Моноциты - лейкоциты, способные к большому спектру функциональных изменений, зависящих от сигналов локального окружения.
Клеточный анализ моноцитов начался с микроскопии, затем перешел в проточную цитометрию и в настоящее время переживает ренессанс в виде анализа одноклеточной RNA, причем, каждый новый метод открывал разнообразие субпопуляций, сложность структуры и функций этих клеток.
Моноциты составляют 2–10% лейкоцитов периферической крови человека. Они генерируются из клеток-предшественников миелоидов в костном мозге и высвобождаются в кровоток, где циркулируют, прежде чем попасть в органы и дифференцироваться в специфичные по отошению к тканям макрофаги (Ziegler-Heitbrock, 2007).
Циркулирующие моноциты дают начало множеству резидентных макрофагов в тканях организма и специализированных клеток, таких как остеокласты и дендритные клетки.
Мононуклеарные фагоциты
Система мононуклеарных фагоцитов (MPS) включает три типа клеток: моноциты, макрофаги и дендритные клетки (DC), включая предшественников в костном мозге). Все эти клетки способствуют гомеоастазу, как организма, так и отдельных тканей, активно учавствуя в процессах воспаления и иммунной защите.
Несмотря на общие фенотипические и функциональные характеристики с остальными клетками MPS, моноциты все же представляют собой уникальные клетки, обладающие способностью функционировать, как клетки-предшественники, так и как клетки-эффекторы.
До развития гемопоэтических стволовых клеток (HSC) внутриутробно, моноциты продуцируются из эритромиелоидных предшественников (EMP) в печени плода, которые важны для заселения большинства тканевых макрофагов.
После рождения моноциты формируются из HSC - производных костного мозга (BM), и после созревания попадают в кровоток, где они исследуют периферические ткани и поддерживают целостность эндотелия. При обнаружении микробов или воспалительных стимулов моноциты мигрируют в ткани, причем, пластичность позволяет им дифференцироваться в клетки, напоминающие «резидентные» макрофаги или дендритные клетки (DC ) в зависимости от экологической ниши. Альтернативно, они также могут мигрировать в ткани и в отсутствие воспаления оставаться там в недифференцированном состоянии, реализуя свои гомеостатические роли.
Современные теории предполагают, что моноциты крови, многие субпопуляции макрофагов и большинство DC происходят in vivo от предшественников гемопоэтических стволовых клеток с потенциалом ограниченной миелоидной дифференцировки.
Последовательные шаги развития мононуклеарных фагоцитов в костном мозге включают в себя общие миелоидные предшественники (CMP), предшественники гранулоцитов-макрофагов (GMP) и предшественники макрофагов / DC (MDP).
MDP представляют собой субпопуляцию пролиферирующих клеток в костном мозге, которые имеют общие фенотипические характеристики с популяциями миелоидных предшественников и дают начало многим макрофагам и субпопуляциям DC, но не вероятно, почти не способны дифференцироваться в гранулоциты - другой тип клеток миелоидной линии. Первоначально , действительно, предполагалось, что у мышей MDP дает рост моноцитов и дендритных клеток, но не гранулоцитов.
Ниже MDP был идентифицирован общий предшественник моноцитов (cMoP), который дает начало исключительно классическим моноцитам. Человеческий эквивалент мышиного cMoP был недавно идентифицирован во фракции гранулоцитов-моноцитов-предшественников костного мозга (GMP). Этот человеческий cMoP непосредственно дает начало премоноцитам, а затем и моноцитам. Исследования стадий развития между cMoP и зрелыми моноцитами выявили у мышей субпопуляцию моноцитов Ly6C + CXCR4 +, которая находится в костном мозге, называемых премоноцитами. Эти премоноциты проявляют пролиферативный потенциал и подавляют активность CXCR4 при попадании в кровоток.
. Выведение классических моноцитов мышей из костного мозга следует за циркадным ритмом, частично регулируемым CXCR4 и циркадным геном Bmal1
Таким образом, внутри костного мозга MDP дифференцируются до моноцитов и общих предшественников DC (CDP).
CDP - это пролиферирующие клетки, которые дифференцируются в PDC и предшественники классических DC (pre-cDC) в костном мозге, но утратили способность давать начало моноцитам.
В настоящее время признано, что большинство популяций тканевых макрофагов по появляется до рождения и поддерживается посредством самораспространения в течение всей взрослой жизни с минимальным добавлением моноцитов (Soucie et al., 2016).
Кроме того, DC и моноциты возникают из различных предшественников взрослых гематопоэтических стволовых клеток в костном мозге.
В совокупности клетки мононуклеарной фагоцитарной системы играют ключевые функции в поддержании гомеостаза ткани в устойчивом состоянии, а также в управлении генезом и разрешением иммунного ответа. В частности, моноциты участвуют во врожденном иммунитете, защищая организм от патогенов и токсинов.
Развитие мононуклеарной системы фагоцитов контролируется цитокинами - небольшими секретируемыми белками, способствующими межклеточной коммуникации и способными действовать как факторы роста и дифференцировки. Поколение моноцитов, макрофагов и - в некоторой степени - DC зависит от цитокинов и гемопоэтических факторов роста рецептора Csf1r (C-FMS, М-CSFR, CD115), выраженной в моноцитах, макрофагах и мононуклеарных фагоцитах предшественников. Характеристика мышей op / op, спонтанных мутантов, лишенных функционального гена Csf1, выявила как роль Csf1 в развитии мононуклеарных фагоцитов, так и их широкие функции. Известные лиганды Csf1r, Csf1 / M-CSF и интерлейкин (IL) -34, вероятно, важны для развития клона мононуклеарных фагоцитов, так как M-CSF-дефицитные мыши имеют более мягкий фенотип, чем Csf1r-дефицитные мыши. Другой цитокиновый рецептор, тесно связанный с Csf1r, fms-родственный рецептор тирозинкиназы 3 (FLT3, также известный как Flk2), имеет решающее значение для развития DC.
Классические и неклассические субпопуляции моноцитов связаны в развитии, при этом классические моноциты могут со временем давать начало неклассическим моноцитам
Таким образом, могут дифференцироваться в дендритные клетки или макрофаги во время воспаления и, возможно, менее эффективно находятся в устойчивом состоянии. Миграция моноцитов в ткани и дифференцировка в воспалительные DC и макрофаги, вероятно, определяется средой воспаления и рецепторами распознавания образов, связанными с патогенами.
Моноциты и дендритные клетки
Дендритные клетки инициируют и регулируют высоко патоген-специфические адаптивные иммунные ответы и играют центральную роль в развитии иммунной памяти и толерантности.
Открытие дендритных клеток, как отдельной линии мононуклеарных фагоцитов, специализирующихся на презентации антигена Т-клеткам, инициировании и контроле иммунитета, выявило дополнительные роли этих клеток в формировании иммунного ответа на патогены, механизмах действия вакцин и разхвития опухоли, при этом подчеркнула их неоднородность.
Дендритные клетки Фенотипически, морфологически и функционально различные популяции моноцитов в кровотоке (классические, плазмацитоидные)
Дифференцируются в моноциты только при воспалении
Недолговечны и заменяются предшественниками
Имеют общие черты с макрофагами и миелолидными клетками предшественниками
Инициируют и регулируют специфичные для патогенов, вакцины и опухоли адаптивные иммунные ответры
Обладают выраженной фагоцитарной активностью в качестве незрелых клеток и способностью продуцировать цитокины
Специализируются на презентации антигена Т-клеткам, регулируют ответы этих клеток, как в стабильном состоянии, так и во время инфекции
Играют центральную роль в развитии иммунной памяти и толератности
|
Сегодня известно, что дендритных клеток в крови гораздо больше, чем считалось ранее, и они вместе с предшественниками макрофагов существуют в кровообращении как фенотипически, морфологически и функционально различные популяции моноцитов.
Классические дендритные клетки
Дендритные клетки (DC) представляют собой специализированные антигенпроцессорные и презентирующие клетки, обладающие высокой фагоцитарной активностью в качестве незрелых клеток , также ярко выраженной способностью продуцировать цитокины, находясь в качестве зрелых клеток
Несмотря на то, что DC присутствуют в кровообращении человека, они редко встречаются в крови мышей и представляют собой очень мигрирующие клетки, которые активно перемещаются из тканей в Т-клеточные и В-клеточные зоны лимфоидных органов через афферентные лимфатические узлы и венулы эндотелия.
DC регулируют Т-клеточные ответы как в стабильном состоянии, так и во время инфекции. Они, как правило, недолговечны и заменяются предшественниками, передающимися с кровью.
