Опубликовано
Центральное место в функционалшьной активности нейтрофилов играет их способность появляться в очаге инфекции, распознавать и фагоцитировать микробы, а затем уничтожать патогенные микроорганизмы с помощью комбинации цитотоксических механизмов. К ним относятся производство активных форм кислорода, выделение антимикробных пептидов и недавно обнаруженное вытеснение их ядерного содержимого с образованием внеклеточных ловушек нейтрофилов. По - видимому, взаимодействия между нейтрофилами и адаптивными иммунными клетками устанавливают механизм прямой связи, который усиливает патологическое воспаление.
Многоклеточные организмы сталкиваются с постоянной проблемой выживания в среде, содержащей одноклеточные патогены. Фагоциты превратились в специализированные клетки, которые поглощают и убивают вторгающиеся в организм патогены, чтобы защитить хозяина от микроорганизмов. Они являются основным клеточным звеном врожденной иммунной системы, которая является общей для всех видов эволюционного дерева. Действительно, выживание примитивных организмов, например насекомых, у которых отсутствуют адаптивные иммунные клетки, такие как лимфоциты, зависит от функции их врожденных иммунных фагоцитов. У людей нейтрофилы составляют от 50% до 70% всех циркулирующих лейкоцитов, и они являются первой линией защиты организма от широкого спектра инфекционных патогенов, включая бактерии, грибы и простейшие. Нейтрофилы генерируются в количестве 10 11 в день, который может увеличиться до 10 12 в день при бактериальной инфекции. Таким образом, неудивительно, что от 55% до 60% костного мозга направляется на их производство. Нейтрофилы окончательно дифференцированые клетки. Традиционные оценки, основанные на выживании ex vivo в культуре или в периоде полураспада после адаптивного переноса, показали, что эти клетки выживают только в течение 8–12 ч в кровообращении и до 1–2 дней в тканях, причем их оборот замедляется или ускоряется во время воспалительного ответа. Более современные подходы, использующие методы маркировки дейтерием in vivo, предполагают, что в гомеостатических условиях человеческие нейтрофилы могут сохраняться до 5 дней. В то время как исследователи когда-то полагали, что нейтрофилы присутствуют только во время острой фазы воспалительного ответа, действуя только как убийцы патогенных микроорганизмов, теперь мы понимаем, что нейтрофилы могут формировать иммунный ландшафт, связываясь с макрофагами, дендритными клетками (DC) и клетками адаптивного иммунного ответа через прямой клеточно-клеточный контакт или растворимые медиаторы.
Нейтрофилы образуются в костном мозге во время кроветворения в ответ на несколько цитокинов, главным образом, колониестимулирующего фактора гранулоцитов (G-CSF). Основными детерминантами общего количества нейтрофилов в организме являются скорость их выработки, их накопление и выход из костного мозга, а также их выживание и выведение из крови. Проникновение в ткани во время воспалительных реакций также может влиять на общее количество нейтрофилов. Способность организма поддерживать баланс между выработкой и оборотом нейтрофилов, хотя и приспосабливается к проблемам окружающей среды, подразумевает, что должен быть молекулярный процесс для измерения количества нейтрофилов в любой момент времени. Существование некоторой формы «нейтростата», который измеряет числа нейтрофилов и соответственно корректирует их, остается очень спорной темой. Однако недавно описанные петли обратной связи, несомненно, способствуют гомеостазу нейтрофилов в условиях покоя и воспалительных заболеваний.
Одна такая петля обратной связи была обнаружена в исследованиях на мышах с дефицитом адгезии [CD18, E / P / L-селектин или CD11a (LFA-1)]. У этих животных выход нейтрофилов из периферической крови снижен; следовательно, у животных проявляется значительная нейтрофилия. В постоянных условиях стареющие нейтрофилы поглощаются тканевыми макрофагами (главным образом в печени, селезенке и костном мозге ), которые затем инициируют противовоспалительные сигналы посредством экспрессии PPARγ (рецептор γ, активируемый пролифератором пероксисом γ) и LXR (печень X рецептор). Эти противовоспалительные сигналы, в свою очередь, снижают устойчивую выработку интерлейкина (IL) -23 макрофагами. IL-23 является хорошо известным воспалительным цитокином, который индуцирует выработку IL-17 Т-лимфоцитами, натуральными киллерами (NK) и натуральными киллерами T (NKT), которые, в свою очередь, индуцируют выработку G-CSF и гранулоцитарных макрофагов. колониестимулирующего фактора (GM-CSF) стромальными клетками, стимулирующими гранулопоэз и воспаление . Мыши с дефицитом молекулы адгезии имеют высокие установившиеся уровни IL-23 и IL-17 из-за уменьшенного выхода нейтрофилов из крови и, следовательно, уменьшенного поглощения нейтрофилов макрофагами, что приводит к повышению G-CSF. Генетическое истощение IL-23 у мышей, нокаутированных по CD18, обращает вспять их нейтрофилию, подтверждая модель, согласно которой скорость фагоцитоза апоптотических нейтрофилов регулирует их продукцию через ось IL-23-IL-17. Сходным образом, мыши, лишенные рецепторов LXRα и LXRβ, также обнаруживают значительную нейтрофилию, связанную с высоким уровнем IL-23- и IL-17-продуцирующих Т-клеток.
