožavati se koristeći sadržaj mrtvih stanica kao hranu (Melo i Drorak , 2012).

Ako se u ovom slučaju koriste sintetički aktivatori lipidnih senzora, koji sprječavaju stvaranje masnih inkluzija i, shodno tome, sprječavaju "pjenastu" transformaciju makrofaga, tada je moguće suzbiti rast i smanjiti održivost infektivnih patogena. . Barem u eksperimentima na životinjama, već je bilo moguće značajno smanjiti kontaminaciju pluća miševa bacilima tuberkuloze, korištenjem stimulatora jednog od senzora lipida ili inhibitora sinteze masnih kiselina (Lugo-Villarino et al., 2012).

Drugi primjer su bolesti kao što su infarkt miokarda, moždani udar i gangrena donjih ekstremiteta, najopasnije komplikacije ateroskleroze, koje su uzrokovane pucanjem takozvanih nestabilnih aterosklerotskih plakova, praćenih trenutnim stvaranjem krvnog ugruška i blokadom. krvnog suda.

Formiranje takvih nestabilnih aterosklerotskih plakova olakšava M1 makrofag/pjenasta ćelija, koja proizvodi enzime koji otapaju kolagenski omotač plaka. U ovom slučaju, najefikasnija strategija liječenja je transformacija nestabilnog plaka u stabilan, bogat kolagenom, što zahtijeva transformaciju "agresivnog" M1 makrofaga u "pacificirani" M2.

Eksperimentalni podaci pokazuju da se takva modifikacija makrofaga može postići suzbijanjem proizvodnje proinflamatornih faktora u njemu. Takva svojstva posjeduju brojni sintetički aktivatori lipidnih senzora, kao i prirodne tvari, na primjer, kurkumin, bioflavonoid koji je dio korijena kurkume, poznatog indijskog začina.

Treba dodati da je ovakva transformacija makrofaga relevantna kod gojaznosti i dijabetesa tipa 2 (većina makrofaga u masnom tkivu ima M1 fenotip), kao i u liječenju neurodegenerativnih bolesti mozga. U potonjem slučaju dolazi do "klasične" aktivacije makrofaga u tkivima mozga, što dovodi do oštećenja neurona i nakupljanja toksičnih tvari. Transformacija M1 agresora u miroljubive M2 i Mox domare, uništavanje biološkog „đubreta“, uskoro bi mogla postati vodeća strategija za liječenje ovih bolesti (Walace, 2012).

Upala je neraskidivo povezana s kancerogenom degeneracijom stanica: na primjer, postoje svi razlozi za vjerovanje da 90% tumora u ljudskoj jetri nastaje kao rezultat infektivnog i toksičnog hepatitisa. Stoga je u cilju prevencije karcinoma potrebno kontrolirati populaciju M1 makrofaga.

Međutim, nije sve tako jednostavno. Dakle, u već formiranom tumoru, makrofagi pretežno dobijaju znakove M2 statusa, što potiče preživljavanje, reprodukciju i širenje samih ćelija raka. Štaviše, takvi makrofagi počinju da potiskuju imuni odgovor limfocita protiv raka. Stoga se za liječenje već formiranih tumora razvija druga strategija zasnovana na stimulaciji znakova klasične M1 aktivacije u makrofagima (Solinas et al., 2009).

Primer ovakvog pristupa je tehnologija razvijena u Novosibirskom institutu za kliničku imunologiju Sibirskog ogranka Ruske akademije medicinskih nauka, u kojoj se uzgajaju makrofagi dobijeni iz krvi pacijenata obolelih od raka u prisustvu stimulansa zimozana koji se akumulira. u ćelijama. Makrofagi se zatim ubrizgavaju u tumor, gdje se oslobađa zimosan i počinje stimulirati klasičnu aktivaciju "tumorskih" makrofaga.

Danas je sve očiglednije da jedinjenja koja izazivaju metamorfozu makrofaga imaju izražen ateroprotektivni, antidijabetički, neuroprotektivni efekat, a štite i tkiva kod autoimunih bolesti i reumatoidnog artritisa. Međutim, takvi lijekovi, koji se trenutno nalaze u arsenalu liječnika, su fibrati i derivati ​​tiazolidona, iako smanjuju smrtnost od ovih teških bolesti, ali istovremeno imaju izražene teške nuspojave.

Ove okolnosti stimulišu hemičare i farmakologe da kreiraju sigurne i efikasne analoge. U inostranstvu, u SAD-u, Kini, Švicarskoj i Izraelu, već se provode skupa klinička ispitivanja takvih spojeva sintetičkog i prirodnog porijekla. Uprkos finansijskim poteškoćama, ruski istraživači, uključujući i one iz Novosibirska, takođe daju svoj doprinos rešavanju ovog problema.

Tako je na Odsjeku za hemiju Novosibirskog državnog univerziteta dobijeno sigurno jedinjenje TS-13, koje stimulira stvaranje Mox fagocita, koje ima izraženo protuupalno djelovanje i ima neuroprotektivni učinak u eksperimentalnom modelu Parkinsonove bolesti (Dyubchenko et al., 2006; Zenkov et al., 2009).

na Institutu za organsku hemiju u Novosibirsku. N. N. Vorozhtsov SB RAS stvorio je sigurne antidijabetičke i antiaterosklerotične lijekove koji djeluju na nekoliko faktora odjednom, zbog čega se "agresivni" makrofag M1 pretvara u "mirni" M2 (Dikalov et al., 2011). Od velikog interesa su biljni preparati dobijeni od grožđa, borovnice i drugih biljaka mehanohemijskom tehnologijom razvijenom na Institutu za hemiju čvrstog stanja i mehanohemiju Sibirskog ogranka Ruske akademije nauka (Duškin, 2010).