Следует отметить, что они отличаются от клеток Лангерганса (LC, DC, обнаруженные в эпидермисе), которые в стационарном состоянии не замещаются клетками крови . Отдельные популяции миелоидных клеток могут иметь общие черты с DC и макрофагами, и действительно , их трудно отнести к тому или иному типу клеток.
Плазмацитоидные дендритные клетки
Плазмацитоидные дендритные клетки (PDC) отличаются от классических дендритных клеток тем, что они относительно долгоживущие, и часть из них имеют характерные перестройки иммуноглобулина. Эти клетки присутствуют в костном мозге и во всех периферических органах. PDC специализируются на ответе на вирусную инфекцию с помощью массивной продукции интерферонов типа I (IFN), однако они также могут действовать как антигенпредставляющие клетки и контролировать ответы Т-клеток
Долгое время считалось, что моноциты являются основным предшественником дендритных клеток, однако, эксперименты с прямым трансфером и генетические исследования доказали, что большинство дендритных клеток в стационарных периферических лимфоидных органов не происходят из моноцитов (Jakubzick et.al., 2008).
Моноциты дифференцируются в дендритные клетки только при воспалении. Этот процесс наблюдался при введении CFA или LPS. Стоит отметить, что моноциты дают начало обычным дендритным клеткам слизистой оболочки, но не селезенки.
Несмотря на то, что у моноцитов могут развиваться некоторые черты дендритных клеток в условиях воспаления in vivo при культивировании с цитокинами in vitro они не являются предшественниками дендритных клеток в стационарном состоянии.
Таким образом, различия в фенотипах субпопуляций моноцитов влияют на функциональную активность этих клеток , а также на способность к дальнейшей дифференцировки , в макрофаги и дендритные клетки, последние представляют собой «профессиональные» антигенпрезентирующие клетки , которые вызывают иммунный ответ или, напротив, поддерживают иммунную толерантность.
Моноциты и макрофаги
Макрофаги
Макрофаги — это врожденные иммунные клетки, которые образуют трехмерную сеть во всех наших тканях, где они фагоцитируют умирающие клетки и клеточный дебрис, иммунные комплексы, бактерии и другие продукты жизнедеятельности. Одновременно они производят факторы роста и сигнальные молекулы, причем, такая активность не только способствует защите хозяина в ответ на вторжение микроорганизмов, но также имеет решающее значение для развития органов и гомеостаза.
Появляется все больше свидетельств того, что макрофаги управляют фундаментальными физиологическими процессами, такими как образование кровеносных сосудов, адипогенез, метаболизм и функции центральных и периферических нейронов.
Макрофаги являются наиболее распространенными иммунными клетками в микроокружении опухоли (TME). Они могут исходить от резидентных макрофагов, присутствующих на ранних фазах развития опухоли, и от рекрутированных моноцитов, подвергающихся дифференцировке-поляризации под влиянием сигналов, происходящих в микроокружении опухоли.
Макрофаги оснащены широким спектром рецепторов распознавания патогенов, что делает их эффективными при фагоцитозе и индуцируют выработку цитокинов воспаления.
Происхождение и функция подгрупп тканевых макрофагов, таких как микроглия (макрофаги центральной нервной системе), кожные макрофаги, маргинальной зоны селезенки и металлофильных макрофагов или другие мкакрофаги тканей находятся в постоянно в поле зрения различных исследователей.
Моноциты и макрофаги - эффекторы и регуляторы воспаления, врожденного иммунного ответа. Эти клетки непосредственное , зараннее запрограммированое важное звено иммунной системы.
Дифференцировка моноцитов в макрофаги
Моноциты способны дифференцироваться в макрофаги тканей в определенных условиях микросреды. Как моноциты, так и макрофаги тесно связаны с развитием нейтрофилов.
Guilliams M., Scott C (2017) показали пластичность системы мононуклеарных фагоцитов, достигающей своего пика уже на стадии предшественника.
Макрофаги желточного мешка (YS-Mac), моноциты печени плода (FL-MO) и моноциты взрослого костного мозга (BM-MO) колонизируют пустую альвеолярную нишу и дифференцируются в самоподдерживающиеся и функциональные альвеолярные макрофаги (AM). Эти макрофаги, генерируемые YS-Mac, FL-MO и взрослыми моноцитами, обладают одинаковым поверхностным фенотипом, функциональностью, способностью к самоподдержанию и профилем экспрессии генов.
Потенциал превращения отдельных предшественников макрофагов в резидентные макрофаги почти одинаков, но они конкурируют за ограниченное количество ниш. Моноциты не дифференцируются в макрофаги, когда ниша заполнена, но когда она становится доступной этот процесс вполне возможен. С самого начала FL-MO имеют конкурентное преимущество в заселении ниш альвеолярных отростков.
Таким образом, импринтинг в нише - решающий фактор в приобретении макрофагам идентичности и способности к самообновлению, а не их происхождения.
В физиологических условиях экстравазированные моноциты и их потомки составляют всего лишь небольшую часть локальных пулов макрофагов в тканях.
Когда в тканях появляются макрофаги, происходящие из моноцитов, эмбриональные макрофаги постепенно замещаются этими «мигрантами», что напоминает процесс, происходящий при рождении. Моноциты , которые стали макрофагами пытаются транскрипционно адаптироваться к новой микросреде ткани и постепенно обнаруживают сходство с эмбриональными резидентными макрофагами, но эпигенетически они различаются, транскрипционно и функционально.
Зрелые моноциты попадая в кровоток, прежде чем мигрировать в ткани ,в течение нескольких дней патрулируют слой эндотелиальных клеток в переходном, неактивном состоянии, выявляя наличие инфекций, воспаления или повреждения клеток. Затем, они экстравазируются или подвергаются апоптозу.
В тканях моноциты могут в течение нескольких часов дифференцируясь в макрофаги воспаления и дендритные клетки со своими специализированными функциями, которые усиливают местный иммунный ответ за счет продукции цитокинов / хемокинов, фагоцитоза и презентации антигена.
Как и моноциты крови, макрофаги характеризуются огромной пластичностью и могут не только адаптироваться к различным фенотипам при восприятии стимулов воспалении, но также сильно импринтируются тканевым микроокружением, с которым они взаимодействуют находясь в устойчивом состоянии (Lavin Y., et.al., 2014). В условиях хронического воспаления моноциты активно рекрутируются в поврежденную ткань и вносят значительный вклад в патологию при дифференцировке в макрофаги. Большое количество моноцитов - макрофагов часто накапливается в солидных опухолях.
Моноциты и макрофаги врожденные иммунные клетки демонстрируют высокую пластичность и динамически регулируют свои эффекторные функции, направленные против вторжения патогенов и сигналов окружающей среды. Универсальные функции мононуклеарных фагоцитов могут варьироваться от антимикробной защиты и противоопухолевого иммунного ответа до образования пенистых клеток и заживления ран.
Моноциты, которые могут дифференцироваться в макрофаги после миграции в ткани, играют важную роль в патогенезе многих иммунных заболеваниях. У пациентов с депрессией наблюдались заметные изменения в циркулирующих моноцитах, а чрезмерная активация макрофагов из-за «стресса социального поражения» приводила к тревожному/депрессивному поведению (Stein D., et.al., 2017). В то же время дифференцировка моноцитов-макрофагов также изменена у больных воспалительных заболеваний кишечника.
Количество моноцитов и макрофагов увеличено в кишечнике пациентов с его воспалительным заболеванием, причем, доля провоспалительных моноцитов увеличена в активной фазой этого заболевания. Дисбаланс субпопуляции периферических моноцитов в сторону промежуточного и неклассического фенотипов и поляризация кишечных макрофагов в сторону фенотипа М1 с повышенным высвобождением провоспалительных цитокинов обнаруживаются у пациентов с болезнью Крона с депрессивными симптомами.
NF-кВ
Ядерный фактор κB (NF-κB) представляет собой димерный фактор транскрипции, состоящий из двух из пяти членов белкового семейства. Он играет важную роль в воспалении и иммунитете, регулируя экспрессию многочисленных хемокинов, цитокинов, факторов транскрипции и регуляторных белков.
Поскольку NF-κB экспрессируется почти во всех клетках человека, важно понимать его роли в отношении типов клеток, тканей и стимулов, а также его временную динамику и контекст, специфичный для заболевания.
NF-κB имеет решающее значение для активации моноцитов и макрофагов и уравновешивает их фенотипы за счет тонкой координации транскрипционных и эпигеномных программ.