Петля обратной связи IL-23-IL-17-G-CSF, очевидно, не является единственным механизмом, контролирующим выработку нейтрофилов, учитывая, что у мышей, у которых отсутствуют Т-лимфоциты и NK-клетки (т.е. основные источники IL-17), нормальное количество нейтрофилов . Кроме того, опосредуемое антителами истощение нейтрофилов у мышей посредством использования моноклонального антитела Gr-1 приводит к значительному увеличению сывороточных GM-CSF и G-CSF, что в отсутствие других воспалительных цитокинов вызывает пролиферацию нейтрофильных предшественников. Это наблюдение предполагает, что количество нейтрофилов регулируется, по крайней мере частично, просто в соответствии с доступным пространством в костном мозге, способом, называемым зависимым от плотности или измерением нейтрофильной массы. Молекулярное понимание того, как строма костного мозга, которая является основным участком производства G-CSF, может определять низкое количество нейтрофилов, остается неясным. Однако, очень недавние результаты показывают, что этот путь восприятия зависит от врожденного иммунного рецептора Toll-подобного рецептора (TLR) 4 и его сигнального адаптера, содержащего домен Toll / интерлейкина-1 (TIR), содержащий адаптер-индуцирующий интерферон-β (TRIF), поскольку опосредованное антителами истощение нейтрофилов не может вызвать повышение G-CSF или пролиферацию предшественников у мышей, лишенных TLR4 или TRIF.
Большинство исследований было сосредоточено на G-CSF и GM-CSF как на конечных цитокинах, которые регулируют выработку нейтрофилов, но это явно слишком простая точка зрения, учитывая, что мыши, лишенные одного или обоих этих цитокинов, все еще имеют приблизительно 20% от нормального уровня зрелые нейтрофилы в крови . Действительно, эти цитокино-дефицитные животные могут также увеличивать выработку нейтрофилов в ответ на воспалительные раздражители, процесс, называемый экстренным гранулопоэзом. Тот факт, что гематопоэтические предшественники могут увеличивать выработку гранулоцитов в ответ на воспалительные или патогенные заражения, даже в отсутствие канонических гранулопоэз-стимулирующих цитокинов, указывает на то, что для регуляции гранулопоэза должны существовать другие сигнальные пути. Новые исследования ясно демонстрируют, что гематопоэтические клетки-предшественники пролиферируют при восприятии молекул патогенных микроорганизмов через множество врожденных иммунных рецепторов, таких как TLR и Nod-подобные рецепторы. Комбинация потребления нейтрофилов на периферии - в процессе борьбы с патогенами - и воздействия на клетки-предшественники молекул патогена может привести к синергетической стимуляции гранулопоэза во время этих чрезвычайных ситуаций. Наблюдение, что установившийся гранулопоэз полностью зависит от фактора транскрипции C / EBP (CCAAT / энхансер-связывающий белок) α, тогда как экстренный гранулопоэз требует C / EBPβ, также предполагает, что это два отдельных пути . Наконец, наблюдение о том, что у мышей, у которых отсутствуют комменсальные организмы, то есть безмикробные животные, имеет выраженную нейтропению с уровнями нейтрофилов даже ниже, чем у комбинированных мышей, нокаутированных по G-CSF и GM-CSF, также предполагает, что гематопоэтические клетки-предшественники настроены реагировать непосредственно на сигналы окружающей среды.
В конце концов, на гомеостаз нейтрофилов, вероятно, влияют все эти процессы - поглощение фагоцитов на периферии, клеточная масса в костном мозге и присутствие патогенных (или комменсальных) стимулов - в комплексе. При любом условии, один путь может доминировать над другими, но четкое понимание регуляции числа нейтрофилов (особенно во время болезненных состояний) потребует дальнейших исследований.
После рождения в костном мозге зрелые нейтрофилы попадают в места воспаления или инфекции тканей через сосудистую сеть. Выход нейтрофилов из крови, главным образом через посткапиллярные венулы, следует упорядоченному процессу, называемому рекрутированием нейтрофилов. Каскад рекрутирования нейтрофилов опосредуется последовательным взаимодействием рецепторов, присутствующих на нейтрофилах, с лигандами, индуцированными на поверхности активированного (т.е. воспаленного) эндотелия. Классический многоступенчатый каскад адгезии состоит из следующих этапов: ( а ) первоначальное прикрепление нейтрофилов к эндотелию ("захват"), ( б ) прохождение нейтрофилов вдоль эндотелия, ( с) надежный "арест" нейтрофилов с сопутствующим распространением клеток, ( г ) "ползание" нейтрофилов вдоль эндотелия и ( д ) трансмиграция нейтрофилов в ткани , где полная активация нейтрофилов приводит к фагоцитозу и уничтожению патогенов через производство активных форм кислорода (ROS), дегрануляции и генерации внеклеточных ловушек нейтрофилов (NET). Однако при аутоиммунных заболеваниях необходимо учитывать вклад компонентов гуморального иммунитета, включая иммунные комплексы и продукты активации комплемента. Рецепторы Fcγ (FcγRs), которые являются рецепторами иммунных комплексов иммуноглобулина (Ig) G, являются тому примером. В моделях антителопосредованного гломерулонефрита и артрита у мышей, у которых отсутствует активирующий FcγR, не наблюдается накопления нейтрофилов. Однако рекрутирование ткани восстанавливается путем селективной экспрессии человеческого FcγRIIA и / или FcγRIIIB на нейтрофилах. Иммунные комплексы IgG также могут запускать активацию комплемента, что приводит к выработке компонента комплемента 5а (С5а), мощного хемоаттрактанта нейтрофилов. C5a снижает порог FcγR-опосредованной активации нейтрофилов и увеличивает активность антигена макрофаг-1 (Mac-1) [рецептор комплемента (CR) 3], который может потенциально влиять на накопление нейтрофилов. Таким образом, в присутствии иммунных комплексов принципы рекрутирования нейтрофилов (т. е. медленной прокатки, адгезии и хемокин-ориентированной миграции) могут не существенно отличаться от тех, которые следуют за простой стимуляцией цитокинами, но включают дополнительные рецепторы нейтрофилов, которые связывают воспалительное поражение, в этом случае иммунные комплексы и комплемент, к накоплению нейтрофилов.
