CC BY
117
РЕПРОГРАММИРОВАНИЕ КЛЕТОЧНЫХ ОТВЕТОВ МАКРОФАГОВ: ВОЗМОЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ВОСПАЛИТЕЛЬНЫМ ПРОЦЕССОМ
Сумина В.П., Гагиева А.В., Диденко М.И.
ГБОУ ВПО «Первый московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова» г. Москва, Россия
Аннотация. Макрофаги играют принципиально важную роль в инициации иммунного ответа при внедрении в организм чужеродного агента, вследствие выделения цитокинов и других медиаторов воспаления. В зависимости от микроокружения они могут активироваться по классическому-провоспалительному М1 фенотипу и альтернативному противовоспалительному М2 фенотипу. Таким образом, нарушение функций или сдвиг макрофагального фенотипа в какую-либо сторону, в одних случаях является адекватным «терапевтическим» и обеспечивает выздоровление, в других — неадекватным «патогенетическим» и влечет за собой развитие хронических воспалений, прогрессиро-вание онкологических и аутоиммунных заболеваний. В свою очередь, изучение молекулярных механизмов воспаления, факторов репрограммирования макрофагов (ФРМ) и возможность их коррекции представляют огромный интерес для современной иммунологии и медицины.
Ключевые слова: макрофаги, репрограммирование, фенотипы, поляризация.
Макрофаги, как одни из основоположников системы врожденного иммунитета, участвующие в инициации и реализации системы приобретенного иммунитета, нуждаются в подобающем микроокружении, благодаря которому они могут активироваться разными путями, в зависимости от мощности активации, так были выделены фенотипы М1 и М2. Но после выявления способности макрофагов адекватно отвечать на новые стимулы независимо от первичной поляризации и степени дифференцировки, так называемая пластичность макрофагального фенотипа, данные категории, в какой-то степени, можно считать условными [5]. Так как репрограммирование макрофагов — направление достаточно новое, но активно развивающееся, в литературе представлено небольшое количество информации на счет внутриклеточных механизмов, определяющих поляризацию макрофагов в «провоспалительный» М1, либо «противовоспалительный» М2 фенотип.
Макрофаги М1 округлой формы, продуцируют большое количество цитокинов IL-12, IL-18, IL-1ß, TNF а, активных форм кислорода (АФК) и оксида азота (NO), обуславливающих бактерицидную активность. Макрофаги М2 фибробласто-подобной формы, продуцируют противовоспалительные цитокины IL-10 и IL-13, TGF-ß, регулируют воспаление, способствуют ремоделированию и репарации поврежденных тканей, а так же ангио-генезу и опохолевому росту. Макрофаги М1 способствуют программированию клеток Th0 в фенотип Th1, а макрофаги М2 — в фенотип Th2. После этого цитокины Th1 могут усиливать программирование М1, а цитокины Th2 — фенотипов М2. В зависимости от микроокружения, макрофаги могут регулировать свою активность, а именно, в среде с низким содержанием IFN-y макрофаги на действие чужеродного агента будут активироваться по классической схеме с продукцией таких цитоки-нов как IL-1, IL-12, TNF-a, активные формы кис-
—--—-
~ 92 ~
лорода и азота. [4] Если же микроокружение макрофага состоит из TGF-P, ^-4, ^-13 или глюко-кортикоидов, то его активация запустится по альтернативному пути с продукцией цитокинов ^-10, ^-13 [4]. В очаге воспаления макрофаги функционируют в агрессивной среде, и для того чтобы выжить, макрофаги активируют синтез собственных внутриклеточных защитных стресс-белков HSP70, которые защищают макрофаги от некроза и апоптоза, индуцируемого различными воспалительными медиаторами [1]. HSP70 макрофагов активней всего синтезируется в ответ на действие провоспалительных цитокинов и компонентов бактериальных клеток, включая ЛПС. Фактором, влияющим на секреторную активность и способность к индукции HSP70 является сурфактантный белок D (SP-D). SP-D является мультимерным Са2+-связывающим белком из семейства коллагенопо-добных лектинов. Было показано, что удаление SP-D гена (SP-D (-/-)) приводит к увеличению количества и размера макрофагов в легких, а также повышению базального уровня воспаления в легких с последующим развитием эмфиземы [1]. При этом оказалось, что SP-D также играет роль и в самом процессе альтернативного программирования фенотипа макрофагов [1]. Отсутствие гена SP-D привело к увеличению ЛПС-индуцированной продукции Ш-12 в М1 фенотипе и не повлияло на продукцию этого фенотипа в М0 и М2 фенотипах. ЛПС-индуцированная продукция Ш-10 была снижена в М0 и М2 фенотипах, и осталась неизменной в М1 фенотипе макрофагов SP-D (-/-) мышей по сравнению с нормальными макрофагами тех же фенотипов [1]. Удаление гена SP-D привело к тому, что ЛПС-индуцированный синтез HSP70 в на-тивном М0 фенотипе был незначительно выше, в М1 фенотипе практически не изменялся, а в М2 фенотипе был более чем в 2 раза увеличен по сравнению с соответствующим фенотипом макрофагов нормальных мышей [1]. На основании полученных данных можно предположить, что повышение синтеза HSP70 в М2 фенотипе макрофагов SP-D (-/-) мышей опосредовано снижением продукции Ш-10. Это предположение поддерживают данные о том, что Ш-10 действительно может угнетать индукцию HSP70 [1].