Таким образом, NF-κB играет решающую роль в активации воспаления, высвобождении цитокинов и выживании клеток. Специфичная для макрофагов активация NF-κB имеет далеко идущие последствия в развитии и прогрессировании многочисленных процессов воспаления. Результаты исследований выявили временную динамику активации миелоидного NF-κB , подчеркнув сложность этого главного регулятора воспаления ( Mussbacher M., et.al., 2023).
Теория «системы мононуклеарных фагоцитов» и гетерогенность макрофагов
Основываясь на наблюдении, что некоторые макрофаги являются недолговечными и что они часто обновляются циркулирующими моноцитами в 1972 г. R. van Furth et al. предложил теорию «системы мононуклеарных фагоцитов», согласно которой тканевые резидентные макрофаги происходят из циркулирующих в крови моноцитов и дифференцируются в тканях хозяина. Однако, уже в то время были доказательства того, что некоторые популяции макрофагов могут размножаться локально и самообновляться, что противоречило идее моноцитарного происхождения макрофагов. Возникает вопрос: зачем макрофагам нужно делиться и самообновляться локально, если основным источником этих клеток является пул циркулирующих моноцитов?
За последнее десятилетие эксперименты по отслеживанию и парабиозу, в которых можно было проследить происхождение и местонахождение отдельных популяций макрофагов в течение определенного периода времени, показали, что на самом деле большинство популяций макрофагов развивается у эмбриона внутриутробно. И только некоторые популяции макрофагов, в частности, в кишечнике, коже, поджелудочной железе и сердце можно считать теми макрофаги, которые замещаются циркулирующими моноцитами.
В отличие от других популяций макрофагов, в первую очередь микроглии и макрофагов кожи, клетки Лангерганса, и другие, развиваются уже на ранних стадиях развития, долговечны и способны к местному самообновлению без помощи и участия циркулирующих моноцитов.
Гетерогенность линии макрофагов давно признана и отчасти является следствием специализации макрофагов, адаптированных к разным тканям , а точнее к специфическому микроокружению ( среде). Моноциты периферической крови сами являются гетерогенными , однако , физиологическая значимость этого остается неясной. Последние исследования показали, что гетерогенность моноцитов сохраняется у разных млекопитающих , причем , различные субпопуляции моноцитов, по – видимому, отражают стадии развития , играя при этом разные по своей функциональной активности роли, например, рекрутируясь в очаги воспаления или проникая в здоровые ткани. Так макрофаги вовлечены в формирование и развитие коронарных сосудов и принимают участие в проводимости мышцы сердца.
Гетерогенность макрофагов также следует учитывать при попытке усилить противоопухолевую активность, опосредованную как макрофагами, так и NK-клетками. Возникают функциональные перекрестные помехи между макрофагами и NK-клетками. Глядя на историю NK-клеток, мы видим, что эти лимфоциты быстро перешли от «нулевых клеток» к важнейшим врожденным эффекторам, характеризующимся огромным и разнообразным репертуаром ингибирующих, активирующих, хемокиновых и резидентных рецепторов, а также существованием различных циркулирующих или резидентных в тканях субпопуляции NK-клеток.
«Патрулирующие макрофаги»
Выделяют два типа макрофагов В зависимости от функции , которые макрофаги реализуют , они могут быть «блуждающими» или «фиксированными».
«Патрулирующие моноциты» исследуют поверхности просвета кровеносных сосудов на предмет мертвых клеток и обнаружив их дифференцируются в макрофаги M2 для восстановления тканей. «Патрулирующее поведение» макрофагов зависит от интегрина LFA-1 и хемокинового рецептора СХ (3) CR1 необходимых для быстрой инвазией в ткани с целью помощи резидентным макрофагам.
Врожденные иммунные клетки имеют тенденцию к направленной миграции только в том случае, если слой эпителиального барьера нарушен или возникла инфекция, и эта миграция достаточно жестко регулируется. Стабильная конверсия моноцитов происходит в специализированных эндотелиальных нишах и регулируется передачей сигналов Notch2 моноцитов, активируемой эндотелиальными лигандами Notch .
Блуждающие макрофанги» в изобилии есть в коже и слизистых оболочках, что обусловлено болрьбой с патогенами. С другой стороны, «фиксированные макрофаги» остаются в соединительной ткани. Цитокины, секретируемые моноцитами в зараженной области, привлекают нейтрофилы, а также фибробласты.
Таким образом , можно выделить как минимум две подгруппы популяций моноцитов: Ly6C, высокий CCR2, высокий CX3CR1, низкий воспалительный моноцит, который экстравазируется в ткани как в стерильных, так и в инфекционныхусловиях воспраления, и «патрулирующие моноциты», которые имеют Ly6C низкий CCR2 низкий CX3CR1 высокий. . Однако данные многих исследований свидетельствуют о том, что in vivo существует континуум фенотипов моноцитов, которые могут модулироваться тканевыми / экологическими факторами.
«Резидентные макрофаги»
«Резидентные макрофаги» - фагоциты лимфоидных и нелимфоидных тканях, которые регулируют тканевой гомеостаз посредством клиренса апоптотических клеток и выработку факторов роста.
Несмотря на то, что резидентные популяции макрофагов, например, в брюшной полости, сохраняются локально, они могут быть будучи спровоцированными воспалением, проникать в лимфатические сосуды и далее в лимфатические узлы или даже попадать в соседние органы, такие как печень, за счет асептического местного повреждения.
Дифференциация моноцитов во время воспаления изучалась при различных заболеваниях, включая экспериментальный аутоиммунный энцефалит
Макрофаги иногда классифицируют в зависимости от ткани, в которой они действуют: альвеолярные макрофаги (легкие), остеокласты (кость), клетки Купфера (печень), субкапсулярные синусоидальные и мозговые макрофаги (лимфатические узлы), белая пульпа, красная пульпа, маргинальная зона и металлофильные макрофаги (селезенка), кишечные макрофаги (тонкий кишечник), микроглиальные клетки (центральная нервная система), внутриглазные макрофаги (глаз), гистиоциты (соединительная ткань) и т.д.
Однако , простое разделение моноцитов в зависимости о тканей , на самом деле , не совсем правильно. Например, во время воспаления моноциты попадают в пул клеток Купфера, но остается неясным, отличаются ли эти клетки функционально от эмбриональных клеток Купфера. Известны модели, в которых полученные из моноцитов клетки Купфера исчезают из пула клеток, что может указывать на то, что они обладают меньшей способностью к самообновлению, чем эмбриональные клетки Купфера.
Моноциты крови костномозгового происхождения могут оставаться внутри кровотока и взаимодействовать с поверхностью просвета эндотелия сосудов, становиться частью эндотелия, выстилающего синус, в виде клеток Купфера или проникать в ткани. Такие рекрутированные моноциты появляются временно в крови (24–48 часов) и имеют более короткую продолжительность жизни (4–7 дней) после миграции в ткани по сравнению с резидентными макрофагами, происходящими из желточного мешка, например, микроглией, клетки которой могут жить очень долго.
Классификация моноцитов
Моноциты крови изначально определялись исходя из их морфологии. Позже, с введением проточной цитометрии, было показано, что моноциты экспрессируют высокие уровни рецептора липополисахаридного (LPS) белка, связывающего белок CD14. Эти CD14 + впоследствии показали, что моноциты представляют собой гетерогенную популяцию, которую можно в дальнейшем разделить на дискретные подгруппы на основе экспрессии CD14 и CD16 (FcγRIII) у людей. Позднее было обнаружено, что гетерогенность моноцитов сохраняется и среди других видов.
В прошлом моноциты крови человека разделялись на две подгруппы на основе экспрессии CD16, такие как субпопуляции CD14 + CD16- и CD14 + CD16 +.
CD14 + CD16 – моноциты человека, известны как «классические моноциты». Однако очень мало клеток с высокой экспрессией CD14 и низкой экспрессией CD16. Они расположены между двумя подгруппами, поэтому определены либо как CD16-положительные моноциты, либо как CD14 ++. С годами были установлены различия между двумя подмножествами (различными фенотипами и функциями). Когда промежуточные моноциты были идентифицированы, они стали определяться как отдельная популяция клеток.