Нейтрофилы уникальны среди лейкоцитов по своей способности катиться по эндотелию сосудов при значительно высоком напряжении сдвига (то есть в более крупных сосудах с более высоким кровяным давлением). Эта способность, вероятно, развивалась, чтобы позволить рекрутирование нейтрофилов происходить в более широком диапазоне областей ткани. Большинство лейкоцитов катятся по посткапиллярным венулам при напряжениях сдвига 0–3 дин / см 2 , тогда как нейтрофилы могут катиться по сосудам при напряжениях сдвига 6–10 дин / см. 2
Нейтрофилы достигают этой устойчивости к сдвиговому усилию жидкости с помощью четырех механизмов: ( a ) выравнивание по эндотелию для вовлечения большего количества адгезивных молекул, ( b) более широкое использование молекул семейства селектинов и их рецепторов для образования улавливающих связей, которые имеют тенденцию усиливаться с увеличением силы, ( в ) образование мембранных нитей, которые могут простираться до нескольких диаметров клеток за вращающимся нейтрофилом, чтобы замедлить его, и ( d ) образование вновь описанных строп мембраны, которые распространяются перед нейтрофилами, катящимися при высоких скоростях сдвига, и помогают противостоять высокому давлению жидкости. Новые микроскопические методы (количественное динамическое следование с использованием флуоресцентной микроскопии полного внутреннего отражения) позволили визуализировать такие фрагменты мембран, которые образуют "привязи" и "стропы".
Нейтрофилы мигрируют через барьер эндотелиальных клеток двумя способами: через парацеллюлярный (между эндотелиальными клетками или трансклеточный (через эндотелиальные клетки) путь. Большая часть трансмиграции происходит через парацеллюлярный путь, хотя трансклеточный путь предпочтителен, когда эндотелиальная экспрессия молекулы внутриклеточной адгезии (ICAM) -1 высока. Параклеточная миграция зависит от образования эндотелиальных куполов (также известных как трансмиграционные чашки), которые представляют собой мембранные выпячивания, богатые молекулами адгезии [ICAM-1 и молекула адгезии сосудистых клеток (VCAM) -1], которые простираются от эндотелиальной клетки, окружая нейтрофил. Молекулы эндотелиальной адгезии взаимодействуют с интегринами нейтрофилов [преимущественно антиген, ассоциированный с функцией лимфоцитов (LFA) -1], образуя плотную печать или кольцо внутри купола. Считается, что формирование этих куполов ограничивает сосудистую проницаемость во время выхода нейтрофилов через эндотелий. Фактические этапы трансмиграции через параклеточные и трансклеточные пути зависят от гомофильных взаимодействий между дополнительными молекулами адгезии, такими как молекула адгезии эндотелиальных клеток тромбоцитов (PECAM) -1 и CD99, которые экспрессируются как на лейкоцитах, так и на эндотелиальных клетках. Взаимодействия между соединительными молекулами адгезии (JAM-A, JAM-B и JAM-C) и интегринами лейкоцитов (Mac-1) также играют важную роль в трансмиграции. Большинство из этих ролей было продемонстрировано на моделях нокаутных мышей, в которых делеция одной или нескольких из этих молекул специфически блокирует трансмиграцию. Многие из молекул адгезии расположены в определенном мембранном отделении на эндотелиальных клетках, называемом отделением рециркуляции на боковой границе. Считается, что эта специфическая субклеточная область на эндотелиальных клетках обеспечивает дополнительные мембранные компоненты, необходимые для формирования больших куполов, которые окружают трансмигрирующий нейтрофил. Дополнительные молекулы в отделе рециркуляции на боковой границе, такие как рецептор полиовируса (CD155), активированная молекула адгезии лейкоцитов (ALCAM / CD166) и белок, связанный с интегрином (IAP / CD47), также необходимы для нормальной трансэндотелиальной миграции . Эти белки потенциально влияют на движение мембранных и адгезионных молекул на эндотелиальных клетках или ослабление адгезионных соединений между эндотелиальными клетками, что необходимо для эффективной трансмиграции лейкоцитов. Не удивительно, что большинство этих молекул играют роль как в параклеточной, так и в трансклеточной миграции. Одним из потенциальных различий между этими двумя путями трансмиграции является отсутствие образования трансмиграционной чашки на эндотелиальных клетках во время трансклеточной миграции, которая вместо этого характеризуется образованием инвазивных подосом на лейкоцитах, которые исследуют апикальную (сосудистую) поверхность эндотелиальной клетки. Трансклеточная миграция также может быть предпочтительной, когда эндотелиальные соединения особенно плотные - например, в гематоэнцефалическом барьере или когда высокоактивируются лейкоциты, возможно, путем прямого воздействия воспалительных цитокинов или хемокинов, присутствующих на апикальной стороне эндотелия. Объединяющие модели параклеточной и трансцеллюлярной трансэндотелиальной миграции были недавно предложены исследователями.
