Моноциты и макрофаги представляют стадии развития миелоидных клеток. Они образуют мононуклеарную фагоцитирующую систему. Роль макрофагов в качестве одних из основных фагоцитирующих клеток установлена в 1882 г. И.И. Мечниковым, давшим этим клеткам их название. В 20-е гг. ХХ века Л. Ашоф (L. Aschoff) создал учение о ретикуло-эндотели- альной системе — защитной системе, объединяющей тканевые фагоцитирующие клетки. Позже для обозначения практически той же системы стали использовать термин «мононуклеарная фагоцитирующая система».
Циркулирующий вариант клеток — моноцит, тканевый — макрофаг. Превращение моноцита в макрофаг происходит под влиянием тканевого микроокружения и сопровождается экспрессией новых генов, т.е. может рассматриваться как дифференцировка клеток. Эту дифференцировку регулирует M-CSF. Моноциты представляют довольно крупные клетки (диаметром 9—15 мкм) с ядром бобовидной формы и тонкой структурой хроматина. Макрофаги значительно крупнее моноцитов (диаметр составляет 20—25 мкм) и имеют распластанную форму. В отличие от округлых моноцитов, макрофаги имеют неправильные очертания и морфологически полиморфны.
Часто морфологических признаков оказывается недостаточно для дифференциации моноцитов от макрофагов, а также для определения их разновидностей. В этом случае используют дополнительные приемы, такие как определение ферментов или мембранных молекул-маркеров (рис. 2.5, 2.6). Наиболее важные в функциональном отношении мембранные молекулы моноцитов/макрофагов — рецепторы, предназначенные для распознавания PAMP (см. подробнее раздел 2.2), в первую очередь — толл-подобные рецепторы (TLR) (см. табл. 2.1). Ни на каких других клетках эти рецепторы не представлены так разнообразно, как на моноцитах и макрофагах. Это обеспечивает макрофагам и моноцитам возможность распознавать фактически все основные группы паттернов. На этих клетках обнаружены все разновидности TLR, для которых характерна экспрессия на поверхности клеток — TLR-1, TLR-2, TLR-4, TLR-5, TLR-6, TLR-11. С мембранным рецептором TLR-4 функционально связан один из основных маркеров моноцитов и макрофагов — молекула CD14. CD14 взаимодействует с комплексом бактериального ЛПС с ЛПС-связывающим белком, что облегчает взаимодействие Л ПС с TLR-4. TLR, распознающие чужеродные нуклеиновые кислоты (TLR-3, TLR-7, TLR-8, TLR-9), локализованы внутриклеточно — на мембранах цитоплазматических гранул. К группе мембранных молекул, распознающих паттерны, следует отнести молекулу CD13 (аминопептидаза N), характерную для моноцитов, но не макрофагов. Как уже было отмечено, CD13 обладает сродством к антигенам оболочки ряда вирусов.
Для моноцитов/макрофагов свойственна также экспрессия других рецепторов врожденного иммунитета — лектиновых. Лектиновые рецепторы моноцитов и макрофагов распознают свободные D-гликозильные остатки глюкозы, галактозы, маннозы, фукозы, N-ацетилглюкозамина, N-ацетилгалактозамина. На собственных клетках организма такие остатки экранированы остатками сиаловой кислоты и экспонируются преимущественно на старых клетках, подлежащих элиминации. Патогены


Рис. 2.5. Основные мембранные молекулы макрофагов. * В основном моноциты. ** В основном макрофаги



Рис. 2.6. Фенотипическая гетерогенность моноцитов/макрофагов и дендритных клеток как результат дифференцировки in vivo. Внутри круга — моноциты и их разновидности, вне круга — разновидности макрофагов. Указаны мембранные маркеры клеток