Таким образом, в настоящее время циркулирующие моноциты человека классифицируют на субпопуляции на основе экспрессии поверхностного CD14 (клеточный корецептор липополисахарида [LPS]) и CD16 (рецептор низкоаффинного IgG). Они разделены на три основных подгруппы: (а) около 90% моноцитов - это CD14hi CD16, называемые классическими моноцитами, с высоким уровнем CD14, но без экспрессии CD16, и меньшая часть (около 10% всех моноцитов), которая состоит из двух подмножеств - ( б) CD14hi CD16 +, которая включает промежуточные моноциты с высокой экспрессией CD14 и низкой экспрессией CD16, и (в) CD14- / loCD16 +, которые являются неклассическими моноцитами с относительно более низкой экспрессией CD14 и высоким уровнем CD16. По данным некоторых авторов, CD14 + CD16 -(классические) моноциты составляют около 85% пула циркулирующих моноцитов, тогда как остальные 15% состоят из CD14 + CD16 + (промежуточный) и CD14 lo CD16 + (неклассические) моноцитов.
«Промежуточные» и «неклассические моноциты» идентифицируются как клетки CD14 +, CD16 + и CD14 lo CD16 + , соответственно, где последняя подгруппа отражает Ly6C LowCX 3 CR1 Hi «неклассические моноциты» мышей. Экспрессия нескольких молекул адгезии мембраны и рецепторов хемокинов может также использоваться для различения этих подмножеств моноцитов.
Моноциты периферической крови человека определяются экспрессией маркеров клеточной поверхности CD14, CD16 и CD64 (Fc гамма RI) и хемокиновых рецепторов CD192 (также известных как CCR2 - ключевой медиатор миграции моноцитов) и CX3CR1 (рецептор фракталкина).
Субпопуляции моноцитов могут характеризоваться разными уровнями лейкоцитарного антигена D человека (HLA-DR) (наивысший уровень в промежуточной популяции) и CD195 (также известного как CCR5), а также рецепторов TNFR1 (CD120a) и TNFR2 (CD120b).
Было обнаружено, что CCR2, CXCR1, CXCR2, CLEC4D, IL-13Rα1 и CD62L экспрессируются почти исключительно в классических субпопуляциях моноцитов.
В промежуточной подгруппе HLA-AB, HLA-DR, CCR5, CD40, CD11b, CD1d и TNFR1 экспрессируются на значительно более высоких уровнях.
В неклассической подгруппе CD115, CD294, Siglec10 и TNFR2 экспрессируются на более высоких уровнях. Кроме того, другие поверхностные маркеры экспрессируются на промежуточных моноцитах - CD74, Tie-2 (CD202B) и ENG (CD105) - и на неклассических моноцитах - CD43 и SLAN.
Поверхностные маркеры, не экспрессируемые на классических моноцитах, - это CX3CR1, CD123, P2PX1, Siglec10 и TNFR2. Такие молекулы, как CCR1, CCR2, CCR5, CXCR1, CXCR2, CD62L и CD 163, отсутствуют в неклассической подгруппе, в то время как в промежуточных подгруппах отсутствуют молекулы CCR2, CXCR1, CXCR2 и CD62L
По сравнению с моноцитами CD16‐, моноциты CD16 + демонстрируют более низкие уровни экспрессии CD64, но более высокие уровни экспрессии HLA ‐ DR, CD86 и CD49d. Промежуточные моноциты имеют самые высокие уровни экспрессии TLR2 и TLR4 среди всех субпопуляций моноцитов.
В моноцитах CD14 ++ CD16‐ поверхностная экспрессия HLA ‐ DR указывает на состояние активации этих клеток. Было обнаружено, что снижение уровня экспрессии HLA-DR является индикатором иммуносупрессии
Таким образом, циркулирующие моноциты представляют собой универсальную и динамическую клеточную популяцию, состоящую из множества подмножеств, которые различаются по фенотипу, размеру, морфологии и транскрипционным профилям и определяются их расположением в крови
Изъятие моноцитов из костного мозга требует экспрессии хемокинового рецептора CCR2, который ограничен классическими моноцитами.
Важно помнить, что дискретная природа подмножеств моноцитов представляет собой континуум не только экспрессии CD14 и CD16.
Мононуклеарные фагоциты
Промежуточные моноциты обычно составляют до 5% от общего количества моноцитов, являются провоспалительными и продуцируют высокие уровни TNF-α, IL-1β и IL-6 ,
Неклассические («патрулирующие») моноциты представляют 5–10% циркулирующих моноцитов и обследуют эндотелий на наличие признаков воспаления или повреждения, которое вызывает трансмиграцию и продукцию TNF-α и IL-1β
М1 и М2 указывают на макрофаги, лежащие на противоположных концах процесса поляризации, наделенные провоспалительными противоопухолевыми или репаративными проопухолевыми функциями соответственно. Однако эта дихотомия была преодолена более сложным описанием поляризации макрофагов, полученным в исследованиях in vitro.
Популяции M2a, b, c и d можно дополнительно различать на основе экспрессии поверхностных и секретируемых молекул. M2a, полученный в результате стимуляции IL-4 и IL-13, секретирует инсулиноподобный фактор роста (IGF), фибронектин, и TGF-β с сильным модулирующим эффектом на функцию NK-клеток. Противовоспалительную активность также приписывают IL-10, высоко секретируемому макрофагами M2c, полученному при стимуляции IL-10, глюкокортикоидами или TGF-β. Однако из-за сложности тканевого микроокружения и клеточной пластичности макрофаги in vivo не совсем отражают упрощенный сценарий in vitro.
Классические моноциты
Классические моноциты, также называемые воспалительными моноцитами, могут быстро проникать в ткани («места заражения и травм»), продуцировать воспалительные цитокины и дифференцироваться в воспалительные макрофаги.
«Воспалительные» моноциты экспрессируют более высокие уровни CCR2 и участвуют в удалении микроорганизмов и умирающих клеток посредством фагоцитоза.
Классические моноциты участвуют в различных функциях, таких как восстановление тканей и иммунный ответ. Они отвечают за превосходный фагоцитоз, поддерживают заживление и коагуляцию ран и проявляют антиапоптотические функции и реакции на раздражители. Они экспрессируют провоспалительные белки S-100, например, S100A12 и S100A8 / 9, что дает им способность поддерживать воспаление. Определенные гены классических моноцитов определяют наличие рецепторов скавенджера и рецепторов лектина С-типа.
Промежуточные моноциты
Промежуточные моноциты также демонстрируют провоспалительные функции, продуцируя большие количества IL-1β, IL-6, IL-12 и TNFα при стимуляции. Их сигнатура экспрессии генов указывает на способность представлять антигены и индуцировать активацию Т – клеток. Промежуточные моноциты специфически стимулируют провоспалительные ответы Th17 клеток, которые также способствуют альвеолярным гранулемам и фиброзным процессам при саркоидозе.
Эта подгруппа моноцитов экспрессирует более высокие уровни поверхностных маркеров, участвующих во взаимодействиях антигенпредставляющие клетки-Т-клетки.
Промежуточные моноциты являются лучшими индукторами пролиферации Т-клеток, опосредованной стафилококковым энтеротоксином B (SEB), особенно благодаря присутствию CD40 и CD54. Более того, они демонстрируют высокую степень процессинга MHC класса II и презентации генов. Другие функции включают превосходную продукцию ROS и роль в ангиогенезе (Tie-2 + субпопуляция). Эта подгруппа включает специфические поверхностные молекулы, связанные с проангиогенезом, например, тирозинкиназу TEK (Tie2, CD202b), эндоглин (ENG) и KDR (VEGFR2). Проангиогенез является признаком не только промежуточных моноцитов, но также может быть обнаружен в неклассических и классических подгруппах. Экспрессия молекул MHC класса I наиболее сильно выражается в промежуточной подгруппе, тогда как согласно некоторым авторам это неклассическая подгруппа. Это расхождение не ясно, но оно предполагает, что моноциты CD16 + могут быть способны активировать Т-клетки CD8.
Интересно, что у пациентов с ревматоидным артритом наблюдается увеличение циркулирующих промежуточных моноцитов. Сообщалось, что у пациентов с инсультом через 2 дня после инсульта увеличивались промежуточные моноциты, и это увеличение обратно коррелировало со смертностью. Эти данные поднимают вопрос о том, как связаны подгруппы циркулирующих моноцитов, как долго циркулирует каждая популяция и какое влияние оказывает воспаление на этот процесс?
Неклассические моноциты
Неклассические или противовоспалительные моноциты патрулируют сосудистую сеть для DAMPs и дифференцируются в резидентные макрофаги в устойчивом состоянии или в противовоспалительные макрофаги во время воспаления для восстановления поврежденных тканей.
