Makrofág

Aby se monocyt přeměnil na makrofág, musí proběhnout několik kroků. Zvětšuje se velikost buňky, zvyšuje se počet lysozomů, receptorů pro imunoglobulin IgG a zvyšuje se jeho schopnost fagocytózy.

Stejně jako u většiny buněk imunitního systému, vývoj a funkce makrofágů závisí na cytokinovém prostředí, ve kterém se nachází. Již od devadesátých let dvacátého století je známo, že působení jednotlivých cytokinů na genovou expresi v těchto buňkách je odlišné (porovnával se např. vliv IL-4 a IFNγ). Později přichází nová klasifikace makrofágů a rozdělení na M1 a M2 obdobně, jak tomu je u T lymfocytů. Tato klasifikace byla odvozena na základě lišícího se metabolizmu argininu v buňkách. V makrofázích ovlivněných cytokinovým prostředím, které vzniklo působením Th1 T lymfocytů (IFNγ), docházelo ke tvorbě oxidu dusnatého (NO), kdyžto v populaci makrofágů z prostředí Th2 (IL-4, TGF-β) docházelo ke konverzi argininu na ornitin (prostřednictvím enzymu argináza).[1] M1 tudíž můžeme považovat za klasicky aktivované makrofágy s prozánětlivou funkcí, kdyžto M2 za alternativně aktivované s funkcí protizánětlivou. M2 skupinu makrofágů můžeme dále dělit na M2a, M2b, M2c a M2d v závislosti na konkrétním stimulu. Takto hrubé dělení je nutno brát s nadhledem a jako hodně zjednodušené. Existuje celé spektrum populací makrofágů, např. makrofágy asociované s nádorem (tumor associated macrophages, TAMs), makrofágy exprimující TCR receptor a CD169, aj. [1][2]

Zánětlivé cytokinové prostředí (hlavně IFNγ) vytvořené efektorovými T lymfocyty a rozeznání patogenů pomocí PRR vede k aktivaci a iniciaci efektorových funkcí makrofágů. Takto aktivovaný makrofág ničí intracelulární patogeny především produkcí baktericidních kyslíkových radikálů (ROS) a NO. Dokáže rovněž amplifikovat zánětlivou odpověď produkcí dalších prozánětlivých cytokinů, např. IL-1, IL-6 a TNF-α.[3]

M2 makrofágy jsou asociovány se řadou fyziologických a patologických procesů, včetně homeostázy, ukončování zánětlivé imunitní odpovědi, metabolizmu, ale zároveň podporují růst nádorů. Hrají důležitou roli v regeneračních a remodelačních procesech vedoucích ke zhojení poškozené tkáně a promoci Th2 imunitní odpovědi. Vznikají především působením cytokinů IL-4 a IL-13. Tyto cytokiny dokážou potlačit následnou produkci IL-6 a TNF makrofágy. Získané poznatky o působení Th2 cytokinů ukazují, že mají spíše modulační, než inhibiční, účinek na funkci makrofágů - dochází tedy k jejich alternativní aktivaci.[4] Od M1 fenotypu se liší především neschopností prezentovat antigen, minimální produkcí ROS a NO a expresí specifických molekul, jako jsou např. iNOS, metaloproteázy a arginázy. Žádnou z těchto molekul ale nemůžeme použit jako marker pro determinaci M2. Za marker M2 můžeme považovat CD163, což je povrchový scavenger receptor pro zachytávání komplexu haptoglobinu-hemoglobinu. Nedokážeme ale s jistotou říct, že všechny CD163 pozitivní buňky jsou striktně M2 makrofágy. Většina studií, které se zabývají polarizací makrofágů, probíhají v in vitro podmínkách, které je nutno brát s nadhledem, jelikož nezachycují komplexitu podmínek in vivo. Je tedy vhodné používat kombinaci markerů pro odlišení populací M1 a M2. [5]

M2 makrofágy se dále dělí do několika hlavních podtypů (fenotypů): M2a, M2b, M2c a M2d. Tyto fenotypy jsou popsány na základě odlišných stimulů, expresí odlišných genů a v závěru i odlišné efektorové funkce. Je ale nutné zdůraznit, že tyto podtypy mnohdy nelze spolehlivě odlišit, jelikož jde spíše o kontinuální spektrum fenotypu makrofágů než o striktně oddělené skupiny. Tyto fenotypy v sebe mohou i přecházet, a proto je určení konkrétního podtypu v praxi velice složité.

Prvním fenotypem jsou tzv. „alternativně aktivované“ M2a makrofágy, které se díky své produkci profibrotických faktorů uplatňují především při hojení ran. K indukci tohoto fenotypu dochází v prostředí s cytokiny IL-4 a IL-13. Aktivace transkripce genů typických pro tento fenotyp se spouští prostřednictvím transkripčních faktorů STAT6, IRF4 a PPAR-γ.[6] M2a makrofágy exprimují molekuly CD206 (také známo jako manózový receptor), CD163 a CD369 a produkují receptor pro IL-1 (IL-1R), TGF-β, CCL17 a inzulínu podobné růstové faktory (IGF).[7]

