Моноциты представляют собой гетерогенную популяцию клеток, происходящих из костного мозга, которые рекрутируются в места заражения и воспаления при многих заболеваниях человека, включая заболевания центральной нервной системы (ЦНС). Ly6C / CCR2 воспалительные моноциты были идентифицированы как циркулирующие предшественники макрофагов мозга, дендритных клеток и, возможно, микроглии при экспериментальном аутоиммунном энцефаломиелите; болезни Альцгеймера; инсульте; и в последнее время при инфекции ЦНС, вызванной вирусом простого герпеса, вирусом японского энцефалита и вирусом Западного Нила. Точные пути дифференцировки и функции воспалительных популяций, происходящих из моноцитов в воспаленной ЦНС, остаются спорным вопросом, особенно в отношении существования микроглии, происходящей из моноцитов. Кроме того, вклад производных моноцитов в вирусный клиренс и иммунопатологию недостаточно четко определен.
Вирусная инфекция головного мозга может вызывать тяжелые и опасные для жизни заболевания. Несмотря на это, для лечения пациентов с энцефалитом доступно несколько видов терапии, помимо интенсивной поддерживающей терапии. Антивирусные препараты были разработаны для некоторых вирусов, которые могут инфицировать мозг, таких как вирус простого герпеса (HSV) -1 и 2 и вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), но даже при таком лечении результаты остаются относительно низкими. Многие такие пациенты остаются подверженными разным болезням, а оставшиеся в живых часто страдают от постоянных неврологических осложнений. Методы лечения, таргетированные на патогенные элементы иммунного ответа хозяина, могут иметь решающее значение для успешного вмешательства во время инфекции. Инфильтрация моноцитов является признаком воспаления центральной нервной системы (ЦНС), включая вирусную инфекцию. Эти клетки мигрируют в инфицированный мозг, где они дифференцируются в дендритные клетки (DC), макрофаги и, возможно, микроглиальные популяции. После дифференциации эти клетки реализуют ряд мощных эффекторных функций, включая презентацию антигена и стимуляцию Т-клеток, выработку и секрецию многочисленных провоспалительных медиаторов, а также активных форм кислорода (АФК), которые сосредоточены на сдерживании активности вируса. Однако несбалансированная и плохо контролируемая миграция и эффекторные функции этих клеток могут привести к иммуноопосредованной патологии, приводящей к повреждению и разрушению тканей при некоторых инфекциях. Следовательно, очень важно понимать процессы, управляющие развитием, рекрутированием, дифференцировкой и функционированием моноцитов, чтобы вести поиск новых терапевтических средств, которые ингибируют иммунопатологические реакции.
Моноциты получают из гемопоэтических стволовых клеток в костном мозге (ВМ) . 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. Селезенка также была идентифицирована как важный резервуар недифференцированных моноцитов, которые быстро распространяются в места воспаления, включая ишемическое сердце и мозг . Кроме того, недавнее исследование показало, что инфаркт миокарда вызывает значительное увеличение числа MDPs в селезенке, которые снабжают моноцитами сердце в течение всего периода острого воспаления. Вопрос о том, является ли селезенка значительным источником моноцитов во время инфекции ЦНС, еще предстоит определить. Вероятно, что и BM, и селезенка имеют решающее значение для поставки моноцитов в инфицированную ЦНС, особенно в случаях острой и тяжелой инфекции, при которой большое количество этих клеток быстро развертывается и рекрутируется в мозг.
MDPs дают два фенотипически и функционально различных подмножества моноцитов. Моноциты Ly6C hi характеризуются высокой экспрессией рецептора хемокина CCR2, молекулы адгезии CD62L и низкой экспрессией рецептора фракталкина CX 3 CR 1
Эти клетки были названы «воспалительными» , потому что они избирательно рекрутируются в местах воспаления и инфекции во многих моделях болезни, в том числе атеросклероза и таких заболеваний , как ревматоидный артрит; экспериментальный колит; инфаркт миокарда; и инфекции ЦНС, включая экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит, боковой амиотрофический склероз и инсульт. Недавние исследования показали, что эти клетки также рекрутируются в инфицированный вирусом мозг на животных моделях HSV, ВИЧ, и ряда флавивирусных энцефалитов, где они вызывают макрофаги DC и, возможно, микроглиальные популяции. И наоборот, Ly6C lo / моноциты меньше по размеру , чем их Ly6C коллеги и экспрессируют низкие уровни CCR2 и CD62L и высокие уровни CX 3 CR 1
Несколько исследований показали, что Ly6C hi моноциты могут вызывать циркуляцию Ly6C lo / - моноцитов. За последние несколько лет интерес к этой группе моноцитов значительно возрос. Недавние исследования описали патрулирующее поведение этих клеток в сосудистой сети и показали, что на некоторых моделях заболевания они быстро проникают в воспаленную ткань и могут способствовать ранним воспалительным реакциям до доминирования Ly6C hi моноцитами. На стадии разрешения некоторых заболеваний Ly6C lo / - моноциты являются критическими 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 .