Эти клетки отвечают за пролиферацию и стимуляцию CD4 + Т-клеток (субпопуляция SLAN +). Они более склонны к стимуляции выработки IL-4 CD4 + Т-клетками. Их другие способности включают «патрулирование» эндотелия, обнаружение вирусов и миграцию через эндотелий. Гены, связанные с подвижностью цитоскелета, в основном экспрессировались неклассической подгруппой. Признаки воспаления или повреждения мобилизуют их к быстрой миграции. Их гены также определяют компоненты комплемента, негативную регуляцию транскрипции и проапоптозные способности.
«Неклассические» или «резидентные» моноциты экспрессируют более высокие уровни CX 3 хемокинов рецептора 1 (CX 3 , (CR1 фракталкина) ( Yrlid et.al. 2006 г. ).
В 2013 г. исследователи показали , что патрулирующие (Ly6C lo ) моноциты притягиваются к стенкам Aβ-позитивных вен и пришли к выводу, что моноциты, экспрессирующие CCR2, рекрутируются в участки воспаленной или поврежденной ткани, тогда как клетки, экспрессирующие CX 3 CR1, проявляют больше патрулирующего поведения и участие в поддержании тканей ( Gordon and Taylor, 2005 , Strauss-Ayali et al., 2007 ). Вероятно , «неклассические моноциты» работают , как охранники сосудистой сети, патрулируя целостность эндотелиальных клеток LFA-1-зависимым образом .
Крайне важно проводить мониторинг моноцитов у нелеченных пациентов с некоторыми заболеваниями , например , саркоидозом, поскольку промежуточные и неклассические моноциты подвергаются апоптозу во время лечения кортикостероидами.
Примерно у 50% пациентов с саркоидозом периферические моноциты CD14 + , включая классические и промежуточные моноциты, имеют пониженную экспрессию ингибиторного рецептора CD200 R, что связано с повышенной способностью продуцировать TNFα и IL-6. Отметим, что моноциты крови пациентов с саркоидозом имеют повышенную экспрессию рецепторов Fc ( FcR ) и рецепторов комплемента ( CR ) . которые усиливают их фагоцитарную активность .
Моноциты продуцируются из гемопоэтических стволовых клеток костного мозга. Ранниим предшественником является общий миелоидный предшественник (СМР), который отличается от HSC по экспрессии CD34, но не SCA-1. Эти клетки дают пул предшественников, называемых предшественниками гранулоцитов / макрофагов (GMP), которые экспрессируют CD16 / 32.
В это подмножество включен недавно определенный предшественник макрофагов / DC (MDP), который специфически экспрессирует высокие уровни PU.1-контролируемого хемокинового рецептора CD115 (CSF-1R / M-CSFR), хемокинового рецептора CX 3 CR 1(фракталкин рецептор), и Flt-3 (CD135 / flk2). MDP приводит к CD11b + , CD115 + , F4 / 80 + , CD11c - , Ly6G - моноциты, которые могут быть выделены из костного мозгав и крови. Несколько исследований показали, что Ly6C hi моноциты могут вызывать циркуляцию Ly6C lo / - моноцитов. За последние несколько лет интерес к этой группе моноцитов значительно возрос.
На стадии разрешения некоторых заболеваний Ly6C lo / - моноциты являются необходимыми для заживления ран и ангиогенеза. Хотя очевидно, что они важны для периферии, роль Ly6C lo / - моноцитов во время инфекции ЦНС остается плохо определенной, при этом мало доказательств, подтверждающих их миграцию в мозг во время воспаления.
Моноциты мыши (Ly6C hi) характеризуются высокой экспрессией рецептора хемокина CCR2, молекулы адгезии CD62L и низкой экспрессией рецептора фракталкина CX 3 CR 1. Ly6C lo / моноциты меньше по размеру, чем их Ly6C коллеги и экспрессируют низкие уровни CCR2 и CD62L и высокие уровни CX 3 CR 1
В отличие от классических моноцитов Ly6C hi, которые катятся по сосудам, моноциты CX3CR1 high неклассические Ly6C lo мышей и их человеческие аналоги (моноциты CD14 + CD16 +) патрулируют сосуды, ползая со скоростью 12 мкм / мин.
Трансформации моноцитов
В зависимости от сигналов окружающей среды, моноцит может быть поляризован в классически активированный провоспалительный моноцит (M1) или альтернативно активированный противовоспалительный M2 фенотип. В опухолевой среде моноциты больше напоминают «лечебный» тип M2, который является протуморогенным и иммунодепрессивным. В среде солидных опухолей было высказано предположение, что моноцит делает NK-клетки дисфункциональными за счет растворимых факторов, таких как трансформирующий фактор роста бета (TGFb) и простагландин E2, а также посредством взаимодействий лиганд-рецептор через HLAG-ILT2 и CD48-2B4.
IL-4 и IL-13, которые, поляризуют моноциты в иммуносупрессивный подтип опухоли M2 и отдельно, как сообщалось, индуцировались при заражении микоплазмой. По- видимому , эффект моноцит -опосредованной защиты зависит от контакта, возможно, через взаимодействия мембранных лиганд-рецепторов, а не зависит в первую очередь от растворимых факторов
Поскольку инфильтрированные моноциты в мозге помогают микроглии в фагоцитозе, клинически важно исследовать их судьбу в окружающей среде после инфильтрации.
С другой стороны, известно, что субпопуляция периферических моноцитов экспрессирует рецептор CX3CR1 и может быть частью популяции инфильтрирующих моноцитов после обострения болезни. В текущем сценарии неясно, переходят ли моноциты в микроглию или микроглия при определенных условиях может начать экспрессию рецепторов CCR2, и, следовательно, природа такой трансформации требует уточнения
Взаимосвязь моноцитов
Разные подмножества моноцитов циркулируют в динамическом равновесии. Кинетика, лежащая в основе их генерации, дифференциации и исчезновения, имеет решающее значение для понимания как стационарного гомеостаза, так и воспалительных реакций.
Классические моноциты появляются первыми из костного мозга, после постмитотического интервала 1,6 дня, и циркулируют в течение дня. Последующее появление промежуточных и неклассических моноцитов согласуется с моделью последовательного перехода. Промежуточные и неклассические моноциты имеют более продолжительную жизнь (∼4 и 7 дней соответственно). В экспериментальной модели эндотоксемии у человека наблюдалась временная, но глубокая моноцитопения, но восстановление циркулирующих моноцитов было достигнуто путем раннего высвобождения классических моноцитов из костного мозга. Последовательность репопуляции повторяла порядок созревания при здоровом гомеостазе.
В устойчивом состоянии подмножества моноцитов крови грызунов представляют собой стадии последовательности развития; было показано, что классические моноциты со временем превращаются в неклассические моноциты.
Субпопуляции моноцитов человека демонстрируют поразительную гетерогенность в экспрессии и функции поверхностных маркеров; классические моноциты демонстрируют более провоспалительный фенотип благодаря своей способности секретировать растворимые медиаторы и дифференцироваться в полученные из моноцитов дендритные клетки для соединения врожденных и адаптивных иммунных ответов, промежуточные моноциты специализируются на презентации антигена и играют важную роль в ВИЧ-инфекциях, в то время как неклассические моноциты ответственны за противовирусные ответы этой линии.
Структура
Моноциты морфологически самые большие лейкоциты - мононуклеарные клетки с бобовидными ядрами и фенотипически классифицируются по экспрессии поверхностных маркеров.
Существует большое разнообразие фенотипически и функционально гетерогенных субпопуляций моноцитов, различающихся по состояниям созревания, дифференцировки и активации на основе дифференциальной экспрессии поверхностных маркеров (Auffray et al., 2009, Buckner et al., 2011).
Цитохимия
Моноциты окрашивают положительно на альфа – нафтилацетатэстеразу (неспецифическую эстеразу) и альфа- нафтилбутиратэстеразу, но альфа – нафтол AS-D-хлорацетат-эстераза-отрицательно. Активность как альфа-нафтилацетата, так и бутиратэстеразы ингибируется фтором (в отличие от гранулоцитов). Моноциты имеют некоторую гранулированную позитивность по PAS и черному Судану, небольшую гранулированную позитивность MPO, сильное окрашивание на кислую фосфатазу и отсутствие активности щелочной фосфатазы. Эти клетки содержат лизоцим. Подобные пропорции промоноцитов, моноцитов BM и моноцитов крови имеют IgG-Fc, IgE-Fc и C3b рецепторы.
Гранулы
Моноциты имеют гранулы, причем гранулы азурофилов происходят из комплекса Гольджи развивающегося моноцита костного мозга и находящегося в крови и, в конечном итоге, сливаются с фагосомами во время фагоцитоза при поступлении моноцитов в ткани.