M2b makrofágy jsou označovány jako „regulační makrofágy“, jelikož řídí rozsah reakce v závislosti na hladinách cytokinů, které produkují. K indukci M2b fenotypu dochází kombinací imunokomplexů a agonistů Toll-like receptorů (jako např. lipopolysacharidu) nebo agonistů IL-1R. M2b makrofágy exprimují CD86, CCL1 a TNFSF14. U tohoto fenotypu dochází k produkci prozánětlivých cytokinů (IL-1β, IL-6, TNF-α), ale zároveň se tvoří i vysoké hladiny protizánětlivého cytokinu IL-10 za současně velice nízkých hladin IL-12. M2b makrofágy mají poměrně vysokou fagocytární kapacitu oproti M2a makrofágům.[8] M2b dokáží zamezit polarizaci monocytů na M1.[7]

M2c fenotyp je považován za „deaktivační makrofágy“. Indukuje se vysokými hladinami IL-10 a signalizace pak dále vede přes transkripční faktor STAT3 až k opětovné produkci IL-10 spolu s TGF-β. Díky těmto cytokinům působí M2c protizánětlivě a mají profibrotickou funkci. M2c exprimují vysoké hladiny Mer receptoru tyrosin kinázy (MerTK), což je činí dobrými fagocytujícími buňkami apoptotických tělísek. M2c dále exprimují i CD163, CD206, CCR2, TLR1 a pentraxin-3 (PTX3). [6][8]

M2d jsou známé též jako „tumor asociované makrofágy“ (TAMs). Tento fenotyp je indukován kostimulací TLR agonisty spolu s agonisty A2 adenosinového receptoru (A2R) nebo IL-6. Adenosin umožnuje inhibici působení TNF-α, IL-1 a IFN-γ tím, že se váže na jejich receptory. Charakteristický cytokinový profil pro tento fenotyp představuje vysoká produkce IL-10, TGF-β a vaskulárního endotelového růstového faktoru (vascular epithelial growth factor, VEGF) a naopak nízká produkce IL-12, TNF-α a IL-1β. Tento profil vede ke zvýšené angiogenezi a přispívá k nádorové metastázi.[6][7][8] TAMs se dají polarizovat, běžně jsou polarizované směrem k M2, kde přispívají k růstu nádorů, pokud se ale polarizují směrem k M1 fenotypu, představují slibný prostředek k inhibici nádorové progrese.[9]

Spektrum fenotypů zahrnuje i další subtypy makrofágů, které byly původně nalezeny v aterosklerotických plátech: Mhem, Mox, M(Hb) a M4.

Prvním z nich jsou Mhem, které indukuje krevní hem. Exprimují CD163 a mají ateroprotektivní funkci. Tato funkce je zapříčiněna zejména jejich vysokou produkcí IL-10 a hem oxygenázy-1, které snižují hromadění lipidů a oxidativní stres v aterosklerotických plátech.[7]

Mox makrofágy vykazují fenotyp s rysy M1 i M2 makrofágů. Jsou indukované oxidovanými lipidy a exprimují TLR2 a nukleární transkripční faktor (nuclear erythroid-2 related factor – Nrf2). Působí antioxidačně díky své produkci IL-10 a COX2.[6][7]

M(Hb) jsou také indukované krevním hemem a jsou i dalším fenotypem makrofágů, který se nachází v aterosklerotických plátech. Exprimují CD163 a CD206, produkují IL-10 a zvyšují odtok cholesterolu, čímž zabraňují tvorbě pěnitých buněk při ateroskleróze. Také snižují produkci reaktivních forem kyslíku (reactive oxygen species, ROS) v aterosklerotických makrofázích.[6]

Posledním zmiňovaným typem jsou M4 makrofágy, které indukuje CXCL4. Mají sníženou expresi CD163, čímž působí ateroprotektivně, dále u nich pozorujeme expresi CD206 a metaloproteináz (MMP7). Produkují IL-6 a TNF-α.[6][7]

Kromě výše zmiňovaných existují ještě např. M17 a M3, které zatím nejsou dobře definované.

Fagocytóza je proces zajišťující pohlcení a zpracování cizích, nefunkčních, mrtvých či nemocných buněk a jiného korpuskulárního materiálu (velikost materiálu nad 100 nanometrů). Je to nejstarší imunitní děj; lze ho nalézt už u nižších živočichů.

Průběh fagocytózy

• přiblížení, chemotaxe
• rozpoznání, adherence, opsonizace
• ingesce (pohlcení) – vznik fagozomu
• splynutí fagozomu s lysozomem – vznik fagolysozomu
• digesce (trávení) ve fagolysozomu
• oxidativní vzplanutí – tvorba reaktivních kyslíkových radikálů, které zapříčiní zničení částice
• uvolnění produktů rozkladu z makrofágu

Další důležitou funkcí makrofágu je prezentace antigenu dalším buňkám imunitního systému. Makrofág prezentuje krátké peptidy (navázané na MHC) získané strávením pohlcené částice T-lymfocytům.

Prezentace antigenu

• Cizorodou částici rozpozná makrofág a fagocytuje ji
• Makrofág prezentuje antigen této částice
• Antigen-MHC II komplex, aktivace Th-lymfocytů
• Th-lymfocyty pak řídí imunitní odpověď organismu

Tato cesta může být posílena činností B-lymfocytů, které produkují protilátky.

• TOMAN, M. Imunologie pro farmaceuty. VFU, Brno 2004.
• MYSLIVEČEK, J., TROJAN, S. Fyziologie do kapsy. Triton, Praha 2004.

• Pěnitá buňka

• Obrázky, zvuky či videa k tématu makrofág na Wikimedia Commons