(бактерии, грибы, простейшие) несут на поверхности гликоконъюгаты с неэкранированными гликозильными остатками, распознаваемыми лек- тиновыми рецепторами макрофагов, что облегчает фагоцитоз патогенов. В результате распознавания происходит эндоцитоз (пиноцитоз, фагоцитоз) образующихся комплексов. Наиболее важный рецептор лектиновой группы — маннозный рецептор (MR, CD206), характерный для макрофагов и слабее эксперссированный на моноцитах. И на моноцитах, и на макрофагах присутствуют лектиновые рецепторы DC-SIGN (CD209) и дектин-1. Экспрессия дектина-1 подавляется при активации макрофагов. Сигналом к фагоцитозу является также связывание с лигандами так называемых scavenger-рецепторов («мусорщиков»), к которым относят молекулу MSR (Macrophage scavenger receptor, СD36), обладающую сродством к коллагену.
Другая группа рецепторов, разнообразно представленных на моноци- тах/макрофагах, — Fc-рецепторы (молекулы, распознающие Fc-участок молекул иммуноглобулинов, обычно в связанном с антигеном состоянии). Эти рецепторы обеспечивают распознавание и облегчают фагоцитоз и разрушение моноцитами и макрофагами опсонизированных антителами клеток (в том числе патогенных); параллельно происходит активация фагоцитов. Моноциты экспрессируют полный набор Fcy-рецепторов — FcyRI (CD64), FcyRII (CD32) и FcyRIII (CD16). На макрофагах присутствуют только FcyRII и FcyRIII. Моноциты — единственный тип клеток, спонтанно экспрессирующих FcyRI, обладающий наиболее высоким сродством к молекуле IgG и способный связывать его даже в свободном состоянии, а не только в составе иммунного комплекса, как это происходит обычно. На моноцитах и макрофагах представлены также рецепторы для Fc-части IgA (FcaR) и низкоаффинные рецепторы для IgE — FceRII (CD23). Эти рецепторы участвуют в регуляции синтеза антител соответствующих изотипов.
Благодаря присутствию на поверхности моноцитов и макрофагов рецепторов для комплемента (CR) эти клетки распознают фрагменты факторов комплемента, прикрепленные к поверхности патогенов. Большинство рецепторов распознает фрагменты C3b и C3d — CR1 (CD35), CR3 (CD11b/ CD18, или Мас-1) и CR4 (CD11c/CD18, или р150,95). Функция этих рецепторов сходна с таковой Fc-рецепторов: они облегчают распознавание клеток- мишеней фагоцитами и поставляют в фагоцитирующие клетки активационные сигналы. Моноциты/макрофаги экспрессируют также рецепторы для фактора C1q и хемотаксических факторов-анафилатоксинов C3a и C5a.
Поскольку для проявления функциональной активности моноцитам/ макрофагам важно взаимодействие с межклеточным матриксом (в процессе миграции) и с другими клетками (при участии в реакциях иммунитета), на их поверхности представлено большое число молекул адгезии. Среди них особенно важны интегрины (см. раздел 2.3.1.2), например ргинтегрины, обеспечивающие связи с молекулами межклеточного матрикса (коллагеном, фибронектином, ламинином). Из ргинтегринов на моноцитах экспрессированы VLA-4, VLA-2, VLA-5 и VLA-6; 3 последних на макрофагах отсутствуют. VLA-2, VLA-5 и VLA-6 взаимодействуют с названными молекулами матрикса, а VLA-4 — еще и с мембранной молекулой лимфоцитов и самих активированных макрофагов VCAM-1. Все 3 р2-интегрина — LFA-1, Mac-1 (CR3) и p150,95 (CR4) — присутствуют на поверхности как моноцитов, так и макрофагов. Р2-Интегрины взаимодействуют преимущественно с интег- риновыми рецепторами ICAM-1 (CD54), ICAM-2 (CD102) и ICAM-3 (CD50), присутствующими как на Т-лимфоцитах, так и на самих макрофагах (особенно после их активации), а также на активированных эндотелиальных и эпителиальных клетках. За адгезию к эндотелиальным клеткам, необходимую при транссосудистой миграции, отвечает молекула PЕCAM (CD31). К молекулам адгезии необходимо отнести также CD15 (Lewis X) — углеводный компонент мембранных гликоконъюгатов (разветвленный трисахарид), служащий рецептором для молекул адгезии селектинов, который распознает углеводы (см. раздел 2.3.1.1).