Гранулы содержат лизосомальные ферменты у всех изученных видов и пероксидазу у человека. Эти ферменты продуцируются тем же путем, что и другие секреторные продукты (то есть они сегрегируются в грубой ER форме и упаковываются в гранулы в комплексе Гольджи).
Азурофильные гранулы моноцитов являются первичными лизосомами или запасными гранулами, сопоставимыми с азурофилами полиморфноядерных лейкоцитов и специфическими гранулами эозинофилов. Макрофаги из перитонеального экссудата (через 72–96 ч после введения эндотоксина) содержат большое количество лизосомальных ферментов по всему секреторному аппарату (ER и комплекс Гольджи), в пищеварительных вакуолях и в многочисленных пузырьках с покрытием; однако им не хватает образующих или зрелых азурофильных гранул. Отсюда следует, что моноцит продуцирует два типа первичных лизосом в разные фазы своего жизненного цикла: гранулы азурофилов, образующиеся в результате развития моноцитов в костном мозге или крови, и везикулы с покрытием, образованные макрофагами в тканях и полостях тела.
Функции
Моноциты являются важнейшими организаторами иммунного ответа. Эти клетки крови долгое время считались общим источником тканевых макрофагов и дендритных клеток, однако, сегодня все больше данных указывает на более сложные эффекторные функции моноцитов (Auffray C., et.al., 2009). Теперь предполагается, что моноциты обладают способностью восстанавливать пул макрофагов во временном и пространственном отношении, с конкуренцией за ограниченное количество ниш в качестве основного движущего фактора. При этом поведение моноцитов сильно различается в каждом тканевом компартменте из-за их пластичности и чувствительности к сигналам ниш.
Несмотря на общие фенотипические и функциональные характеристики с клетками мононуклеарных фагоцитов, моноциты являются уникальными клетками, способными функционировать как клетки-предшественники, так и эффекторные клетки сами по себе.
Моноциты гетерогенны и состоят из классической популяции (CD14 ++ CD16 - у людей) и неклассической популяции (CD14 + CD16 + у людей) , реализующими различные функциональные роли.
Попадание моноцитов в ткани имеет решающее значение для элиминации патогенов и заживления ран. Кроме того, обычно признается, что время их проникновения определяет их функцию, поскольку проникновение моноцитов в раннюю фазу воспаления связано с провоспалительным фенотипом, а их присутствие в более поздней фазе соответствует противовоспалительной функции (Bain C., et.al., 2013). Медиаторы, привлекающие циркулирующие моноциты в ткани, включают хемокины, компоненты комплемента и продукты деградации тканевого матрикса .
Попадая в ткани, инфильтрирующие моноциты прогрессивно изменяют свой фенотип, принимая характеристики макрофагов и теряя черты моноцитов. Этот процесс постепенной дифференциации известен как классический эффект «моноцитарного водопада» (Goh C., et.al., 2018).
Помимо замены некоторых резидентных макрофагов в стационарном состоянии, моноциты могут также дифференцироваться в TNF/iNOS-продуцирующие дендритные клетки (Tip-DC), ассоциированные с раной макрофаги (WAM) или индуцированные опухолью дендрит ные клетки. ( миелоидные супрессорные клетки).
Пластичность моноцитов
Пластичность - отличительная черта клеток миеломоноцитарной линии. В ответ на врожденную способность к распознаванию или сигналы от субпопуляций лимфоцитов мононуклеарные фагоциты подвергаются адаптивным ответам.
Функции моноцитов – макрофагов определяют устойчивость к патогенам, повреждение и дисфункцию тканей. Согласование функций миеломоноцитарных клеток является, например, ключевым элементом, связывающим воспаление и рак и обеспечивающим парадигму пластичности макрофагов.
Пластичность моноцитов позволяет им играть несколько ролей во время иммунного ответа, в том числе стимулировать иммунную толерантность. В последнем феномене клетки перепрограммируются в состояние временной невосприимчивости к вторичным контактам с различными антигенами, включая микробы или микробные продукты, такие как липополисахарид (Fan H, Cook J., 2004). Функциональное перепрограммирование клеток обусловлено синхронизированной регуляцией экспрессии генов, которая достигается в значительной степени за счет ковалентных модификаций хроматина, включая метилирование пятого атома углерода в цитозинах (5-метилцитозин (5mC)) или метилирование DNA с помощью эпигенетических модуляторов (Soshnev A., et.al, 2004).
При восприятии микробных нарушений или воспалительных стимулов моноциты мигрируют в ткани, где их пластичность позволяет им дифференцироваться в клетки, напоминающие макрофаги или дендритные клетки в зависимости от ниши окружающей среды. Альтернативно, они могут также мигрировать в ткани при отсутствии воспаления и оставаться в недифференцированном состоянии, выполняя гомеостатические функции.
Фагоцитарная активность
Моноцит хорошо известен своей фагоцитарной активностью
Рецепторы моноцитов
Моноциты оснащены огромным набором рецепторов, опосредующих распознавание патогенов, фагоцитоз и последующее производство активных форм кислорода.
Моноциты - мощные фагоцитарными клетками, реагирующие на сигналы стресса, при этом образуя поверхностные молекулы, среди которых рецепторы акцептора (например, рецептор акцептора SR-A, CD36), рецепторы липопротеинов низкой плотности (например, липопротеин низкой плотности, связанный с рецептором белок, LRP1), TOOL -подобные рецепторы (например, TLR2, TLR4), хемокиновые рецепторы (например, CCR2, CX3CR1), рецепторы цитокинов (например, рецептор колоний- стимулирующего фактора макрофагов (M-CSF), Fcγ-рецепторы и молекулы адгезии (например, антиген, связанный с функцией лейкоцитов, LFA-1), причем, уровень экспрессии эмолекул отражает и соответствующие функции
Важным классом рецепторов распознавания образов является недавно описанное семейство Toll-подобных рецепторов (TLR) млекопитающих, которое распознает широкий спектр микробных патогенов и продуктов, связанных с патогенами.
TLR экспрессируются в гораздо большей степени моноцитами, чем нейтрофилами. При связывании специфических лигандов TLR передают сигнал через путь с участием адаптерного белка MyD88 или через независимый от MyD88 путь с участием TRIF, чтобы активировать NF-κB и стимулировать продукцию провоспалительных цитокинов моноцитами и макрофагами. Другие клеточные рецепторы могут взаимодействовать со специфическими TLR для усиления распознавания патогенов. Например, CD14 связывает LPS и взаимодействует с TLR4 для облегчения распознавания и усиления уничтожения грамотрицательных бактерий из участков кровообращения и тканей.
Моноциты и опухоль
С возрастом дисфункциональные моноциты характеризуются измененным фенотипом, включая повышенный поверхностный CD16 и нарушение экспрессии и функции толл-подобных рецепторов (TLR). Кроме того, дифференцировка моноцитов в макрофаги изменяется с перекосом в сторону провоспалительного фенотипа (M1), снижения фагоцитарной способности и презентации антигена
Помимо фагоцитарной функции моноциты демонстрируют разнообразные эффекты в отношении опухоли, в частности, направленные против ее роста. Классические моноциты рекрутируются в опухоли и дифференцируются в отдельную популяцию макрофагов, которая способствует прогрессированию опухоли. Напротив, неклассические моноциты (также называемые «патрулирующими» моноцитами) исследуют кровеносный сосуд и вносят свой вклад в поддержание сосудов, ранний иммунный ответ и отторжение опухоли. Таким образом, субпопуляции моноцитов играют определенную роль, как в прогрессировании, так и подавлении опухоли и, следовательно, могут представлять собой важные терапевтические мишени
Моноциты, как правило, связаны с раком только в том случае, если они являются популяцией-предшественником макрофагов и дендритных клеток в условиях воспаления. Тем не менее, моноциты обнаруживаются в селезенке и распространяются через ткани, не дифференцируясь ни в одну из терминальных популяций (Jakubzick et al.,2013). Существуют доказательства того, что моноциты являются функционально важными на ранней стадии развития опухоли (Juric et al., 2016), а при солидных опухолях сигнатура экспрессии гена моноцитов может быть отрицательным прогностическим показателем (Gentles et al., 2015)
Неклассические моноциты (CD16 + CD14 низкий у людей и CX 3 CR1 высокий Ly6C - у мышей) преимущественно обнаруживаются в крови и тканях с высокой васкуляризацией, таких как легкие. Инвазию циркулирующих опухолевых клеток в ткань легких встречают нейтрофилы, дендритные клетки и моноциты, которые контролируют распространение или отталкивание метастазов.