Uz pomoć državne finansijske podrške moguće je u vrlo bliskoj budućnosti stvoriti domaća sredstva za farmakološke i genetske manipulacije sa makrofagima, zahvaljujući kojima će biti realna prilika da se ove imunološke ćelije od agresivnih neprijatelja pretvore u prijatelje koji pomažu tijelo održava ili obnavlja zdravlje.

Književnost

Dushkin M. I. Makrofag/pjenasta stanica kao atribut upale: mehanizmi formiranja i funkcionalna uloga // Biochemistry, 2012. V. 77. C. 419-432.

Smirnov A. N. Lipidna signalizacija u kontekstu aterogeneze // Biokemija. 2010. V. 75. S. 899-919.

Shvarts Ya. Sh., Svistelnik A. V. Funkcionalni fenotipovi makrofaga i koncept M1-M2 polarizacije. Dio 1 Proupalni fenotip. // Biochemistry. 2012. V. 77. S. 312-329.

Neutrofili (polimorfonuklearni leukociti, PMN)

To su mobilni fagociti sa segmentiranim jezgrom. Neutrofili se identifikuju ili po nuklearnoj strukturi ili po površinskom antigenu CD66.

Glavnu ulogu u efektorskim funkcijama neutrofila igraju komponente granula. Neutrofilne granule se dijele na primarne, sekundarne, tercijarne i sekretorne vezikule. Razlike između klasa granula mogu se utvrditi nakon analize proteina markera. Oko 300 različitih proteina pohranjeno je u granulama neutrofila, koje se mogu osloboditi u ćelijskoj sredini ili ostati vezane za membranu neutrofila.

Sekretorne vezikule
Vjeruje se da se formiraju sekretorne vezikule samo kod zrelih segmentiranih neutrofila kada uđu u krvotok. Sekretorne vezikule po porijeklu endosomi, i predstavljaju skup receptora uključenih u plazma membranu nakon fuzije membrane sekretornih vezikula sa membranom neutrofila. U membrani sekretornih vezikula nalaze se brojni receptori - β2-integrini, Cr1, receptori formil peptida (fpr), CD14, CD16, kao i enzimi metaloproteinaze i alkalna fosfataza. Šupljina sekretornih vezikula sadrži albumin i protein koji vezuje heparin (HBP). Markerski enzim vezikula je alkalna fosfataza.

Sekundarne i tercijarne granule
Peroksidaza negativne granule neutrofila mogu se podijeliti na sekundarne i tercijarne, koje se razlikuju po sadržaju proteina i sekretornim svojstvima. Sekundarne granule sadrže više antibakterijskih tvari spojeva od tercijarnih. Tercijarne granule su lakše egzocitotične od sekundarnih granula. tercijarne granule - rezerva enzima koji razgrađuju matriks i membranskih receptora neophodnih za ekstravazaciju i dijapedezu neutrofila. Naprotiv, sekundarne granule su uglavnom uključene u antibakterijsko djelovanje neutrofila kroz mobilizaciju u fagozome ili izlučivanje u vanjsko okruženje. Njihov arsenal antibakterijskih peptida uključuje laktoferin, NGAL, lizozim i hCAP18, LL-37. Marker proteina tercijarnih granula - enzim želatinaza, sekundarni - laktoferin.

Primarne granule
Primarne granule sadrže kisele hidrolaze, uključujući kiselu fosfatazu i antibakterijske proteine; njihova membrana je lišena receptora. Kod ljudi, antibakterijski proteini su predstavljeni neutrofilnim peptidima - α-defenzinima i serinskim proteazama s antibakterijskim djelovanjem. Tokom sazrevanja neutrofila u koštanoj srži, azurofilne granule se prve formiraju u fazi mijeloblasta; defenzini (kationski proteini) u azurofilnim granulama se sintetiziraju u drugoj fazi diferencijacije neutrofila - fazi formiranja promijelocita.

Marker proteina ovih granula je enzim mijeloperoksidaza.

Monociti/makrofagi

Monociti su fagociti koji cirkulišu u krvi. Kada monociti migriraju u tkiva, postaju makrofagi. Monociti imaju karakteristično jezgro u obliku bubrega. Mogu se identifikovati morfološki ili pomoću CD14, markera ćelijske površine. Za razliku od PMN, oni ne sadrže granule, ali imaju brojne lizozome, čiji je sadržaj sličan sadržaju granula neutrofila. Specijalizirani tipovi makrofaga mogu se naći u mnogim organima, uključujući pluća, bubrege, mozak i jetru.

Makrofagi obavljaju mnoge funkcije. Poput čistača, uklanjaju istrošene ćelije, imunološke komplekse iz organizma. Makrofagi predstavljaju strani antigen za prepoznavanje od strane limfocita; u tom pogledu, makrofagi su slični dendritskim ćelijama. Makrofagi su u stanju da luče iznenađujuće različite moćne hemijske signale zvane monokini, koji su vitalni za imunološki odgovor. nespecifični imunitet: odgovor fagocita na infekciju.