За прошедшие годы улучшения в стратегии маркировки лейкоцитов и появление многофотонной визуализации IVM показали уникальное поведение лейкоцитов в специфических сосудистых ложах ряда органов, таких как легкие, печень и почки. В легких экстравазация нейтрофилов происходит в основном в небольших капиллярах, окружающих альвеолы, а не в посткапиллярных венулах. Легочные капилляры являются особенно узкими, что приводит к низкой скорости кровотока и вынуждает нейтрофилы менять форму, чтобы проходить через них, продлевая время прохождения клеток через сосудистую сеть. Недавняя работа предполагает, что резидентный пул патрулирующих нейтрофилов быстро набирается в легкие после воспалительного инсульта, который зависит от факторов, происходящих из моноцитов. Рекрутирование нейтрофилов через синусоидальный эндотелий печени значительно отличается от такового в других тканях просто из-за пористой природы этой сосудистой сети. Хотя эта пористость позволяет легко обмениваться растворенными веществами между сосудистыми и печеночными клетками, сосуды являются узкими, как в легком, что приводит к большому краевому пулу клеток и относительному отсутствию опосредованного селектином переката при повреждении печени. В печени анатомическое расположение и стимул диктуют молекулярные механизмы, используемые для рекрутирования нейтрофилов. Например, рекрутирование лейкоцитов в портальные и центральные венулы сходно с таковым в брыжейке и кремастере. Однако в синусоидальных капиллярах определенные воспалительные состояния в печени приводят к ползанию нейтрофилов под влиянием иммобилизованного эндотелиальной клеткой хемокина, белка воспаления макрофагов (MIP) -2, который затем замещается градиентом лигандов формилпептидных рецепторов, высвобождаемых некротическими гепатоцитами. Более того, молекулярные механизмы рекрутирования в печени различаются в зависимости от стимула. Секвестрация нейтрофилов в синусоидах в ответ на липополисахарид зависит от связывания нейтрофильного гликопротеина CD44 с синусоидальным эндотелиальным гиалуронаном печени , но в ответ на стерильное повреждение необходимы β 2- интегрин Mac-1 и эндотелиальный ICAM-1. Визуализация в реальном времени в почках традиционно не была доступна для IVM из-за сложной структуры органа и оптической недоступности, хотя работа с гидронефротической почкой, при которой атрофия канальцев приводит к образованию тонких тканей, обошла некоторые из этих проблем . Недавняя работа с использованием многофотонной визуализации неповрежденной почки свидетельствует о том, что нейтрофилы и моноциты постоянно патрулируют капилляры клубочков. При воспалении, вызванном антителом к гломерулярным базальным мембранам, эти клетки демонстрируют большее время пребывания и повышенную выработку АФК. Эти процессы зависят от Mac-1, что согласуется с требованием к этому интегрину при откровенном нефрите в этой модели заболевания. Основной характеристикой рекрутирования нейтрофилов в этих органах является увеличенное время прохождения через капилляры малого диаметра, что приводит к увеличению вероятности повреждения сосудов. Арест нейтрофилов в этих небольших сосудах может быть связан с вызванными активацией изменениями в их цитоскелете, которые приводят к снижению деформируемости и последующей секвестрации. Эти исследования иллюстрируют способность современной конфокальной многофотонной флуоресцентной микроскопии предоставлять новое понимание рекрутирования нейтрофилов при различных воспалительных состояниях.
По сравнению с трансэндотелиальной миграцией трансэпителиальная миграция нейтрофилов изучена хуже. Трансэпителиальная миграция оказывает очевидное влияние на воспалительные заболевания на эпителиальных поверхностях, такие как острое повреждение легких и воспалительные заболевания кишечника. В большинстве исследований, изучающих механизмы трансэпителиальной миграции, использовались модели культивирования клеток in vitro. Трансэпителиальная миграция происходит в направлении, противоположном трансэндотелиальной миграции; то есть нейтрофилы, мигрирующие через интерстициальные ткани, сначала взаимодействуют с молекулами на базальной (то есть, стороне базальной мембраны) эпителия, а затем мигрируют к апикальной стороне эпителия.Эпителиальные клетки имеют тенденцию быть намного больше, чем эндотелиальные клетки, и, следовательно, путь, через который должны проходить нейтрофилы, намного длиннее (20 мкм или более для эпителиальных клеток, по сравнению с 2-4 мкм для эндотелиальных клеток). Трансэпителиальная миграция происходит только через параклеточный путь; нет доказательств трансклеточной трансэпителиальной миграции. Даже в моделях клеточных культур трансэпителиальная миграция часто ассоциируется с более значительной активацией нейтрофилов и повреждением эпителиальных клеток, чем трансэндотелиальная миграция, что приводит к повышенной проницаемости через эпителиальный барьер.Трансмиграция нейтрофилов индуцирует программу восстановления в эпителиальных клетках, опосредованную сигналами β-катенина, которая необходима для восстановления барьера проницаемости ( в результате чего увеличивается проницаемость через эпителиальный барьер.