Хемотаксис моноцитов
Моноциты экспрессируют несколько хемокинов, а именно CCL2, CCL7, CX3CL1 и различные хемокиновые рецепторы такие как CCR1, CCR2, CCR5, CCR6, CCR7, CCR8 и CXCR2. Хемотаксические возможности моноцитов периферической крови менее выражены у новорожденных, чем у взрослых.
Хемокины и их рецепторы - основные факторы, регулирующие перемещение моноцитов из периферической крови в места воспаления.
Классические моноциты экспрессируют в основном CC хемокин рецептор типа 2 (CCR2), в то время как промежуточные и неклассические субпопуляции экспрессируют CX3C хемокин рецептор типа 1 (CX3CR1). C-C chemokine ligand (CCL) 2 является самым сильным и наиболее селективным лигандом CCR2, который также может связываться с CCL7.
Когда моноциты дифференцируются в макрофаги, экспрессия CCR2 теряется, и клетки экспрессируют CCR1 и CCR5, которые, в свою очередь, имеют хемокины CCL3, CCL4 и CCL5 в качестве лигандов. Эти хемокины играют основную роль в миграции моноцитов и , как оказалось , вовлечены в патогенез таких заболеваний , связанных с воспалением, как ревматоидный артрит и атеросклероз. С другой стороны, ось CX3CR1-CX3CL1 важна для кинетики CD16 + моноцитов и связана с неклассическим "патрульным поведением" моноцитов.
Жизненный цикл
Моноциты происходят из костного мозга из плюрипотентных стволовых клеток; их прямой клеткой-предшественником является промоноцит, происходящий из монобласта.
Моноциты крови начинают свою жизнь в костном мозге, следуя той же судьбе развития, что и дендритные клетки, которые возникают из предшественника макрофагов / дендритных клеток (MDP).
Первоначально предполагалось, что у мышей MDP дает образование моноцитам и дендритным клеткам, но не гранулоцитам. Позже MDP был идентифицирован общий предшественник моноцитов (cMoP), который дает начало исключительно классическим моноцитам. У человека эквивалент мышиного cMoP идентифицирован во фракции гранулоцитов-моноцитов-предшественников костного мозга (GMP). Этот cMoP человека непосредственно дает начало премоноцитам, а затем и моноцитам. Исследования стадий развития между cMoP и зрелыми моноцитами выявили у мышей субпопуляцию моноцитов Ly6C + CXCR4 +, которая находится в костном мозге и называется премоноцитами. Эти премоноциты демонстрируют пролиферативный потенциал и подавляют CXCR4 при попадании в кровоток.
Цикл моноцитов у человека составялет 5 дней, что обусловлено наличием гомеостатической петли в костном мозге с преобладающим фактором времени прохождения.
Популяция CD14 + CD16 - клеток, напоминает классические моноциты, которые находятся в костном мозге человека. Эти клетки демонстрируют период постмитотического пребывания ~ 1,5–2 дня перед тем, как попасть в кровоток. Возможно, что этот период созревания, помимо времени, необходимого для дифференцировки в клетки, и регуляторные сигналы определяют цикл моноцитов
Моноциты селезенки мышей превосходят по численности свои кровеносные аналоги и мобилизуются в ответ на острое повреждение (экстренный экстрамедуллярный монопоэз), например, они попадают в поврежденные ткани во время атеросклероза и ишемического повреждения миокарда. При последнем моноциты селезенки увеличивают свою подвижность, накапливаются в поврежденной ткани и участвуют в заживлении ран. Это показывает, что селезенка - место хранения моноцитов и готовый ресурс, который организм использует для регулирования процесса воспаления. Подобных исследований на моноцитах человека не существует. Более того, точная пропорция моноцитов, высвобождаемых из других периферических резервуаров и попадающих в воспалительные ткани, остается неизвестной.
Циркадные ритмы
Несмотря на то, что были описаны долговременные колебания моноцитов, суточные закономерности здесь также присутствуют , причем , количество моноцитов уменьшается во время сна и начинает постепенно повышаться после пробуждения. M. Cuesta et al. ( 2016) смогли разделить людей на две категории: в одной группе количество моноцитов достигало пика утром, а в другой – вечером. Авторы пришли к выводу, что продукция цитокинов следует бимодальному ритму, при котором моноциты более чувствительны в ночное время, тогда как в течение дня более высокая продукция является результатом увеличения количества моноцитов.
У людей, лишенных сна, которые бодрствуют ночью, количество моноцитов выше, чем у тех, кто спал в этот период. В соответствии с этими данными, у мышей с нарушенным сном также наблюдается увеличение классических моноцитов периферической крови. Непрерывный сон способствует высвобождению гипокретина из гипоталамуса, который, в свою очередь, регулирует продукцию CSF1 из пренейтрофилов костного мозга, регулирующих монопоэз. Несмотря на то, что увеличение количества моноцитов происходит во время лишения сна, суточные колебания сохраняются. Кроме того, у работников ночной смены, ведущих активный образ жизни в ночное время, не было обнаружено сдвига фаз в количестве моноцитов.
Выведение классических моноцитов мышей из костного мозга следует за циркадным ритмом, частично регулируемым CXCR4 и циркадным геном Bmal1.
Классические и неклассические субпопуляции моноцитов связаны в развитии, причем классические моноциты могут со временем переходить в неклассические моноциты
Примечание : Предшественники моноцитов сначала дифференцируются в классические моноциты, которые сохраняются в костном мозге до фазы постмитотического созревания, составляющей ~ 38 часов. В результате этой задержки в костном мозге сохраняется резервная популяция вновь образованных классических моноцитов. После острого системного воспаления эта резервная популяция быстро высвобождается для замены утраченных циркулирующих клеток. Большинство классических моноцитов покидают кровообращение после продолжительности жизни, составляющей приблизительно один день Небольшая доля классических моноцитов далее созревает в промежуточные моноциты в кровообращении; большинство этих клеток в конечном итоге превращаются в неклассические моноциты, прежде чем покинуть кровообращение. Очевидно, что это очень строго контролируемый процесс, с удивительно последовательными результатами .
Кинетика моноцитов
Прорыв в исследовании in vivo кинетики лейкоцитов человека произошел с открытием нетоксичных подходов к мечению стабильных изотопов. В частности, дейтерий из меченной дейтерием глюкозы или тяжелой воды стабильно включается в основную цепь DNA делящихся клеток. Подход мечения дейтерий-глюкоза особенно подходит для изучения быстро делящихся клеток и применяется у людей для изучения оборота популяций Т-клеток, таких как регуляторные Т-клетки ( Vukmanovic-Stejic et al., 2006 ), Т-клетки памяти подмножества при ВИЧ-инфекции ( Zhang et al., 2013 ), а в последнее время - и клетки врожденной иммунной системы, такие как нейтрофилы.
Для исследования кинетики моноцитов в нормальных физиологических условиях гомеостаза, можно вводить короткий импульс (3 Н) дейтерий-меченных глюкозы (6,6- 2 H 2 -глюкозного) и анализировать проточные отсортированные моноциты подмножеств в последовательных временных точках затем для включения дейтерия . Анализ данных мечения дейтерия показывает , что подмножества моноцитов демонстрируют хорошую согласованность паттерна. В течение первых 24 ч после введения метки дейтерием отсутствуют, что соответствовует фазе постмитотического «созревания», предшествующей высвобождению из костного мозга в кровообращение.
Исследователи наблюдали очень высокие уровни мечения дейтерия в классических моноцитах через 8 ч после заражения эндотоксином , тем самым показав, что эти клетки должны были недавно высвободиться из костного мозга. Хотя нельзя подтвердить, что все классические моноциты были высвобождены из костного мозга, из-за ограничений экспериментов на людях отмеченная фракция очень похожа на те, которые наблюдались через 72 часа после мечения при здоровом гомеостазе, и согласуется с предположением, что большинство, если не все циркулирующие моноциты на ранней стадии восстановления происходят из костного мозга, а не моноцитов, возвращающихся из маргинального пула. Конечно, ясно, что время перехода от костного мозга к кровотоку резко сокращается по сравнению со стационарным состоянием в результате экстренного высвобождения классических моноцитов .
После того, как моноциты образуются путем деления промоноцитов, они остаются только очень короткое время (менее суток) в компартменте костного мозга.
Моноциты переходят из костного мозга в кровь с периодом полувыведения около 22 ч. Совсем недавно исследования на мышах показали, что период полураспада классических моноцитов составляет менее одного дня, после чего они превращаются в неклассические моноциты с периодом полураспада ~ 2,2 дня.