Neutrofili i monociti koji cirkuliraju u krvi reagiraju na signale opasnosti (SOS) koji se stvaraju na mjestu infekcije. SOS signali uključuju N-formil metionin koji oslobađaju bakterije; peptidi nastali tokom koagulacije krvi, rastvorljivi peptidi - proizvodi aktivacije sistema komplementa i citokini koje luče tkivni makrofagi koji su se sudarili sa bakterijama u tkivima. Neki od SOS signala stimuliraju ekspresiju molekula stanične adhezije na endotelnim stanicama u blizini mjesta infekcije, kao što su ICAM-1 i selektini. Molekuli adhezije se vezuju za komplementarne strukture na površini fagocitnih ćelija. Kao posljedica toga, neutrofili i monociti prianjaju na endotel. Vazodilatatori koji se oslobađaju na mjestu infekcije od mastocita pospješuju dijapedezu adherentnih fagocita kroz endotelnu barijeru i njihovu migraciju do mjesta infekcije Kretanje u tkivima duž gradijenta koncentracije SOS molekula Paralelno, SOS signali aktiviraju fagocite, što dovodi do povećanje apsorpcije patogena i intracelularnog uništavanja invazivnih organizama.

Pokretanje fagocitoze kod nespecifičnog imuniteta

Ćelija fagocita ima receptore na svojoj membrani koji im pomažu da se vežu za patogen-antigen i apsorbuju ga. Najvažniji receptori uključuju sljedeće strukture.

1. Fc receptori- ako se IgG antitijela vežu za bakterije, tada će na površini bakterije biti Fc fragmenti, koji se prepoznaju i vezuju Fc receptorom na fagocitima. Na površini jednog neutrofila nalazi se oko 150.000 ovih receptora! Vezivanje bakterija obloženih IgG inicira fagocitozu i aktivaciju metaboličke aktivnosti fagocita (respiratorni udar).

2. Receptori komplementa- fagociti imaju receptore za komponentu C3b komplementa.Kada se komplement aktivira u interakciji sa površinskim strukturama bakterija, potonja je prekrivena hidrofobnim C3b fragmentom. Vezivanje C3b receptora za C3b takođe dovodi do povećanja fagocitoze i stimulacije respiratornog praska.

3. Receptori su čistači vežu širok spektar polianiona na površini bakterije, posredujući bakterijsku fagocitozu.

4. Toll-like receptori- fagociti imaju različite Toll-like receptore koji prepoznaju širok spektar očuvanih struktura na površini infektivnih agenasa. Vezivanje infektivnih agenasa preko Toll-like receptora dovodi do fagocitoze i oslobađanja proinflamatornih citokina (IL-1, TNF-alfa i IL-6) od strane fagocita.

Fagocitoza i nespecifični imunitet

Nakon vezivanja bakterije, membrana fagocita formira pseudopodije, koje na kraju okružuju bakteriju i gutaju je, pri čemu je bakterija zatvorena u fagosomu. Fagozomi se spajaju sa sekundarnim granulama i formiraju fagolizozom.

Respiratorno pucanje i intracelularno ubijanje kod nespecifičnog imuniteta

Tokom fagocitoze, fagocitne ćelije povećavaju svoj unos glukoze i kiseonika, proces koji se naziva respiratorni burst. Posljedica respiratorne eksplozije je stvaranje reaktivnih vrsta kisika koje mogu ubiti bakterije u fagolizozomu. Ovaj proces se naziva unutarćelijsko ubijanje ovisno o kisiku. Osim toga, kao dio fagolizosoma, bakterije mogu biti uništene pod d djelovanjem sadržaja koji je već prisutan u granulama. Kompleks ovih reakcija naziva se intracelularno ubijanje neovisno o kisiku.

1. U procesu fagocitoze uključuje se mehanizam direktne oksidacije glukoza-6-fosfata u pentozofosfatnom putu stvaranjem NADPH. Sastavljanje supramolekularnog kompleksa aktivne molekule NADPH oksidaze se vrši odmah. Aktivirana NADPH oksidaza koristi kisik za oksidaciju NADPH. Kao rezultat reakcije nastaje superoksid anion. Pod dejstvom superoksid dismutaze, deo superoksidnih anjona se pretvara u singletni kiseonik i H 2 O 2. Drugi deo superoksidnih anjona stupa u interakciju sa H 2 O 2 da bi se formirali hidroksilni radikali i singletni kiseonik. Kao rezultat svih ovih reakcija nastaju toksični kisikovi spojevi superoksid anion vodikov peroksid, singletni kisik i hidroksilni radikali (OH).

2. Intracelularno ubijanje ovisno o mijeloperoksidazi ovisno o kisiku

Jednom kada se azurofilne granule spoje sa fagozomom, mijeloperoksidaza se oslobađa u fagolizozom. Mijeloperoksidaza katalizira stvaranje hipokloritnog jona iz H2O2 i kloridnog jona. Hipohloritni jon je visoko toksično jedinjenje, snažno oksidaciono sredstvo. Neki od hipohlorita mogu se spontano razgraditi u singletni kiseonik. Kao rezultat ovih reakcija nastaju otrovni hipoklorit (OCl -) i singletni kisik (1 O2).