Функционально важную группу поверхностных молекул моноцитов/ макрфоагов образуют молекулы MHC (см. раздел 3.2.2.2) и костимулирую- щие молекулы (см. раздел 3.4.1.4). Роль МНС состоит в представлении (презентации) антигенных пептидов TCR. Если молекулы МНС-I присутствуют на всех ядросодержащих клетках организма, то молекулы МНС-II экспрессированы только на специализированных АПК, к которым наряду с дендритными клетками и В-лимфоцитами относят макрофаги. Экспрессия молекул МНС-II усиливается при активации клеток. Презентация антигена — узловое событие иммунного ответа, связывающее реакции врожденного и адаптивного иммунитета. В ходе презентации молекула МНС распознается как самим TCR, так и корецепторами — СD8 и СD4, обладающими сродством к молекулам МНС-I и MHC-II соответственно. Молекула CD4 в небольшом количестве экспрессирована на некоторых макрофагах, что делает их чувствительными к инфицированию вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), для которого молекула CD4 служит основным рецептором (см. раздел 4.7.2). Помимо презентации антигена, для эффективной активации Т-клеток необходима их костимуляция. Она достигается при взаимодействии пар молекул АПК и Т-лимфоцита, называемых костиму- лирующими. Со стороны АПК (в том числе макрофага) в роли костиму- лирующих выступают молекулы CD80 и CD86. Первая из них появляется на поверхности клетки только после активации, вторая экспрессируется конститутивно (даже на покоящихся клетках), но при получении активационного сигнала ее экспрессия усиливается.
Важная группа мембранных молекул моноцитов/макрофагов — рецепторы для цитокинов. Из них наиболее специфичен для моноцитов и макрофагов Fms (CD115) — рецептор для их линейного фактора M-CSF. Наличие Fms позволяет дифференцировать моноциты и их предшественники от клеток гранулоцитарного ряда, на которых этот рецептор отсутствует. Для проявления макрофагами их функций, как эффекторных клеток иммунитета, особенно важны рецепторы для интерферона у (IFNyRI и IFNyRII — CD119); для провоспалительных цитокинов (которые они сами же и секре- тируют) IL-1 (CD121a, CD121b) и TNF (CD120a, CD120b); а также рецепторы для IL-6, IL-12, IL-18, колониестимулирующего фактора GM-CSF (CD116) и ряда других цитокинов. Высокая подвижность моноцитов и особенно макрофагов требует экспрессии рецепторов для хемотаксических факторов. Некоторые из них (рецепторы для С3а и С5а) уже упоминались. Моноциты и макрофаги располагают широким спектром рецепторов для специали-
зированных хемотаксических цитокинов — хемокинов (см. раздел 2.3.2.2), особенно провоспалительных: CXCR1, ^R1, CCR2, CCR3, CCR4, CCR5, CCR8, CX3CR1.
При гистохимической идентификации моноцитов/макрофагов определяют наличие в клетках неспецифической эстеразы, диффузно распределяющейся в цитоплазме. Выявление ряда ферментов позволяет оценить степень зрелости этих клеток. Так, например, миелоперокидаза содержится в значительном количестве в моноцитах; их превращение в макрофаги сопровождается утратой этого фермента. Экспрессия 5’-нуклеотидазы, Р-галактозидазы и аминопептидазы при этом, наоборот, возрастает, а трансглутаминазу удается выявить только в зрелых макрофагах. Помимо названных, в макрофагах присутствуют и другие ферменты — коллагена- за, протеиназы, липазы, нуклеазы, фосфатазы и др. Некоторые ферменты макрофагов участвуют в реализации бактерицидной активности: кислород- зависимой (NADPH-оксидаза, миелопероксидаза, каталаза), не зависящей от кислорода (лизоцим, катепсины, эластаза, аргиназа, протеазы и другие гидролазы), и в генерации оксида азота (индуцибельная NO-синтаза). Процессы, осуществляемые с участием этих ферментов, описаны далее (см. раздел 2.3.5.2).
Моноциты и макрофаги секретируют некоторые из указанных выше ферментов, а также цитокины, гормоны [адренокортикотропный (АКТГ) и соматотропный гормоны, p-эндорфин и др.], катионные белки, протео- гликаны, метаболиты арахидоновой кислоты, компоненты комплемента, белки межклеточного матрикса (фибронектин, тромбоспондин). Некоторые из них (три последние группы факторов, некоторые ферменты) моноци- ты/макрофаги секретируют спонтанно, но активация обычно усиливает их выработку. С секреторной активностью связано выполнение макрофагами других функций: поставки ряда гуморальных факторов врожденного иммунитета, иммунорегуляторной роли, а также участия в обмене липидов и формировании межклеточного матрикса. Особенность моноцитов/мак- рофагов — быстрая реакция на действие стимулирующих молекул, реализуемая обычно в пределах 1 ч после контакта с молекулой. Однако в этой функции макрофаги значительно уступают нейтрофилам.