Нейтрофилы распознают патогены через классы клеточной поверхности и внутриклеточные рецепторы, которые связываются с микроб-специфичными молекулами. Нейтрофилы также используют многочисленные рецепторы, которые распознают белки-хозяева (такие как IgG и комплемент), опсонизирующие микроб. Эти рецепторы вызывают внутриклеточные сигналы, которые приводят к полной способности уничтожать патогенные микроорганизмы. Величина, качество и продолжительность вызванного ответа продиктованы репертуаром рецепторов, задействованных в любой момент времени, что, в свою очередь, определяет статус активации нейтрофилов.
Нейтрофилы хранят протеиназы и антимикробные пептиды в гранулах, которые сливаются с фагосомой во время поглощения патогена. Слияние гранул с плазматической мембраной, вызывающее внеклеточное высвобождение содержимого, также происходит во время активации нейтрофилов. В общем, внеклеточное высвобождение секреторных везикул и третичных везикул происходит при умеренной активации, тогда как высвобождение вторичных и первичных гранул происходит в основном в результате непреднамеренной утечки из фагосомы, чаще всего во время расстроенного фагоцитоза. Слияние секреторных везикул с плазматической мембраной приводит к проявлению адгезии и хемотаксических рецепторов, которые способствуют рекрутированию нейтрофилов. Мобилизация третичных и вторичных гранул во время трансмиграции может способствовать деградации коллагена в базальной мембране и, таким образом, устранению физического барьера для выхода нейтрофилов.
Вклад нейтрофильных антимикробных пептидов в защиту хозяина является особенно богатой областью современных исследований. Нейтрофилы содержат в основном катионные пептиды - α-дефензины и кателицидины. Катионные антимикробные пептиды обеспечивают микробицидную активность благодаря взаимодействию с отрицательно заряженными мембранными компонентами патогенов, что приводит к образованию пор, индукции неспецифической проницаемости мембран, связыванию с внутриклеточными мишенями для ингибирования биосинтеза ДНК и / или РНК и разрушению бактериальных биопленок. Кателицидины, наиболее изученным из которых является LL-37, протеолитически обрабатываются из более крупных белков. Помимо их прямой антимикробной активности, многие антимикробные пептиды (особенно LL-37) также обладают четкими иммуномодулирующими функциями, такими как стимуляция хемотаксиса нейтрофилов, индукция экспрессии хемокиновых рецепторов, индукция продукции цитокинов и подавление апоптоза нейтрофилов.
Атеросклероз
Атеросклероз - это хроническое заболевание, возникающее в результате отложения провоспалительных липидов в сосудистой сети, что приводит к плохо контролируемому воспалению кровеносных сосудов. До недавнего времени потенциальный вклад нейтрофилов в значительной степени игнорировался при этом заболевании, поскольку они не были обнаружены при атеросклеротических поражениях. Однако более чувствительные иммуногистохимические методы с маркерами, ограниченными гранулоцитами, позволили обнаруживать нейтрофилы как на ранних, так и на более развитых атеросклеротических поражениях у людей и на мышиной модели заболевания . Генерируемые MPO активные формы кислорода , которые способствуют апоптозу эндотелиальных клеток, экспрессии тканевого фактора, нитрации липопротеинов низкой плотности и перекисному окислению липидов, могут способствовать развитию поражения. Многие белки нейтрофильных гранул, включая азуроцидин, LL-37 и α-дефензины, также обнаруживаются в атеросклеротических поражениях человека, что позволяет предположить, что активированные нейтрофилы могут непосредственно вносить вклад в развитие поражения . Исследования на мышиной модели атеросклероза и косвенные данные в образцах человека показывают, что многие из этих нейтрофильных факторов привлекают моноциты и влияют на их статус активации. NET, которые содержат кателицидин-хроматиновые комплексы стимулируют воспаление сосудов путем набора моноцитов. Нейтрофилы также могут способствовать деградации матрикса через протеиназу 3 (PR3) и матриксные металлопротеиназы (ММР), что приводит к ослаблению фиброзной крышки на атеросклеротических поражениях сосудов. Манипуляции с количеством циркулирующих нейтрофилов или набор нейтрофилов влияют на развитие поражения на мышиной модели. В частности, нейтропения, вызванная дефицитом CXCR2, приводит к уменьшению размера поражения, тогда как нейтрофилия, вызванная разрушением оси CXCR4-CXCL12, важной для сохранения гранулоцитарных предшественников в костном мозге, приводит к увеличению атеросклеротической нагрузки. Помимо роли нейтрофилов в инициации и прогрессировании атеросклеротических поражений, хроническое присутствие нейтрофилов в этих поражениях может способствовать тромбозу, инфаркту миокарда и инсульту, так как образование NET и высвобождение сериновой протеазы способствуют росту внутрисосудистого тромба. . Осаждение активированных тромбоцитов в стенке сосуда, в свою очередь, привлекает больше нейтрофилов за счет демонстрации молекул адгезии тромбоцитов, таких как P-селектин, или производства хемокинов, полученных из тромбоцитов, таких как CCL5. У мышей, генетически дефицитных в этих молекулах, и у тех, у кого дефицит тромбоцитов, снижается развитие атеросклеротических повреждений. Взятые вместе, гистологические данные подразумевают сложное взаимодействие между нейтрофилами, тромбоцитами и моноцитами, которое вызывает хроническое воспаление в атеросклеротических поражениях.