Важность клеток, происходящих из моноцитов, в патогенезе инфекции головного мозга подчеркивает важность понимания путей, по которым моноциты мигрируют с периферии в мозг. Очевидно, что этот процесс регулируется взаимодействием молекул цитокин / хемокин и интегрин / клеточная адгезия, которые облегчают эмиграцию из BM в кровь и проникновение в ЦНС. Например, рецептор хемокина CXCR4 и один из его лигандов CXCL12 (SDF-1) непосредственно усиливают VLA-4-зависимую адгезию и тем самым способствуют сохранению незрелых клеток в BM. Дефицит любой из этих молекул приводит к нарушению миелопоэза . В дополнение к CXCR4, CCR2 и его лиганды, CCL2 и CCL7 (MCP-3), являются критическим требованием для Ly6C hi выхода моноцитов из костного мозга в кровь. CCL2 / дефицит CCR2 или блокада антител приводит к накоплению моноцитов в нескольких моделях заболеваний, в том числе EAE, WNV и HSV энцефалитов.
Ряд хемокинов и их рецепторов участвует в рекрутировании Ly6C hi моноцитов из крови и в мозг. CCR5 экспрессируется моноцитами Ly6C hi и важен для переноса в места воспаления в некоторых моделях заболевания. В мозге экспрессия его лиганда CCL5 (RANTES) сильно повышена во время инфекции / воспаления, включая энцефалитиды вируса клещевого энцефалита WNV, MHV, HSV . Другим представляющим интерес хемокином, который контролирует доставку моноцитов в паренхиму головного мозга, является SDF-1 / CXCL12 в сочетании с его рецептором CXCR4, экспрессируемым моноцитами . На животных моделях воспаления ЦНС, включая ЕАЕ , ВИЧ и WNV , наблюдается значительная активация CXCL12. В EAE и WNV было показано, что CXCL12 играет важную роль в удержании лейкоцитов в периваскулярном пространстве, тем самым ингибируя инфильтрацию в паренхиму. Потеря этого взаимодействия привела к потере периваскулярных "манжет" и неконтролируемой инфильтрации лейкоцитов CXCR4 + , включая моноциты, в паренхиму.
Хотя очевидно, что существует множество растворимых медиаторов, которые представляют потенциальные мишени для будущих терапий, направленных на блокирование миграции моноцитов, ось CCR2 / CCL2 остается наиболее мощным путем. Рекрутирование Ly6C hi / CCR2 hi моноцитов в ЦНС в моделях инсульта , периферического воспаления, болезни Альцгеймера (AD) и EAE зависят от CCR2 / сигнализации CCL2. В контексте вирусного энцефалита ось CCL2 / CCR2 также очень важна. Основные продуценты CCL2, по-видимому, различаются в зависимости от инфекционного агента, при этом микроглия служит важным источником инфекции вируса герпеса, нейроны в случае инфекции WNV и астроциты при энцефалите ВИЧ. Независимо от того , источник CCL2, ингибирование CCL2 может значительно уменьшить инфильтрацию воспалительных моноцитарных макрофагов и микроглии в зараженном мозге.