Так же была проведена работа целью которой стало определение роли SP-D в регуляции баланса макрофагальных ТЫ и ТЪ2 цитокинов [2]. В ходе
работы была выявлена зависимость влияния SP-D на продукцию разных Th1 и Th2 цитокинов от фенотипа макрофагов предопределяет изменение баланса Th1/Th2 цитокинов [2]. Так, в ЛПС-стимулированном нативном М0 фенотипе SP-D (-/-) макрофагов за счет снижения продукции Th2 цитокинов IL-10 и IL-13, Th1/Th2 баланс цитокинов сдвигается в сторону Th1 цитокинов. В М1 фенотипе отсутствие SP-D оказывает разнонаправленный эффект на разные Th1 и Th2 цитокины. И, наконец, в М2 фенотипе за счет усиления продукции Th2 цитокинов баланс Th1/Th2 сдвигается в сторону Th2 [2].
В одной из других работ показано, что значимую роль в классической поляризации макрофагов по М1 фенотипу играет NFkB. Так, у мышиных макрофагов М2 фенотипа, обнаруживаемых в опухоли, наблюдается пониженная активность NFkB, вследствие повышенной ядерной экспрессии р50 NFkB ингибиторного гомодимера [5]. Они слабо активируются классическими активаторами (ЛПС, CD40L, TNF-a и IL-ф) [5]. Перепрограммирование макрофагов также можно встретить в опухоли. Макрофаги выделяют TNF-a для устранения опухоли, однако опухолевая клетка способна переключить механизмы гибели, индуцируемые TNF-a, на механизмы инвазии. Так, показано, что TNF-a, действуя на опухолевые клетки, через активацию c-JunNHZ-киназ и NF-kB увеличивает синтез про-инвазивных белков MIF и EMMPRIN [6]. Эти белки действуют на макрофаги, усиливая продукцию MMP, которые способны разрушать белки внеклеточного матрикса всех типов и благодаря этому прокладывают дорогу опухолевой клетке [6].
Одним из других внутриклеточных ферментов, участвующих в поляризации макрофагов, является SH2-содержащая инозитол-5'-фосфатаза (SHIP), которая подавляет пролиферацию, жизнеспособность и активацию гемопоэтических клеток [5]. В организме нокаутных по SHIP мышей содержится больше макрофагов. Таким образом, на фоне отсутствия SHIP наблюдается сдвиг в сторону М2 фенотипа, что указывает на его важную роль в процессе программирования макрофагов [5].