В связи со значительными различиями свойств моноцитов/макрофагов и нейтрофилов (см. табл. 2.3) физиологическая роль этих клеток практически не перекрывается, даже несмотря на то, что основная функция тех и других — фагоцитоз. Если нейтрофилы ответственны за самый ранний этап защиты, осуществляемой с помощью фагоцитоза (проходит интенсивно, но кратковременно), то моноциты/макрофаги, помимо фагоцитоза (реализуется менее интенсивно и более продолжительно), выполняют многочисленные другие функции, в том числе опосредованные секретируемыми ими гуморальными продуктами.
Среди секреторных продуктов макрофагов наиболее важную роль в развитии воспаления и реакций врожденного иммунитета играют цитокины. Их секреция, как правило, происходит при активации клеток. Спектр цитокинов, секретируемых моноцитами и макрофагами, очень широк: цитокины семейства IL-1 (IL-1p, IL-18, в меньшей степени IL-1a, представленный на мембране макрофагов и рецепторный антагонист IL-1) и другие провоспалительные цитокины — TNFa, IL-6, IL-12, IL-23, IL-27. Макрофаги продуцируют все 3 разновидности колониестимулирующих факторов (GM-CSF, G-CSF и M-CSF), интерфероны (особенно IFNa, но также IFNp и IFNy), гомеостатический цитокин IL-15, супрессорные цитокины (IL-10 и трансформирующий фактор роста в — TGFP), ростовые/ ангиогенные факторы (фибробластный — FGF, тромбоцитарный — PDGF и сосудистый эндотелиальный — VEGF). Моноциты/макрофаги образуют большую часть провоспалительных хемокинов: CXCL8 (IL-8), CCL5 (RANTES), макрофагальные воспалительные белки (С^3, С^4, ССL9, ССL10, ССL15, ССL18, С^23), макрофагальные хемотаксические белки (ССL2, ССТ7, ССL8, ССL12, ССL13) и др.
Секреторная функция моноцитов и макрофагов (в отличие от грануло- цитов) реализуется в основном по классическому механизму, зависимому от аппарата Гольджи, тогда как дегрануляция, т.е. выброс содержимого лизосом и фаголизосом, играет незначительную роль. Эти формы секреторного процесса отличаются в зависимости от наличия интактных микротрубочек — разрушение микротрубочек колхицином нарушает процесс дегрануляции, но может даже усилить аппарат Гольджи-зависимую секрецию. Дегрануляцией осуществляется выброс продуктов окислительного взрыва, производных оксида азота, кислых гидролаз и других лизосомальных ферментов. Эти факторы обусловливают внеклеточный цитолиз и переваривание клеток и их компонентов, т.е. эффекторные функции врожденного иммунитета, тогда как продукты классического секреторного процесса в большей степени участвуют в регуляции воспаления и реакций врожденного иммунитета. Продукты секреции макрофагов, важные для функционирования врожденного иммунитета, рассмотрены в разделе 2.3.6.
Есть свидетельства неоднородности популяции моноцитов. На основе мембранного фенотипа и функциональных особенностей выделяют две основные разновидности этих клеток: CD14hi CD16- и CD14+ CD16+. Клетки первого типа составляют большинство моноцитов крови. Они имеют более крупные размеры и более высокую плотность, чем вторые клетки. Клеткам с фенотипом CD14hi CD16- свойственна высокая фагоцитарная и бактерицидная активность. Они секретируют полный спектр провоспалительных цитокинов. CD14hi CD16- клетки экспрессируют в большом количестве FcyRI (CD64), рецепторы для хемотаксических факторов и в2-интегрины, особенно Мас-1 ^DUb/CD^). Таким образом, эти клетки имеют необходимые маркеры для эмиграции в очаги воспаления, осуществления фагоцитарной и цитолитической активности и поэтому рассматриваются как предшественники воспалительных макрофагов. Клетки фенотипа CD14+ CD16+ экспрессируют большое количество МНС-II и костимулирующих молекул, обладают относительно слабой фагоцитарной активностью, но эффективно презентируют антиген Т-лимфоцитам, и секретируют IFNa. CD14+ CD16+ клетки рассматривают в качестве предшественников резидентных макрофагов.
Миграция моноцитов в ткани сопровождается их превращением в разнообразные формы макрофагов и дендритных клеток (рис. 2.7, табл. 2.5). Дифференцировка моноцитов в дендритные клетки будет рассмотрена в следующей главе. Выделяют две основные разновидности макрофагов — резидентные и воспалительные (табл. 2.6). Резидентные макрофаги возни-