В последнее десятилетие основное внимание уделялось хемокинам, участвующим в транспорте моноцитов, однако молекулы клеточной адгезии и их лиганды интегрина, очевидно, здесь также важны. В большинстве моделей вирусной инфекции очень поздний антиген-4 (VLA-4) и антиген-1, связанный с функцией лейкоцитов (LFA-1), экспрессируются моноцитами Ly6C hi
Кроме того, их соответствующие связывания партнера сосудистой клеточной адгезии молекулы-1 (VCAM-1) и между клеточной адгезии молекул-1 (ICAM-1), как правило , повышалась на эндотелий и других типов клеток в воспаленном мозгу. Важность VLA-4 и VCAM-1 и LFA-1 и ICAM-1 в рекрутировании моноцитов Ly6C hi в места воспаления очевидна в экспериментах с использованием нокаутированных по гену животных или специфической блокады этих молекул. Взаимодействия VLA-4 и VCAM-1 имеют решающее значение для миграции моноцитов в сердце в моделях атеросклероза и повреждения артерий и воспаленной брюшины. VLA-4 также критически важен для инфильтрации моноцитов Ly6C hi в ЦНС на нескольких моделях воспаления, включая EAE и повреждение спинного мозга. Во время вирусной инфекции головного мозга исследователи обнаружили, что рекрутирование моноцитов в ЦНС также зависит от VLA-4. Нейтрализация антител против VLA-4 значительно нарушает рекрутирование моноцитов Ly6C hi в инфицированный мозг как при инфекции WNV, так и при JEV. Взаимодействия LFA-1 и ICAM-1 также важны для рекрутирования моноцитов в атеросклеротические бляшки и в ЦНС во время EAE. Исследователи показали, что LFA-1 также важен для рекрутирования моноцитов в WNV-инфицированный мозг, однако блокада привела к меньшему снижению инфильтрации моноцитов по сравнению с нейтрализацией VLA-4, что предполагает дифференциальное использование молекул адгезии моноцитом Ly6C hi. подмножества, попадающие в WNV-инфицированный мозг.
В моделях заболеваний ЦНС, таких как EAE и инсульт, было показано , что моноциты Ly6C hi в основном дифференцируются в популяции макрофагов и DC, проявляющие провоспалительный фенотип M1, который in vitro эффективно стимулирует ответы Th1 и Th17 в Т-клетках. Аналогично, в моделях вирусного энцефалита было показано , что Ly6C hi моноциты вызывают провоспалительные M1 макрофаги CD45 hi и CD11c + DC, которые экспрессируют высокие уровни оксида азота (NO) и TNF во время HSV, WNV, MHV, TMEV и JEV. Отметим, что эти макрофаги hi CD45 высокоэффективны при процессировании и презентации антигена и эффективно стимулируют пролиферацию Т-клеток.
Микроглия - постоянная популяция макрофагов головного мозга. Подобно другим резидентным клеткам ткани, таким как клетки Купфера печени и клетки Лангерганса эпидермиса, микроглия происходит из желточного мешка во время эмбриогенеза, из миелоидной линии, которая не зависит от BM HSC и, следовательно, отличается от линии происходящих из BM моноцитов . Микроглию можно отличить от инфильтрирующих происходящих из моноцитов макрофагов и DC по их низкой или промежуточной экспрессии CD45 и отсутствию экспрессии Ly6C. При большинстве инфекций резидентная микроглия играет функционально отличную роль от клеток, происходящих из моноцитов. Например, во время острого энцефалита ВЗН резидентная микроглия экспрессирует более низкие уровни провоспалительных медиаторов, таких как NO, экспрессирует более низкие уровни МНС-II и демонстрирует значительно сниженную способность обрабатывать антиген и стимулировать пролиферацию Т-клеток по сравнению с высокоактивированным инфильтрированием макрофаги. Для сравнения, при острой инфекции TMEV резидентная микроглия и инфильтрирующие макрофаги экспрессируют сходные уровни провоспалительных цитокинов и демонстрируют сходную способность к обработке и представлению антигена; однако на хронических стадиях заболевания макрофаги более эффективно стимулируют ответы Т-клеток .