3. Reakcije detoksikacije (Tabela 3)

Neutrofili i makrofagi imaju sredstva zaštite od djelovanja reaktivnih vrsta kisika. Ove reakcije uključuju dismutaciju superoksidnog aniona u vodikov peroksid pomoću superoksid dismutaze i konverziju vodikovog peroksida u vodu pomoću katalaze.

4. Intracelularno ubijanje neovisno o kisiku

Mehanizmi intracelularnog ubijanja neovisni o kisiku

5. Ubijanje ovisno o dušikovom oksidu u reakcijama nespecifičnog imuniteta

Vezivanje bakterija od strane makrofaga, posebno preko Toll-sličnih receptora, dovodi do proizvodnje TNF-alfa, koji autokrini (stimulira iste ćelije koje su ga lučile) inducira ekspresiju inducibilnog gena za NO sintazu (iNOS), kao rezultat od kojih makrofagi sintetiziraju dušikov oksid (NO). Ako je stanica izložena interferonu gama (IFN-gama), pojačava se sinteza dušikovog oksida. Koncentracija dušikovog oksida koji oslobađaju makrofagi ima izražen toksični učinak na mikroorganizme u neposrednoj blizini makrofaga.

Makrofagi su ćelije koje igraju ključnu ulogu u upali. Novo istraživanje - koje je predvodio Trinity College Dublin u Irskoj - otkrilo je ranije nepoznat proces koji može isključiti sintezu inflamatornih faktora u makrofagima.

Naučnici sugeriraju da će novo otkriće poboljšati naše razumijevanje upale i infekcije.

Nadaju se da će to dovesti do novih tretmana za upalna stanja kao što su bolesti srca, reumatoidni artritis i upalne bolesti crijeva.

Njihovo nedavno otkriće odnosi se na molekul poznat kao itaconate koje makrofagi proizvode iz glukoze. Prethodna istraživanja su već pokazala da itakonat pomaže u regulaciji funkcije makrofaga, ali mehanizmi u to vrijeme nisu bili poznati.

Odavno je poznato da makrofagi izazivaju upalu, ali smo upravo otkrili da se mogu "zaustaviti" itakonatom.

Koristeći ljudske ćelije i modele miša, Luke O'Neill i kolege su otkrili da je proizvodnja itakonata slična aktiviranju "isključenog prekidača" na makrofagu, što je rezultiralo smanjenom upalom.

Istraživači izvještavaju o svojim nalazima u radu objavljenom u časopisu Priroda.

Upala i makrofagi

Upala je niz biohemijskih reakcija koje pokreće imuni sistem kada otkrije nešto što može naštetiti našem tijelu. Možemo vidjeti i osjetiti upalu kada, na primjer, ozlijedimo prst: područje rane otekne, pocrveni, istanji se i postane bolno.

Kako proces upale napreduje, grupe različitih stanica luče tvari, koje zauzvrat izazivaju niz reakcija. Na primjer, uzrokuju širenje krvnih sudova i postaju propusni tako da više krvnih stanica može doći do mjesta ozljede. U tom slučaju se stimuliraju nervni završeci tako da se poruke o boli emituju u mozak.

Međutim, ovaj moćni odbrambeni sistem takođe može da se aktivira kada imuni sistem greškom napadne zdrave ćelije i tkiva (fenomen poznat kao autoagresija imunog sistema). To dovodi do kroničnih upalnih bolesti koje mogu trajati godinama, a ponekad i cijeli život.

Makrofagi su različite ćelije koje su uključene u mnoge važne procese u tijelu, uključujući upalu.

Itakonat i interferoni tipa I (IFN I)

Kao i mnoge ćelije, makrofagi koriste glukozu za energiju. Međutim, oni također mogu koristiti glukozu za proizvodnju itakonata. Naučnici su znali da itakonat pomaže u regulaciji mnogih ćelijskih procesa u makrofagima, ali povezana biohemija nije bila jasna.

U novoj studiji, prof. Luke O'Neill i njegov tim su po prvi put pokazali da je itakonat neophodan za aktiviranje antiinflamatornog transkripcionog faktora u mišjim i ljudskim makrofagima.

Nrf2 je protein u tijelu sisara koji igra ključnu ulogu u obnavljanju oštećenih tkiva i sprječavanju razvoja malignih neoplazmi. Otkrivajući problem, protein Nrf2 može aktivirati do dvije stotine gena, uz pomoć kojih će se izvršiti "popravka" ćelije.

Naučnici su demonstrirali kako je, mijenjajući proizvodnju nekoliko inflamatornih proteina, itakonat štitio miševe od smrtonosne upale koja se može pojaviti tokom infekcije.

Jedan od efekata proizvodnje itakonata bio je ograničavanje upalnog odgovora koji uključuje interferone tipa I.

Interferoni tipa I (IFN I) su grupa proteina koji utiču na imunološki odgovor koji se javlja kada su inficirani virusima, bakterijama, gljivicama i drugim patogenima.

Poznato je da su proteini posebno važni u odbrani od virusa. Međutim, mogu izazvati i neželjene reakcije kod nekih vrsta infekcija.