Рис. 2.7. Основные мембранные молекулы дендритных клеток. * Незрелые миелоидные дендритные клетки. ** Зрелые миелоидные клетки. л Плазмоцитоидные дендритные клетки. # Клетки Лангерганса


Таблица 2.5. Маркерные рецепторы и продукты дендритных клеток и моноцитов

Молекулы
Моноциты
Незрелые
миелоидные
дендритные
клетки
Зрелые
миелоидные
дендритные
клетки
Плазмо-
цитоидные
дендритные
клетки
Зрелые
лимфоидные
дендритные
клетки

TLR
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10
1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10
1, 6, 7, 9, 10
1, 2, 4, 6, 7, 9, 10

Рецепторы
цитокинов
IL-3R+
GM-CSFR++
IL-3R+
GM-CSFR++
GM-CSFR+
IL-3R+++
GM-CSFR+
IL-3R++

CD45R
RA
R0
R0
RA
RA

CD13/14
CD13+
CD14+
CD13+
CD14-
CD13+
CD14-
CD13-
CD14-
CD13-
CD14-

CD11b/c
CD11b+
CD11c+
CD11b+
CD11c+
CD11b+
CD11c+
CD11b-
CD11c-
CD11b-
CD11c+

Цитокины
IL-12++
IL-12++
IL-12-,
IFNa/p-
IFNa/p+++
IL-12++,
IFNa/p+

Хемокино- вые рецепторы

CCR1,
CCR2,
CCR5,
CCR6,
CXCR1,
CXCR2,
CXCR3,
CXCR4
CCR7,
CXCR4




Таблица 2.6. Сравнительная характеристика резидентных и воспалительных макрофагов

Показатель
Резидентные макрофаги
Воспалительные макрофаги

Направление миграции
В нормальные ткани
В воспалительные ткани

Хемокиновые
рецепторы
CCR5, CXCR4, CX3CR1
CCR1, CCR2, CCR4, CCR7, CXCR1, CXCR2, CXCR4,
CX3CR1

Fcy-рецепторы
СD16+ CD32+ CD64±
CD16- CD32++ CD64+

Экспрессия CD14
CD14+
CD14+++

Экспрессия CD62L
CD62L-
CD62L++

Cрок жизни
Годы
Недели

Функция
Тканевой гомеостаз, клиренс апоптотических клеток
Развитие воспаления, защита от патогенов, заживление ран

Примечание. - — нет экспрессии; + — слабая экспрессия; ++ — сильная экспрессия;
— очень сильная экспрессия