Аутоиммунные заболевания
Нейтрофилы были вовлечены в патогенез многочисленных аутоиммунных заболеваний, как эффекторных клеток, которые опосредуют повреждение тканей, так и совсем недавно, как иммуномодулирующих клеток, которые влияют на функции других клеток. Гораздо больше известно о том, как нейтрофилы опосредуют повреждение тканей при аутоиммунных заболеваниях, главным образом в результате плохо контролируемой активации нейтрофилов, что приводит к стимуляции эффекторных функций, обычно используемых для контроля патогенной инфекции. Тем не менее, с растущим признанием того, что нейтрофилы могут модулировать функцию других иммунных клеток, посредством продукции цитокинов или прямого взаимодействия, теперь стало понятно, что нейтрофилы могут играть более сложные роли в развитии аутоиммунных заболеваний. При некоторых аутоиммунных заболеваниях нейтрофилы в настоящее время определены как основной источник аутоантигенов, которые управляют патогенезом заболевания.
Многочисленные васкулиты, включая гранулематоз Вегенера, микроскопический полиангиит, синдром Чурга-Штрауса и почечно-ограниченный васкулит, вызваны развитием аутоантител, которые связываются с нейтрофильными антигенами и вызывают клеточную активацию. Эти заболевания характеризуются локализацией нейтрофилов и макрофагов в мелких и средних сосудах без обнаруживаемых иммунных отложений в ткани. Активация нейтрофилов в этих местах связана с серьезным повреждением сосудов в органах, включая легкие и почки. Антинейтрофильные цитоплазматические антитела (ANCAs) направлены против цитоплазматических нейтрофильных продуктов, таких как MPO, PR3 и Lamp-2 (мембранный белок 2, связанный с лизосомами), которые экспонируются на клеточной поверхности примированных / активированных или апоптотических нейтрофилов . Убедительные доказательства патогенного потенциала ANCAs и роли нейтрофилов в патогенезе заболевания были предоставлены на животных моделях, где анти-MPO-антитела в отсутствие функциональных Т-клеток вызывали васкулит и гломерулонефрит, которые были значительно снижены при истощении нейтрофилов , Fab-часть ANCAs может запускать активную активацию нейтрофилов, тогда как Fc-часть вовлекает нейтрофильную FcγRIIA для стимулирования дегрануляции, выделения цитокинов и продукции ROS . Кумулятивная стимуляция нейтрофилов TNF, комплементом (индуцированным TNF и Fc-частью ANCAs), FcγRs и β 2интегрины приводят к повышению уровня активации и последующей секвестрации в сосудах в отсутствие классического селектина, опосредованного селектином. Активированные ANCA нейтрофилы могут приводить в движение каскад прямой передачи увеличения воспаления и выработки аутоантител, вызывая тромбоз (и, следовательно, тромбоцитарную активацию нейтрофилов) или высвобождая BAFF, чтобы стимулировать дифференцировку В-клеток и увеличивать выработку аутоантител . Активированные ANCA нейтрофилы также продуцируют НЭЦ: комплексы хроматин-МПО были обнаружены в клубочках и в интерстиции почечных биопсий у пациентов с васкулитом мелких сосудов . Аутоантиген MPO в тканях, депонированных в тканях, может спровоцировать дальнейшее отложение иммунного комплекса и, таким образом, большую стимуляцию воспалительных клеток.интерстиции почечных биопсий у пациентов с васкулитом мелких сосудов . Аутоантиген MPO в тканях, депонированных в тканях, может спровоцировать дальнейшее отложение иммунного комплекса и, таким образом, большую стимуляцию воспалительных клеток.
Ряд болезненных состояний приводит к выработке аутоантител к антигенам-хозяевам, которые образуют депонированные в ткани иммунные комплексы, которые непосредственно активируют нейтрофилы, что приводит к повреждению тканей, часто через процесс расстроенного фагоцитоза. Многие из этих заболеваний, такие как RA, были смоделированы на мышах и зависят от FcγR- и интегрин-опосредованной активации нейтрофилов. СКВ - еще одно хорошо изученное аутоиммунное заболевание, при котором распознавание нейтрофилов тканевыми иммунными комплексами (главным образом в почках) приводит к рекрутированию нейтрофилов и последующему повреждению тканей. Хотя роль нейтрофилов в эффекторных фазах заболеваний, опосредованных иммунными комплексами, хорошо известна.
В течение десятилетий ревматоидный фактор (IgG, который распознает антитела к собственным IgM) считался основным патогенным аутоантителом при ревматоидном артрите (РА). Совсем недавно исследователи продемонстрировали, что аутоантитела, которые распознают цитруллинированные белки, являются более специфическими показателями РА. Аутоантитела к ослабленному филаггрину, фибрину, виментину и коллагену все определены в RA . Эти же типы антицитруллинированных антител также обнаруживаются у пациентов с синдромом Фелти, тяжелой формой артрита, которая прогрессирует до нейтропении и подверженности повторным инфекциям. Основным источником этих аутоантигенов является сеть. Как обсуждалось выше, NETosis зависит от удаления гистонов (главным образом, превращения остатков аргинина в цитруллины ферментом PAD4), чтобы способствовать разборке хроматина. Многие другие нейтрофильные белки разрушаются во время NETosis и затем захватываются антигенпрезентирующими клетками и представляются самореактивным лимфоцитам, чтобы стимулировать образование аутоантител и иммунных комплексов. Сыворотка от пациентов с РА и синдромом Фелти может напрямую активировать человеческие нейтрофилы in vitro, что приводит к NETosis . Следовательно, нейтрофилы не только реагируют на иммунные комплексы при РА, но и являются основным источником антигенов, которые приводят к заболеванию, снова создавая самоусиливающуюся петлю воспалительной патологии.