Ithaconate je kritičan protuupalni metabolit koji djeluje preko Nrf2 kako bi ograničio upalu i modulirao interferone tipa I.

Kao prva koja opisuje hemijske reakcije povezane sa antiinflamatornim efektima itakonata, studija predstavlja revolucionarni rad u oblasti upale.

Sada naučnici planiraju da shvate kako da iskoriste rezultate za kreiranje novih antiinflamatornih lekova.

Nadamo se da će naš rad pomoći mnogim osobama sa autoimunim bolestima.

Pored istraživača sa Triniti koledža u Dablinu, u radu su učestvovali naučnici sa Harvard Medical School u Bostonu, Univerziteta Johns Hopkins u Baltimoru, Univerziteta u Kembridžu, Univerziteta Oksford, Univerziteta Dandi i farmaceutske kompanije GlaxoSmithKline.

Duškin Mihail Ivanovič – doktor medicinskih nauka, profesor, šef Laboratorije za molekularne i ćelijske mehanizme terapijskih bolesti na Institutu za terapiju Sibirskog ogranka Ruske akademije medicinskih nauka (Novosibirsk).
Autor i koautor više od 100 naučnih radova i 3 patenta.

Prije sto trideset godina, izuzetan ruski istraživač I.I. Mechnikov u eksperimentima na larvama morskih zvijezda iz Mesinskog moreuza, došao je do nevjerovatnog otkrića koje je dramatično promijenilo ne samo život samog budućeg nobelovca, već je i preokrenuo tadašnje ideje o imunološkom sistemu.

Zabadajući ružičasti šiljak u prozirno tijelo larve, naučnik je otkrio da velike ameboidne ćelije okružuju i napadaju iver. A ako je strano tijelo bilo malo, ove lutajuće ćelije, koje je Mečnikov nazvao fagociti(od grčkog Φάγος - žder), mogao potpuno apsorbirati vanzemaljca.

Dugi niz godina se vjerovalo da fagociti obavljaju funkciju "" u tijelu. Međutim, novija istraživanja su pokazala da zbog svoje ogromne funkcionalne plastičnosti ove ćelije su uključene i u mnoge metaboličke, imunološke i upalne procese, kako u normalnim tako i u patološkim stanjima. Ovo čini fagocite obećavajućom metom za razvoj strategije za liječenje brojnih ozbiljnih ljudskih bolesti.

Pokretno ćelije imunog sistema- fagociti ili makrofagi prisutan u gotovo svim tkivima tijela. .

Ovisno o svom mikrookruženju, tkivni makrofagi mogu obavljati različite specijalizirane funkcije. Na primjer, koštani makrofagi osteoklasti, također su uključeni u uklanjanje kalcijum hidroksiapatita iz kosti. S nedostatkom ove funkcije razvija se mramorna bolest - kost postaje pretjerano zbijena i istovremeno krhka.

No, možda je najiznenađujuće svojstvo makrofaga bila njihova ogromna plastičnost, odnosno sposobnost da mijenjaju svoj transkripcijski program („uključivanje“ određenih gena) i njihov izgled (fenotip). Posljedica ove osobine je visoka heterogenost stanične populacije makrofaga, među kojima ne postoje samo „agresivne“ ćelije koje dolaze u odbranu organizma domaćina; ali i ćelije sa "polarnom" funkcijom, odgovorne za procese "mirne" obnove oštećenih tkiva.

LIPIDNE "ANTENE"

Makrofag duguje svoju potencijalnu "raznolikost" neobičnoj organizaciji genetskog materijala - tzv. otvoreni hromatin. Ova neu potpunosti shvaćena verzija strukture ćelijskog genoma omogućava brzu promjenu nivoa izraz(aktivnosti) gena kao odgovor na različite podražaje.

Izvođenje određene funkcije makrofaga ovisi o prirodi podražaja koje prima. Ako se podražaj prepozna kao "vanzemaljac", tada dolazi do aktivacije onih gena (i, shodno tome, funkcija) makrofaga koji su usmjereni na uništavanje "vanzemaljaca". Međutim, makrofag može aktivirati i signalne molekule samog organizma, koji induciraju ovu imunološku ćeliju da učestvuje u organizaciji i regulaciji metabolizma. Dakle, u uslovima „mirno doba“, odnosno u odsustvu patogena i upalnog procesa izazvanog njime, makrofagi su uključeni u regulaciju ekspresije odgovornih gena.

Integracija između međusobno isključivih "mirnih" i "vojnih" područja rada makrofaga vrši se promjenom aktivnosti receptora ćelijskog jezgra, koji su posebna grupa regulatornih proteina.

Među ovim nuklearnim receptorima, tzv senzori lipida, odnosno proteini sposobni za interakciju s lipidima (na primjer, oksidirane masne kiseline ili derivati ​​kolesterola) (Smirnov, 2009). Poremećaj ovih regulatornih proteina osjetljivih na lipide u makrofagima može biti uzrok sistemskih metaboličkih poremećaja. Na primjer, nedostatak makrofaga jednog od ovih nuklearnih receptora, označenih kao PPAR gama, dovodi do razvoja dijabetesa tipa 2 i neravnoteže u metabolizmu lipida i ugljikohidrata u cijelom tijelu.