кают в результате спонтанной («плановой») миграции моноцитов из кровотока в ткани, не связанной с воспалением, тогда как воспалительные макрофаги образуются в процессе экстренной миграции в очаги воспаления. Превращение в макрофаги сопровождается увеличением размера и формы клеток (обусловлены перестройкой цитоскелета), изменением экспрессии некоторых мембранных молекул (ослабевает экспрессия CD13, CD14, CD15, Pj-интегринов, FcyRI, усиливается экспрессия CD16). Это сказывается на ответе клеток на внешние стимулы. Воспалительные макрофаги обладают высокой фагоцитарной и бактерицидной активностью, выделяют ряд цитокинов и других гуморальных веществ, важных для формирования воспаления и реализации иммунной защиты. Эти свойства позволяют воспалительным макрофагам играть роль эффекторных клеток воспаления и врожденного иммунитета. Резидентные макрофаги выполняют преимущественно гомеостатические и регуляторные функции, участвуя в разрушении старых клеток и регуляции иммунных и воспалительных процессов, а также выступают в роли АПК. Резидентные макрофаги обладают более длительным сроком жизни (годы по сравнению с неделями для воспалительных макрофагов).
Воспалительные и резидентные моноциты мигрируют из кровотока в ткани по-разному, поскольку в первом случае решающая роль принадлежит гуморальным факторам и молекулам адгезии, индуцируемым в процессе воспаления, а во втором — невоспалительным гомеостатическим факторам. В качестве хемокина для резидентных макрофагов выступает фракталкин (GX3CL1). Рецепторы для этого хемокина (CX3CR1) экспрессированы в большом количестве преимущественно на CD14+CD16+ моноцитах, при миграции в ткани становящихся резидентными макрофагами. OD14hiCD16- моноциты слабо экспрессируют этот рецептор, но несут рецептор CCR2 для провоспалительных хемокинов преимущественно группы МСР (CCL2, CCL7, CCL8, CCL13, CCL16). В связи с этим СD14hiCD16- клетки обладают способностью мигрировать в очаги воспаления и превращаться в воспалительные макрофаги. Наличие рецептора CCR2 — очень важное свойство СD14hiCD16- клеток, поэтому эту субпопуляцию моноцитов иногда обозначают как CD14hlCCR2+. Эти клетки экспрессируют еще несколько хемокиновых рецепторов, отсутствующих у предшественников резидентных макрофагов: CCR1, CCR4, ССR7, CXCR1, CXCR2. Эти рецепторы распознают практически все провоспалительные и часть гомеостатических цитокинов. В свою очередь, предшественники резидентных макрофагов, помимо рецептора для фракталкина, несут еще несколько хемокиновых рецепторов, отсутствующих или слабо экспрессированных на воспалительных моноцитах — ССR5 и CXCR4 (отметим, что эти рецепторы служат корецепторами для ВИЧ и, следовательно, способствуют инфицированию этим вирусом макрофагов).
Резидентные макрофаги, локализованные в разных органах, могут существенно различаться по морфологии, составу экспрессируемых поверхностных маркеров, спектру секретируемых цитокинов и функциям. Большинство из них имеют собственные названия. Так, макрофаги печени, называемые клетками Купфера, имеют звездчатую форму; они занимают пространство между сосудами печени и гепатоцитами и участвуют в фильтрации продуктов, поступающих из кровотока в паренхиму печени. Численность этих клеток очень велика: на их долю приходится до 50% клеток мононуклеарной фагоцитирующей системы. Определенным своеобразием отличаются альвеолярные макрофаги (способны мигрировать в просвет альвеол), перитонеальные макрофаги, макрофаги центральной нервной системы (микроглия), почек (мезангиальные клетки), костей (остеокласты), тимуса (их важнейшая функция состоит в удалении тимоцитов, в массовом порядке погибающих в процессе развития и селекции), макрофаги вторичных лимфоидных органов и т.д. Вариабельность макрофагов проявляется также и на уровне активированных клеток. Однако в этом случае разнообразие обусловлено не только собственными свойствами моноцитов/макрофагов, но и природой стимуляторов.