Когда моноциты попадают в кровообращение, они делятся на циркулирующий пул и маргинальный пул, каждый из которых содержит около 50% моноцитов, присутствующих в кровеносных сосудах.
Как отмечалось выше, Классические моноциты имеют очень короткую циркулирующую продолжительность жизни (в среднем 1,0 ± 0,26 дня). Большинство клеток покидают кровообращение или погибают, тогда как остальные клетки переходят в промежуточные моноциты. Промежуточные моноциты имеют более длительную продолжительность жизни (в среднем 4,3 ± 0,36 дня) и все переходят в неклассические моноциты. Неклассические моноциты, в свою очередь, имеют самую длинную продолжительность жизни в крови (в среднем 7,4 ± 0,53 дня), перед тем как покинуть кровообращение или умереть ( Patel A., et.al., 2017) .
Помимо циркадных циклов, моноциты покидают костный мозг как во время инфекции, так и при стерильном воспалении, таком как инфаркт миокарда и атеросклероз. Было показано, что моноциты покидают костный мозг после заражения LPS, что коррелирует с высокими уровнями MCP-1 не в крови, а в мезенхимальных стволовых клетках и CXCL12-обильных ретикулярных клетках, которые выстилают синусоиды костного мозга.
Селезенка является резервуаром для быстрого развертывания моноцитов, который может регулировать воспаление после острого повреждения, например, путем ингибирования системной передачи сигналов ангиотензина-2. Используя ингибитор ангиотензинпревращающего фермента, препарат, который клинически используется для лечения гипертонии, исследователи смогли снизить выброс моноцитов селезенки и уменьшить их миграцию к острым инфарктам .
Моноциты остаются в кровотоке относительно долго, период полураспада у человека составляет до 71 часов. Затем они покидают кровоток с помощью процесса, который называется диапедез и мигрируют в ткани и полости тела, где они дифференцируются в макрофаги.
У пациентов с мутацией GATA2 (кодирующей GATA-связывающий белок 2) отсутствуют все моноциты крови; несмотря на это, их постоянные кожные и легкие макрофаги остаются без изменений, что свидетельствует о том, что развитие этих популяций не зависит от моноцитов крови.
Продукция моноцитов в костном мозге регулируется стимулирующими рост цитокинами, такими как интерлейкин 3 (IL-3), фактор стволовых клеток (SCF), гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF) и макрофагальный колониестимулирующий фактор (M-CSF), а во время воспаления также фактором, увеличивающим моноцитопоэз (FIM). Как следствие, количество моноцитов в периферической крови увеличивается в 1,5-2 раза период полураспада моноцитов в кровообращении временно сокращается примерно до 12 часов, и большая часть этого увеличенного количества моноцитов мигрирует в место воспаления.
Лечение глюкокортикостероидами уменьшает количество циркулирующих моноцитов, а высокие дозы приводят к полной моноцитопении. Когда это происходит во время воспаления, количество моноцитов, доступных для миграции в участок поражения, уменьшается, и, следовательно, количество (экссудатных) макрофагов в воспалительном экссудате довольно мало. Уменьшение количества моноцитов в периферической крови вызвано снижением продукции в костном мозге, задержкой миграции моноцитов из костного мозга в кровообращение и временным выделением этих клеток в кровообращение, но не разрушением моноцитов.
Продолжительность жизни циркулирующего моноцита довольно коротка, и большинство подвергается апоптозу примерно после 24 часа. Однако некоторые моноциты мигрируют в ткани или в места повреждения или инфекции, где они впоследствии созревают в макрофаги.
Как отмечалось, ранее считалось , что моноциты происходят из той же общей клетки-предшественника, что и макрофаги и дендритные клетки - предшественник дендритных клеток моноцитов-макрофагов - и все три типа клеток были классифицированы как часть системы мононуклеарных фагоцитов, впервые предложенной ван Фюртом в 1968 году. что касается их фагоцитарной способности, моноциты обладают целым рядом внутренних и внешних PRR, которые позволяют им активно искать, уничтожать и реагировать на патогенные микроорганизмы и другие опасности.
Обычно используемый поверхностный маркер для классификации моноцитов представляет собой CD14, который в сочетании с TLR4 участвует во внеклеточном распознавании бактериального липополисахарида (LPS). Хотя более 90% моноцитов обычно являются положительными в отношении экспрессии CD14, в действительности существует довольно высокий уровень гетерогенности в точных профилях молекулярной экспрессии циркулирующих моноцитов, и было описано множество субпопуляций.
Моноциты являются частью системы одноядерных фагоцитов, которая возникает из кроветворной системы, состоит из самостоятельно обновляющихся гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников, расположенных в костном мозге. Моноциты не считаются полностью дифференцированными клетками, которые вызывают гетерогенную одноядерную линию фагоцитов. Они способны к экспрессии множества кластеров дифференцировки (CD), а именно CD115, CD11c, CD14 и CD16.
Моноциты и другие клетки крови
Моноциты разделяют предшественников своего кроветворения с нейтрофилами. Оба типа клеток имеют общие противовоспалительные функции, причем многие из факторов, которые влияют на нейтрофилы, влияют и на моноциты.
Моноциты взаимодействуют с тромбоцитами во многих ситуациях, включая воспаление, гемостаз или сосудистые нарушения. Эти взаимодействия важны для регулирования продолжительности жизни обоих клеток крови.
При воспалительных заболеваниях происходит быстрое нацеливание моноцитов и тромбоцитов на точки воспаления и повреждения эндотелия, где они находятся рядом. Прилипание между моноцитами / макрофагами (Mphi) и тромбоцитами происходит в стенке сосуда и атеросклеротической бляшке, но это также проявляется в кровотоке (сателлитный тромбоцит). Это явление было приписано тромботическим расстройствам, таким как инсульт. Кроме того, исследователи обнаружили апоптоз лейкоцитов после взаимодействия с тромбоцитами (Reuter S., Lang D., 2009).
Одноядерные клетки периферической крови (РВМС) определяются, как любые клетки крови с круглым ядром, то есть лимфоциты, моноциты
Сравнительные аспекты моноцитов и нейтрофилов
В течение последних 50 лет исследователи постоянно фокусировались на определении сходства и различий между нейтрофилами и моноцитами. Мононуклеарные фагоциты имеют много общих свойств с нейтрофилами, но они также обладают отличительными морфологическими и функциональными свойствами, в зависимости от их состояния дифференцировки. Например, белки, связанные с гранулами, похожи на белки нейтрофилов, но есть некоторые отличительные особенности.
Моноциты сохранили способность увеличивать продукцию гранулярных белков за счет синтеза нового белка, что утрачено у зрелых нейтрофилов. Также существуют значительные различия в их хемотаксических ответах и активности метаболического взрыва во время фагоцитоза. В очаге острого воспаления моноциты накапливаются медленнее, но сохраняются дольше. Их метаболический взрыв менее экстремален, но их способность убивать множество микробов более разнообразна по сравнению со способностью нейтрофилов. Моноциты имеют рецепторы Fc и способны экспрессировать IgG - Fc - рецептора γ RI (CD64) конститутивно, в отличие от нейтрофилов, которые экспрессируют этот рецептор только в ответ на раздражители, связанные с воспалением.
Важное различие между нейтрофилами и моноцитами также заключается в их способности продуцировать новые белки, включая множество цитокинов, связанных с усилением воспалительной реакции. Исторический интерес в этом отношении представляет то, что «эндогенный пироген», долгие годы считавшийся продуктом нейтрофилов, теперь, как известно, в основном вырабатывается мононуклеарными фагоцитами из-за их гораздо большей способности продуцировать цитокины.
Сравнительные аспекты моноцитов и лимфоцитов
Лимфоциты имеют более правильную цитоплазматическую границу без цитоплазматического блеббинга и псевдопод, которые присутствуют в моноцитах. Моноциты могут менять свою морфологию, поскольку обладают способностью превращаться в фагоцитирующие макрофаги. Обе клетки имеют голубую цитоплазму; однако моноцит зернистую текстуру, которая отсутствует в лимфоците. Кроме того, в моноците присутствуют мелкие красные цитоплазматические гранулы, которые не видны в лимфоцитах. Заметна относительно правильная ядерная форма лимфоцитов по сравнению с более сложной ядерной формой более крупного моноцита. Существует также разница в текстуре хроматина между двумя типами клеток. Хроматин лимфоцитов более плотный и комкатный.
Добавить комментарий