Ovako izgledaju makrofag (gore)/pjenaste ćelije (dole) dobijene unošenjem bakterijskog polisaharida pod fluorescentnim mikroskopom. Zelene lipidne inkluzije, obojene posebnom bojom, mogu zauzeti više od polovine ćelijske citoplazme.

ĆELIJSKA METAMORFOZA

U heterogenoj zajednici makrofaga, na osnovu osnovnih karakteristika koje određuju njihove glavne funkcije, razlikuju se tri glavne ćelijske subpopulacije: makrofagi M1, M2 i Mox, koji su uključeni, odnosno, u procese oštećenih tkiva, kao i organizam od oksidativnog stresa.

"Klasični" makrofag M1 formirana iz progenitorske ćelije monocit) pod dejstvom kaskade intracelularnih signala koji se pokreću nakon prepoznavanja infektivnog agensa pomoću posebnih receptora koji se nalaze na površini ćelije.

Obrazovanje "žderača" M1 nastaje kao rezultat snažne aktivacije genoma, praćene aktivacijom sinteze više od stotinu proteina - tzv. faktori upale. To uključuje enzime koji potiču stvaranje slobodnih radikala kisika; proteini koji privlače druge ćelije imunološkog sistema u žarište upale, kao i proteini koji mogu uništiti bakterijsku membranu; inflamatornih citokina- supstance koje imaju svojstva da aktiviraju imune ćelije i imaju toksični efekat na ostatak ćelijskog okruženja. Aktivirano u ćeliji fagocitoza a makrofag počinje aktivno uništavati i probavljati sve što mu se nađe na putu (Shvarts i Svistelnik, 2012). Dakle, postoji žarište upale.

Međutim, već u početnim fazama upalnog procesa, makrofag M1 počinje aktivno lučiti protuupalne tvari- molekule lipida niske molekularne težine. Ovi signali "drugog ešalona" počinju da aktiviraju pomenute senzore lipida kod novih "regruta" - monocita koji pristižu na mesto upale. Unutar ćelije pokreće se lanac događaja, usled čega aktivirajući signal stiže do određenih regulatornih regiona DNK, povećavajući ekspresiju gena odgovornih za harmonizaciju metabolizma i istovremeno potiskujući aktivnost „proinflamatornih“ ( tj. izazivanje upale) gene (Dushkin, 2012).

Dakle, kao rezultat alternativne aktivacije, formiraju se makrofagi M2 koji dovršavaju upalni proces i pospješuju obnavljanje tkiva. stanovništva M2 makrofagi se, pak, mogu podijeliti u grupe ovisno o njihovoj specijalizaciji: ; kao i vezivnog tkiva.

Druga grupa makrofaga Moss, nastaje u uslovima tzv oksidativni stres kada se povećava rizik od oštećenja slobodnim radikalima u tkivima. Na primjer, Mohs čini oko trećinu svih makrofaga u aterosklerotskom plaku. Ove imune ćelije nisu samo otporne na same štetne faktore, već i učestvuju u antioksidativnoj odbrani organizma (Gui et al., 2012).

PJENA KAMIKAZE

Jedna od najintrigantnijih metamorfoza makrofaga je njihova transformacija u tzv. pjenasti kavez. Takve ćelije pronađene su u aterosklerotskim plakovima, a ime su dobile zbog svog specifičnog izgleda:. U stvari, pjenasta ćelija je isti makrofag M1, ali puna masnih inkluzija, koje se uglavnom sastoje od jedinjenja holesterola i masnih kiselina netopivih u vodi.
Ovisno o svom mikrookruženju, makrofagi mogu radikalno promijeniti svoj fenotip, svaki put obavljajući doslovno "polarne" funkcije. M1 makrofagi štite organizam od infektivnih agenasa, M2 nadgledaju popravku oštećenih tkiva, a Mox makrofagi su uključeni u antioksidantnu odbranu organizma.

Postojala je hipoteza koja je postala opšteprihvaćena. Međutim, kasnije je ustanovljeno da se nakupljanje lipida i dramatično (desetke puta!) povećanje brzine sinteze određenog broja lipida u makrofagima u eksperimentu može isprovocirati samo upalom, bez ikakvog učešća lipoproteina niske gustine. (Duškin, 2012).

Makrofagi se formiraju iz progenitornih stanica (monocita) već u prvim satima upale uzrokovane određenim stimulusom (na primjer, bakterijom). M1 makrofagi i pjenaste stanice počinju proizvoditi proupalne faktore i metabolite kisika i aktivno hvataju "strane" molekule. 1-3. dana upalnog procesa, pjenaste stanice počinju lučiti protuupalne faktore koji aktiviraju lipidne senzore monocita koji migriraju iz krvotoka do mjesta upale. Tako nastaju M2 makrofagi. Same pjenaste ćelije umiru tokom programirane stanične smrti (apoptoze) i progutaju ih M2 makrofagi. Ovo je signal o prestanku upale (5. dan). Fotografija prikazuje fazno-kontrastnu mikroskopiju ćelija dobijenih iz peritonealne šupljine miševa sa upalom.