Кроме того, было показано, что стимуляция макрофагов противовоспалительными цитокинами (IL-10 и TGF-P) приводит к быстрому фосфорили-рованию, активации АМФ-зависимой протеинки-
—--—-
~ 93 ~
Since 1999 p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437
The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2016. Vol. 18. No 3
—--—
назы (АМФК), а стимуляция макрофагов ЛПС приводит к ее деактивации [5]. Торможение экспрессии АМФК приводит к значительному увеличению концентрации мРНК ЛПС-индуцированных цитокинов (TNF-a, IL-6 и СОХ-2). При трансфек-ции макрофагов конституитивно активной АМФК происходило уменьшение выработки IL-6 и TNF-a и увеличение выработки IL-10 [5]. Кроме того, АМФК уменьшает деградацию IkB-a и усиливает активацию Akt, сопровождающуюся торможением киназы гликоген-синтетазы в и активацией CREB. Таким образом, АМФК изменяет внутриклеточный сигналлинг в макрофагах в сторону поляризации по противовоспалительному М2 фенотипу [5].
Так, стало известно, что некоторые эндогенные ФРМ находятся в сыворотке крови, например, TGF-в, который программирует макрофаги в сторону М2 фенотипа [3]. Эксперименты проводились на культуре перитонеальных макрофагов, выделенных от мышей линии C57BL/6 и BALB/c, которые имеют генетически детерминированный М1 и М2 фенотип макрофагов, соответственно. Пул 0 культивировали при нормальной концентрации сыворотки — 10%, пул 1 — в отсутствие сыворотки с целью репрограммирования в сторону М1 фенотипа, а пул 2 — при повышенной (20%) концентрации сыворотки с целью репрограммирования в сторону М2 фенотип [3]. В ходе экспериментов стало понятно, что культивирование макрофагов в среде, содержащей 20% сыворотки, не приводило к изменению базальной (нестимулированной) продукции NO ни у макрофагов C57BL/6, ни у BALB/c, однако снижало способность макрофагов обоих линии к генерации NO в ответ на ЛПС [3]. Эти изменения возможно отражают процесс репрограммирования макрофагов в сторону М2 фенотипа. Культивирование макрофагов в среде, содержащей 0% сыворотки, достоверно повысило базальную продукции NO как макрофагов C57BL/6, так и BALB/c, а также привело к существенному увеличению способность макрофагов обеих линий к генерации NO в ответ на ЛПС [3]. Эти изменения, возможно, отражают процесс репрограммиро-вания макрофагов в сторону М1 фенотипа [3].
Гипотеза о роли репрограммирования макрофагов в патогенезе заболеваний способствует поставить новые цели для коррекции нарушенного
иммунного ответа и лечения заболеваний. Например, при лечении последствий инсульта, как ише-мического, так и геморрагического — использовать терапию, направленную на репрограммирование макрофагов в сторону М2 фенотипа, а при опухолевом росте — в сторону М1.[3] В патогенезе заболеваний легких, таких как хроническая об-структивная болезнь легких или саркоидоз, ключевую роль играет М1 фенотип, а в патогенезе других, таких как бронхиальная астма — М2 фенотип. Соответственно, технология «терапевтического» репрограммирования макрофагов, должна учитывать эти особенности [3].
ЛИТЕРАТУРА
1. Вассерман Е.Н., Абрамова Е.В., Круглов С.В., Лямина С.В., Шимшелашвили Ш.Л., Малышев Ю.И., Беарс М.Ф., Гоу А. Д., Малышев И.Ю. Отсутствие гена sp-d приводит к усилению лпс-индуцированного синтеза hsp70 в м2, но не в м1 фенотипе перитонеальных макрофагов: возможная роль интерлейкина 10 // Фундаментальные исследования. 2010. № 6. С. 19—27.
2. Вассерман Е. Н., Лямина С. В., Шимшелашви-ли Ш.Л., Абрамова Е.В., Назаров В.А., Круглов С.В., Малышева Е.В., Беарс М.Ф., Гоу А. Д., Малышев И.Ю. Sp-d контролирует баланс th1 и th2 цитокинов и обладает признаками эндогенного фактора репрограммиро-вания макрофагов // Фундаментальные исследования. 2010. № 6. С. 28—36.
3. Лямина С.В., Веденикин Т.Ю., Бородовицы-на О. А., Суворова И. А., Шимшелашвили Ш.Л., Малышев И.Ю., Круглов С.В. Репрограммирование механизмов синтеза оксида азота у м1 и м2 фенотипов перито-неальных макрофагов мышей in vitro в присутствии разных концентраций сыворотки // Медицинская иммунология. 2012. № 1-2. С. 127—132.