Недавние исследования показывают, что нейтрофилы играют важную роль в инициации системных аутоиммунных заболеваний, таких как СКВ. Нейтрофилы уже давно распознаются при поражениях почечной СКВ, и их присутствие связано с повышенной тяжестью заболевания. В настоящее время считается, что стимуляция NETosis тканевыми иммунными комплексами является основным двигателем продукции интерферона I типа (IFN-α и IFN-β) у этих пациентов. Основной особенностью мононуклеарных и тканевых клеток пациентов с СКВ является профиль экспрессии генов, благодаря которому они выглядят так, как если бы они стимулировались интерферонами I типа; этот профиль упоминается как подпись интерферона . Животные модели подтверждают роль интерферонов типа I в качестве основных стимуляторов как антигенпрезентирующих клеток, так и самореактивных лимфоцитов в системном аутоиммунном заболевании. Несколько исследований демонстрируют, что нейтрофилы пациентов с СКВ легко подвергаются НЭТОЗу в ответ на многочисленные раздражители и обладают повышенной способностью сильно активировать выработку интерферона I типа плазмоцитоидными DC. Внутри NET кателицидиновый пептид LL-37 особенно важен для индукции продукции IFN-α. Эти интерфероны могут воздействовать на другие иммунные (и неиммунные) клетки, чтобы стимулировать экспрессию воспалительных цитокинов, активировать молекулы адгезии и продуцировать хемокины, создавая прямую петлю амплификации для патогенеза заболевания. Помимо выработки NET, серьезность SLE у подгрупп пациентов коррелирует со сниженной способностью очищать NET, главным образом из-за аутоантител, которые блокируют опосредованную ДНКазой I распад NET в тканях. Недавно была продемонстрирована прямая корреляция между сниженной способностью разрушать NET и тяжестью заболевания.
Неопровержимые доказательства того, что нейтрофилы непосредственно способствуют повреждению конечных органов при СКВ, получены из исследований общечеловеческих ассоциаций. Эти исследования идентифицировали полиморфизмы в генах, которые высоко экспрессируются в нейтрофилах, в качестве потенциальных локусов чувствительности к СКВ, включая гены, которые кодируют FcγRIIA, FcγRIIIB и Mac-1 (CD11b / CD18) . Недавняя работа предполагает, что несинонимичный однонуклеотидный полиморфизм Mac-1 R77H, один из самых сильных генетических факторов риска при СКВ человека, связан со снижением функции Mac-1 у нейтрофилов. In vivo пассивный перенос иммунной системы, содержащей сывороточную волчанку человека, способствует накоплению в почках нейтрофилов и нефриту у мышей, экспрессирующих человеческую FcγRIIA на нейтрофилах. Интересно, что это происходило только тогда, когда мышам не хватало Mac-1. Были получены доказательства того, что Mac-1 негативно регулирует FcγRIIA-опосредованное накопление нейтрофилов. Приток макрофагов был минимальным, и их истощение не влияло на прогрессирование заболевания в этой модели. Вместе эти исследования демонстрируют важную роль нейтрофилов и их рецепторов в регуляции повреждения конечных органов при СКВ.
Аллергические заболевания
Если в медицине есть область, в которой потенциальный вклад нейтрофилов в патогенез заболевания не оценен, это аллергия и анафилаксия. Тем не менее, недавние исследования подчеркивают роль нейтрофилов и в этих заболеваниях. Хотя обычно считается, что аллергия зависит от IgE и тучных клеток, очевидно, что IgG и другие иммунные клетки играют важную роль в развитии аллергических заболеваний. Эти роли были недавно продемонстрированы на мышиной модели анафилаксии как посредством пассивного введения IgG, так и путем введения антигена сенсибилизированным мышам. В обеих моделях истощение нейтрофилов или нейтрофильных FcγRs защищает мышей от анафилаксии. Удивительно, но адоптивный перенос человеческих нейтрофилов мышам с дефицитом FcγR восстанавливал ответ, предполагая, что клетки человека могут вызывать системные анафилактические реакции в ответ на IgG. В этой модели анафилаксия опосредуется не гистамином, а активирующим тромбоциты фактором, активирующим нейтрофилы, известным вазоактивным липидом. Напротив, гистамин, полученный из нейтрофилов, является основным источником аллергического воспаления легких при хронической микоплазменной инфекции. Нейтрофилы также могут способствовать сенсибилизации аллергических заболеваний кожи. Эта идея подтверждается неожиданным открытием того, что истощение нейтрофилов защищает мышей от развития контактного дерматита, что позволяет предположить, что эти клетки важны для облегчения развития аллерген-специфических Т-клеточных ответов .