Ova pretpostavka potvrđena je kliničkim zapažanjima: pokazalo se da se transformacija makrofaga u pjenastu ćeliju javlja kod raznih bolesti upalne prirode: u zglobovima - s reumatoidnim artritisom, u masnom tkivu - s dijabetesom, u bubrezima - s akutnim i hronična insuficijencija, u moždanom tkivu - sa encefalitisom. Međutim, bilo je potrebno dvadesetak godina istraživanja da se shvati kako i zašto se makrofag pretvara u ćeliju punjenu lipidima tokom upale.

Pokazalo se da aktivacija proinflamatornih signalnih puteva u M1 makrofagima dovodi do „isključenja” istih onih senzora lipida koji u normalnim uslovima kontrolišu i normalizuju metabolizam lipida (Dushkin, 2012). Kada se „isključe“, ćelija počinje da akumulira lipide. U isto vrijeme, rezultirajuće lipidne inkluzije uopće nisu pasivni rezervoari masti: lipidi koji ih čine imaju sposobnost da pojačaju upalne signalne kaskade. Glavni cilj svih ovih dramatičnih promjena je aktiviranje i jačanje zaštitne funkcije makrofaga, usmjerene na uništavanje „vanzemaljaca“ na bilo koji način (Melo i Drorak, 2012).

Međutim, visok sadržaj holesterola i masnih kiselina je skup za pjenastu ćeliju – oni stimulišu njenu smrt kroz apoptozu, programiranu smrt ćelije. Fosfolipid se nalazi na vanjskoj površini membrane takvih "osuđenih" stanica fosfatidilserin, koji se normalno nalazi unutar ćelije: njegov izgled spolja je neka vrsta "smrtnog zvona". Ovo je signal "pojedi me", koji percipiraju M2 makrofagi. Apsorbirajući apoptotičke pjenaste stanice, one počinju aktivno lučiti medijatore završne, restorativne faze upale.

FARMAKOLOŠKI CILJ

Upala kao tipičan patološki proces i ključno učešće makrofaga u njemu je, u jednoj ili drugoj mjeri, važna komponenta prije svega zaraznih bolesti uzrokovanih različitim patološkim uzročnicima, od protozoa i bakterija do virusa: klamidijske infekcije, tuberkuloza, lajšmanijaza, tripanosomijaza itd. Istovremeno, makrofagi, kao što je gore navedeno, igraju važnu, ako ne i vodeću, ulogu u nastanku tzv. metaboličkih bolesti: ateroskleroze (glavni krivac kardiovaskularnih bolesti), dijabetesa, neurodegenerativnih bolesti mozga (Alchajmerova i Parkinsonova bolest, posledice moždanog udara i kraniocerebralne povrede mozga), reumatoidni artritis i rak.

Savremena saznanja o ulozi lipidnih senzora u formiranju različitih fenotipova makrofaga omogućila su razvoj strategije za kontrolu ovih ćelija kod različitih bolesti.

Tako se pokazalo da su u procesu evolucije bacili klamidije i tuberkuloze naučili da koriste lipidne senzore makrofaga kako bi stimulirali alternativnu (u M2) aktivaciju makrofaga koja za njih nije opasna. Zbog toga, bakterija tuberkuloze koju apsorbira makrofag može, kupajući se poput sira u ulju u lipidnim inkluzijama, mirno čekati oslobađanje, a nakon smrti makrofaga, razmnožavati se koristeći sadržaj mrtvih stanica kao hranu (Melo i Drorak , 2012).

Ako se u ovom slučaju koriste sintetički aktivatori lipidnih senzora, koji sprječavaju stvaranje masnih inkluzija i, shodno tome, sprječavaju "pjenastu" transformaciju makrofaga, tada je moguće suzbiti rast i smanjiti održivost infektivnih patogena. . Barem u eksperimentima na životinjama već je bilo moguće značajno smanjiti kontaminaciju pluća miševa bacilima tuberkuloze uz pomoć stimulatora jednog od senzora lipida ili inhibitora sinteze masnih kiselina (Lugo-Villarino et al., 2012. ).

Drugi primjer su bolesti kao što su infarkt miokarda, moždani udar i gangrena donjih ekstremiteta, najopasnije komplikacije ateroskleroze, koje su uzrokovane pucanjem takozvanih nestabilnih aterosklerotskih plakova, praćenih trenutnim stvaranjem krvnog ugruška i blokadom. krvnog suda.

Formiranje takvih nestabilnih aterosklerotskih plakova olakšava M1 makrofag/pjenasta ćelija, koja proizvodi enzime koji otapaju kolagenski omotač plaka. U ovom slučaju, najefikasnija strategija liječenja je transformacija nestabilnog plaka u stabilan, bogat kolagenom, što zahtijeva transformaciju "agresivnog" M1 makrofaga u "pacificirani" M2.

Eksperimentalni podaci pokazuju da se takva modifikacija makrofaga može postići suzbijanjem proizvodnje proinflamatornih faktora u njemu. Takva svojstva posjeduju brojni sintetički aktivatori senzora lipida, kao i prirodne tvari, npr. kurkumin- bioflavonoid uključen u sastav.

Treba dodati da je ovakva transformacija makrofaga relevantna kod gojaznosti i dijabetesa tipa 2 (većina makrofaga u masnom tkivu ima M1 fenotip), kao i u liječenju neurodegenerativnih bolesti mozga. U potonjem slučaju dolazi do "klasične" aktivacije makrofaga u tkivima mozga, što dovodi do oštećenja neurona i nakupljanja toksičnih tvari. Transformacija M1 agresora u miroljubive M2 i Mox domare, uništavanje biološkog „đubreta“, uskoro bi mogla postati vodeća strategija za liječenje ovih bolesti (Walace, 2012).