4. Лямина С.В., Круглов С.В., Веденикин Т.Ю., Малышев И.Ю. Новая стратегия управления иммунным ответом при заболеваниях легких — роль сурфак-тантного белка d как бивалентного фактора репрограм-мирования макрофагов // Фундаментальные исследования. 2011. № 1. С. 90—97.
5. Лямина С.В., Малышев И.Ю. Поляризация макрофагов в современной концепции формирования иммунного ответа // Фундаментальные исследования. 2014. № 10-5. С. 930—935.
6. Малышев И.Ю. Матричное репрограммирова-ние иммунных клеток и роль его нарушения в патогенезе опухолей // Вестн. РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН. 2012. № 2. С. 21—33.
—--—-
~ 94 ~
-----
A REVIEW OF THE CONTROL OF THE IMMUNE RESPONSE:
REPROGRAMMING OF MACROPHAGES
AS A PROMISING DIRECTION OF PATHOPHYSIOLOGY
Sumina V.P., GagievaA.V., DidenkoM.I.
First Moscow state medical university named after I.M. Sechenov Moscow, Russia
Annotation: Macrophages play essentially important role in initiation of the immune answer at introduction in an organism of the alien agent, owing to allocation of tsitokin and other mediators of an inflammation. Depending on a microenvironment they can be activated software classical-pro-inflammatory Ml to a phenotype and alternative anti-inflammatory Sq. m to a phenotype. Thus, violation of functions or shift of a makrofagalny phenotype in any party, in one cases is adequate "therapeutic" and provides recovery, in others — inadequate "pathogenetic" and involves development of chronic inflammations, progressing of oncological and autoimmune diseases. In turn, studying of molecular mechanisms of an inflammation, the factors of a reprogrammirovaniye of macrophages (FRM) and possibility of their correction represent huge interest for modern immunology and medicine.
Key words: macrophages, reprogrammirovaniye, phenotypes, polarization.
REFERENCES
1. Vasserman E.N., Abramova E.V., Kruglov S.V., Ljamina S.V., SHimshelashvili SH.L., Malyshev JU.I., Bears M.F., Gou A.D., Malyshev I. JU. Otsutstvie gena sp-d privodit k usileniju lps-inducirovannogo sinteza hsp70 v m2, no ne v ml fenotipe peritoneal'nyh makrofagov: vozmozhnaja rol' interlejkina 10. Fundamental'nye issledovanija, 2010, no. 6, pp. 19—27.
2. Vasserman E.N., Ljamina S.V., SHimshelashvili SH.L., Abramova E.V., Nazarov V.A., Kruglov S.V., Ma-lysheva E.V., Bears M.F., Gou A.D., Malyshev I. JU. Sp-d kontroliruet balans th1 i th2 citokinov i obladaet priznakami jendogennogo faktora reprogrammirovanija makrofagov. Fundamental'nye issledovanija, 2010, no. 6, pp. 28—36.
3. Ljamina S.V., Vedenikin T.JU., Borodovicyna O.A., Suvorova I. A., SHimshelashvili SH.L., Malyshev I.JU., Kruglov S.V. Reprogrammirovanie mehanizmov sinteza ok-
sida azota u ml i m2 fenotipov peritoneal'nyh makrofagov myshej in vitro v prisutstvii raznyh koncentracij syvorotki. Medicinskaja immunologija, 2012, no. 1-2, pp. 127—132.
4. Ljamina S.V., Kruglov S.V., Vedenikin T.JU., Malyshev I.JU. Novaja strategija upravlenija immunnym otve-tom pri zabolevanijah legkih — rol' surfaktantnogo belka d kak bivalentnogo faktora reprogrammirovanija makrofagov. Fundamental'nye issledovanija, 2011, no. 1, pp. 90—97.
5. Ljamina S.V., Malyshev I.JU. Poljarizacija makro-fagov v sovremennoj koncepcii formirovanija immunnogo otveta. Fundamental'nye issledovanija, 2014, no. 10-5, pp. 930—935.
6. Malyshev I.JU. Matrichnoe reprogrammirovanie immunnyh kletok i rol' ego narushenija v patogeneze opu-holej. Vestn. RONC im. N.N. Blohina RAMN, 2012, no. 2, pp. 21—33.