Воспалительные заболевания кишечника
Нейтрофилы играют очевидную роль в патофизиологии воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК), как болезни Крона, так и язвенного колита. Нейтрофилы составляют значительную долю воспалительного инфильтрата в стенках кишечника пациентов с ВЗК; степень инфильтрации нейтрофилов коррелирует с клинической тяжестью заболевания . В моделях на животных истощение нейтрофилов или блокада их способности реагировать на стимулы хемокинов (т.е. у мышей с дефицитом CXCR2) уменьшает тяжесть заболевания при экспериментальном колите. Как на животных моделях, так и на людях, стимулирование экспансии нейтрофилов через ось IL-23-IL-17-IL-22 играет важную роль в развитии IBD. Большая часть патологии нейтрофилов при ВЗК связана с их влиянием на функцию эпителиального барьера, так как процесс трансэпителиальной миграции связан со значительным нарушением целостности эпителия. В клеточной культуре трансмиграция нейтрофилов через кишечный эпителий приводит к изменениям в эпителиальном актиновом цитоскелете, вызывая ретракцию клеток и потерю барьерной функции. Точно так же высвобождение сериновых протеаз нейтрофилов, таких как эластаза или PR3, может напрямую активировать эпителиальные PAR, что приводит к ретракции клеток и снижению барьерной функции . Повышенные уровни полученных из нейтрофилов MMP8, MMP9 и пролилэндопептидазы были обнаружены в стенках кишечника пациентов с ВЗК. Помимо прямого клеточного повреждения, эти протеазы могут разлагать коллаген с образованием хемотаксических пептидов, которые дополнительно стимулируют рекрутирование нейтрофилов в кишечник. Опосредованная антителами блокада пептидов, полученных из коллагена, снижает заболеваемость при экспериментальном колите. Продукция АФК нейтрофилами также оказывает прямое повреждающее действие на ткани при ВЗК. Мыши , лишенные gp91 phox субъединица NADPH - оксидаза защищены от экспериментального колита (хотя странно, gp47 phox мутантные животные реагируют нормально). Перепроизводство АФК нейтрофилами было связано с воспалительной индукцией рака желудочно-кишечного тракта, которая часто встречается у пациентов с ВЗК, вероятно, в результате прямого мутагенного воздействия на эпителиальные клетки или путем стимуляции дополнительных эпителиальных опосредованных воспалительных реакций. Наконец, развитие ANCA (в частности, анти-PR3-антител), которые могут непосредственно активировать нейтрофилы и, таким образом, усугублять воспаление, также наблюдается у многих пациентов с воспалительные заболевания кишечника . Действительно, эти антитела, наряду с продуктами секреции нейтрофилов (такими как белок липокалин, связанный с нейтрофильной желатиназой), являются полезными сывороточными биомаркерами воспалительной активности у пациентов с воспалительные заболевания кишечника . Следовательно, как и при других воспалительных заболеваниях, таргетная терапия, снижающая активность нейтрофилов, должна оказывать значительное влияние на воспалительные заболевания кишечника.
Рак
Связь между нейтрофилами и патогенезом рака является растущей областью исследований. Это также запутанная область, потому что, по-видимому, нейтрофилы, ассоциированные с опухолью (TAN), могут оказывать протуморигенное или противоопухолевое действие, в зависимости от типа опухоли и / или используемой модельной системы. Большинство клинических наблюдений предполагают, что присутствие обильных нейтрофилов в ложе опухоли связано с повышенным ростом опухоли и, следовательно, плохим прогнозом. Многие опухоли продуцируют хемокины, которые привлекают нейтрофилы к ложу опухоли, включая CXCL6, CXCL8 и CCL3 (а в мышиных системах ортологи GCP-2, KC и MIP-1α). В некоторых модельных системах первоначальный набор нейтрофилов в ложе опухоли приводит к их активации, что приводит к выработке полученных из нейтрофилов хемокинов (таких как CXCL1, CXCL2 и CCL3), которые дополнительно усиливают рекрутирование воспалительных клеток. Профилирование экспрессии TAN в мышиной модели подтверждает, что мРНК для различных хемокинов значительно ( > 75 раз) увеличена. Внутри ложа опухоли нейтрофилы могут продуцировать факторы, способствующие росту опухоли, включая протеиназы, такие как нейтрофильная эластаза, MMP8 и MMP9; проангиогенные факторы, такие как VEGF; и такие агенты, как онкостатин М, которые действуют непосредственно на опухолевые клетки. Большинство данных, подтверждающих эти наблюдения, получены на животных моделях, например, снижение роста опухолей различных типов у мышей, лишенных эластазы или MMP9. Точно так же опосредованное антителами истощение нейтрофилов приводит к потере многих из этих факторов в ложе опухоли, таких как VEGF в трансгенных индуцированных опухолях островков поджелудочной железы. Предполагается, что в модели опухоли меланомы нейтрофилы способствуют метастазированию путем непосредственного связывания с опухолевыми клетками (посредством связывания ICAM-1 опухолевых клеток с нейтрофилом Mac-1) и облегчения их проникновения в сосудистую сеть. Высвобождение эластазы из нейтрофилов также может способствовать метастазированию, разрушая базальные мембраны и позволяя выходить опухолевым клеткам в кровоток. Наконец, TAN оказывают прямое иммуносупрессивное действие на цитолитические CD8 + T-клетки, потенциально через секрецию аргиназы 1, которая расщепляет аргинин и тем самым ограничивает активацию T-клеток . В соответствии с этим эффектом, истощение нейтрофилов у мышей с опухолями может приводить к активации CD8 + эффекторных Т-клеток для стимулирования противоопухолевого иммунитета.
Добавить отзыв