Suprotno početnoj hipotezi, makrofag/pjenasta stanica ispunjena masnim inkluzijama može se formirati čak i pri niskoj koncentraciji lipoproteina - za to je dovoljan samo upalni proces. Unošenje u peritonealnu šupljinu miševa stimulatora upale zimosana, dobivenog iz membrana stanica kvasca, uzrokuje dramatično povećanje brzine sinteze nepolarnih lipida i njihovih prekursora, masnih kiselina i kolesterola, koji formiraju lipidne inkluzije u makrofagima.

Upala je neraskidivo povezana s kancerogenom degeneracijom stanica: na primjer, postoje svi razlozi za vjerovanje da 90% tumora u ljudskoj jetri nastaje kao rezultat infektivnog i toksičnog hepatitisa. Dakle.

Međutim, nije sve tako jednostavno. Dakle, u već formiranom tumoru, makrofagi pretežno dobijaju znakove statusa. Štaviše, takve. Stoga se razvija druga strategija za liječenje već formiranih tumora, zasnovana na stimulaciji znakova klasične M1 aktivacije u makrofagima (Solinas et al., 2009).

Primer ovakvog pristupa je tehnologija razvijena u Novosibirskom institutu za kliničku imunologiju Sibirskog ogranka Ruske akademije medicinskih nauka, u kojoj se uzgajaju makrofagi dobijeni iz krvi pacijenata obolelih od raka u prisustvu stimulansa zimozana koji se akumulira. u ćelijama. Makrofagi se zatim ubrizgavaju u tumor, gdje se oslobađa zimosan i počinje stimulirati klasičnu aktivaciju "tumorskih" makrofaga.

Danas je sve očiglednije da jedinjenja koja izazivaju metamorfozu makrofaga imaju izražen ateroprotektivni, antidijabetički, neuroprotektivni efekat, a štite i tkiva kod autoimunih bolesti i reumatoidnog artritisa.

Međutim, takvi lijekovi koji su trenutno u arsenalu liječnika - fibrati i derivati tiazolidon, iako smanjuju smrtnost od ovih teških bolesti, ali istovremeno imaju izražene teške nuspojave.

Ove okolnosti stimulišu hemičare i farmakologe da kreiraju sigurne i efikasne analoge. U inostranstvu, u SAD-u, Kini, Švicarskoj i Izraelu, već se provode skupa klinička ispitivanja takvih spojeva sintetičkog i prirodnog porijekla. Uprkos finansijskim poteškoćama, ruski istraživači, uključujući i one iz Novosibirska, takođe daju svoj doprinos rešavanju ovog problema.

Tako je bezbedno jedinjenje dobijeno na Odseku za hemiju Novosibirskog državnog univerziteta TS-13 stimulativno obrazovanje Mox fagocita, koji ima izražen protuupalni učinak i neuroprotektivni učinak u eksperimentalnom modelu Parkinsonove bolesti (Dyubchenko i sar., 2006; Zenkov i sar., 2009). na Institutu za organsku hemiju u Novosibirsku. NN Vorozhtsov iz Sibirskog ogranka Ruske akademije nauka stvorio je sigurne antidijabetičke i antiaterosklerotične lijekove koji djeluju na nekoliko faktora odjednom, zbog čega se "agresivni" makrofag M1 pretvara u "mirni" M2 (Dikalov et al., 2011.) . Od velikog interesa su biljni preparati dobijeni od grožđa, borovnice i drugih biljaka mehanohemijskom tehnologijom razvijenom na Institutu za hemiju čvrstog stanja i mehanohemiju Sibirskog ogranka Ruske akademije nauka (Duškin, 2010).

Uz pomoć državne finansijske podrške moguće je u vrlo bliskoj budućnosti stvoriti domaća sredstva za farmakološke i genetske manipulacije sa makrofagima, zahvaljujući kojima će biti realna prilika da se ove imunološke ćelije od agresivnih neprijatelja pretvore u prijatelje koji pomažu tijelo održava ili obnavlja zdravlje.

Strategija za kontrolu fenotipa makrofaga kod različitih bolesti je različita: u nekim slučajevima (na primjer, kod dijabetesa i drugih metaboličkih bolesti), potrebno je pomoći u smanjenju broja "agresivnih" M1 makrofaga i povećanju "mirnih" M2 makrofaga. . U bolestima zarazne prirode i tumorima, naprotiv, potrebno je povećati broj makrofaga koji jedu M1.

LITERATURA

1. Dushkin M. I. Makrofag/pjenasta stanica kao atribut upale: mehanizmi formiranja i funkcionalna uloga // Biochemistry, 2012. V. 77. C. 419-432.
2. Smirnov A. N. Lipidna signalizacija u kontekstu aterogeneze // Biohemija. 2010. V. 75. S. 899-919.
3. Shvarts Ya. Sh., Svistelnik AV Funkcionalni fenotipovi makrofaga i koncept M1-M2 polarizacije. Dio 1 Proupalni fenotip. //Biohemija. 2012. V. 77. S. 312-329.