Существует доказательства того , что проникающие в мозг моноциты способны привести к возникновению клеток микроглии в некоторых моделях воспаления ЦНС, включая AD, болезнь Паркинсона, EAE, а также при инфекционных моделях , таких как бактериальный менингит. Эти иммигрантские микроглиальные клетки, по-видимому, играют различные функциональные роли по сравнению с их резидентными аналогами во время болезни. Например, иммигрантская микроглия более эффективна для очистки амилоидных бляшек, чем резидентная микроглия. Тем не менее, одним из предостережений этих исследований было использование облучения для генерирования химер BM, чтобы отличить резидентный микроглиал от клеток, происходящих из BM. В настоящее время нет иммунофенотипических маркеров, которые могли бы окончательно разделить эти две популяции. В результате для генерации химер можно использовать различение тканей резидентных и BM-производных популяций. Однако облучение может нарушить гематоэнцефалический барьер (BBB) и способствовать выработке CCL2, что приводит к рекрутированию моноцитов в ЦНС. Поэтому трудно сделать вывод о том, является ли приживление моноцитов нормальным признаком заболевания у животных или является ли оно главным образом результатом предварительной обработки мозга облучением. Недавнее исследование с использованием модели парабиоза вместо облученных химер костного мозга показало, что приживление микроглии, происходящей из моноцитов во время инфекции, является лишь временным ответом. Модели парабиоза также использовались для того, чтобы показать, что при аксономии лицевого нерва или боковом амиотрофическом склерозе нет значительного приживления микроглии, происходящей из моноцитов.
Существует несколько исследований, в которых изучается рекрутирование микроглии, происходящей из моноцитов, во время вирусной инфекции ЦНС. Исследователи показали, что при энцефалите WNV воспалительные моноциты вызывают не только CD45 hi макрофаги в головном мозге, но также и подмножество CD45 int , которое фенотипически аналогично активированной резидентной микроглии, за исключением экспрессии Ly6C. Хотя химеры первоначально использовались для исследования этого явления, исследователи также подтвердили, что рекрутирование этих клеток, происходящих из моноцитов, не было результатом разрушения BBB ( используя методы, которые не используют никакого облучения, включая исследования адоптивного переноса костного мозга и системы на основе микрочастиц, которые способны отслеживать эти клетки с минимальным возмущением системы болезни). Кроме того, было обнаружено, что эти клетки вносят вклад в иммунопатогенез энцефалита WNV, так как блокада CCL2 значительно снижает рекрутинг в ЦНС и продлевает выживаемость летально инфицированных животных.
Моноциты Ly6C hi, по- видимому, играют парадоксальную роль во многих моделях заболеваний. Например, более высокая смертность и повышенная нагрузка патогенами наблюдаются при токсоплазме , листерии , криптококке , иерсиниевой инфекции , HSV-2 и коронавирусе, а также MHV , когда эти клетки истощены. С другой стороны, моноциты Ly6C hi являются прямыми мишенями для таких патогенов, как ВИЧ, TMEV, Listeria и Toxoplasma. Инфицированные моноциты могут быть непосредственно ответственны за распространение инфекции в виде «троянского коня» в ЦНС, тем самым усиливая заболевание и увеличивая потенциальную смертность.
Спорная роль моноцитов при инфицировании головного мозга заключается в их потенциальном вкладе в иммуноопосредованную патологию. В некоторых моделях болезни ЦНС, Ly6C воспалительных моноциты причинить значительный ущерб и разрушения в мозге, непосредственно влияющих на заболеваемость и смертность. Моноциты Ly6C hi вносят значительный вклад в патогенез заболевания во время инсульта. У мышей с дефицитом CCL2 - / - и CCR2 - / - наблюдаются меньшие инфаркты и улучшенные функциональные результаты по сравнению с контрольной группой дикого типа после транзиторной церебральной ишемии. Аналогично в моделях черепно-мозговой травмы CCL2 - / -у мышей наблюдалось снижение инфильтрации макрофагов и объема поражения по сравнению с мышами дикого типа, что соответствовало улучшению функционального восстановления после повреждения.
Хотя инфильтрация Ly6C hi- моноцитов является отличительной чертой вирусного энцефалита, роль этих клеток в вирусном клиренсе и иммунопатологии недостаточно четко определена. Однако, очевидно, что эти клетки имеют значение для контроля и очистки от некоторых вирусов, они несут прямую ответственность за привлечение других в ЦНС или вызывают значительную иммунопатологию. Будущие исследования, которые направлены на развитие моноцитов и миграцию в ЦНС терапевтическим способом, не только обеспечат существенное понимание путей, посредством которых моноциты рекрутируются в ЦНС, но и определят новые цели для терапии вирусного энцефалита.
Добавить комментарий