Роль макрофагов в формировании гранулем - гранулематозное воспаление и гранулематозные болезни
Глава 2
РОЛЬ МАКРОФАГОВ В ФОРМИРОВАНИИ ГРАНУЛЕМ И РАЗВИТИИ ГРАНУЛЕМАТОЗНОГО ВОСПАЛЕНИЯ
Гранулематозное воспаление, отличающееся наличием компактных клеточных скоплений—гранулем, характеризуется в первую очередь тем, что основными клеточными элементами в очаге такого воспаления являются макрофаг и его производные — эпителиоидные и гигантские многоядерные клетки. Другие клетки гранулемы и гранулематозного воспаления — лимфоциты, плазматические клетки, нейтрофильные и эозинофильные гранулоциты, тучные клетки, фибробласты — составляют дополнительные вспомогательные структурные образования- они не влияют на развитие гранулематозного воспаления [Adams D. О., 1983]. Поэтому остановимся на характеристике макрофагов, их предшественников и производных. Все эти клетки, в том числе разнообразные формы макрофагов, относятся к системе фагоцитирующих мононуклеаров (СФМ).
СФМ образуется единой клеточной линией, источником происхождения которой является недифференцированная плюрипотентная стволовая клетка костного мозга [van Furth R., 1981]. Из стволовой клетки при ее делении возникают наряду с предшественниками лейкоцитов — гранулоцитов недифференцированные предшественники моноцитов — монобласты [van Furth R., 1981- Adams D. О., 1983]. Согласно данным R. van Furth, при делении монобласта возникают два промоноцита, каждый из которых еще раз делится и дает начало двум моноцитам. Все указанные формы СФМ живут в костном мозге, однако возникшие при делении и дифференцировке моноциты довольно быстро выходят из костного мозга в кровь. Моноциты, как правило, не делятся и через определенное время случайным образом покидают кровь, переходя в органы и ткани и превращаясь в макрофаги. Полупериод циркуляции моноцитов в крови резко колеблется в зависимости от вида животного: у мышей он равен 17,4 ч- у человека — 71 ч [van Furth R. et al., 1982). При этом наибольший приток моноцитов (более половины клеток, уходящих из крови) наблюдается в печень, затем в легкие, брюшную полость, кишечник [van Furth R. et al., 1982]. У взрослых половозрелых особей часть моноцитов, мигрировавших из крови в ткани, может один раз разделиться, однако основной источник нарастания количества моноцитов в каком-либо участке организма — моноциты крови. Имеется несколько функционально-морфологических форм клеток СФМ. Так, клетки, сходные с моноцитами крови и способные делиться, находящиеся в тканях и серозных полостях, рассматриваются как молодые (незрелые) макрофаги. Эти клетки дифференцируются в зрелые макрофаги. Ниже приведена табл. 2 [Серов В. В., Шехтер А. Б., 1981], в которой представлены основные структурно-функциональные особенности клеток СФМ. Следовательно, клетки СФМ можно разделить на: 1) костномозговые предшественники, 2) зрелые (моноциты), циркулирующие в крови, 3) тканевые макрофаги.
Тканевые макрофаги делят по локализации и морфофункциональным характеристикам на: 1) макрофаги серозных полостей, в частности перитонеальные и плевральные- 2) гистиоциты соединительной ткани- 3) купферовские клетки печени (звездчатые ретикулоэндотелиоциты)- 4) макрофаги лимфатических узлов, селезенки и костного мозга- 5) клетки Лангерганса кожи- 6) микроглию ЦНС- 7) остеокласты. Каждая из указанных систем тканевых макрофагов является, по-видимому, открытой системой, которая пополняется за счет прихода из крови моноцитов. Последние затем дифференцируются в местные тканевые макрофаги. Этот процесс прихода моноцитов резко усиливается при действии раздражающего (воспалительного) или повреждающего стимула.
Однако в интактных органах и тканях, особенно брюшной полости, рыхлой соединительной, ЦНС, а также интерстициальной ткани легких существуют клеточные линии, относящиеся по всем признакам к СФМ, но самоподдерживающиеся в результате медленного, но по-
Таблица 2. Структурно-функциональные особенности мононуклеарных фагоцитов
Примечание. Знаками (—) и ( + ) обозначена степень выраженное г и признака.
Это так называемые резидентные макрофаги, которые, по-видимому, заселили конкретную тканевую область на ранних этапах развития организма. Некоторые авторы считают, что резидентные макрофаги являются «сигнальными» клетками, дающими информацию о состоянии данного тканевого региона. Наиболее детально вопрос о соотношении резидентных и «пришлых» моноцитарных макрофагов разработан
W. T. Daems и другими исследователями на примере макрофагов брюшной полости.
Резидентные макрофаги брюшной полости можно получить при лаваже последний у интактных молодых животных [Daems W. Т., 1980]. Это относительно стабильная и гомогенная клеточная популяция у животных определенного вида, но имеющая значительные различия от вида к виду [Daems W. Т. et ah, 1976]. Поверхность резидентных макрофагов имеет складки, пальцеобразные выросты, вуали, а при контрастировании рутениевым красным на поверхности макрофагов виден надмембранный слой толщиной до 60 нм, в состав которого входят, в частности, мембранные гликопротеиды. Под плазменной мембраной обнаруживаются в большом количестве актиновые филаменты толщиной 5—6 нм. Кроме того, актиновые филаменты выделяются в псевдоподиях, участвующих в захвате частиц. В резидентных макрофагах, по данным W. Т. Daems (1980), видны лакуны, распространяющиеся от поверхности клеток в глубину, а также в большом количестве везикулы и вакуоли. Маленькие везикулы могут быть соединены с внеклеточной средой в виде узкой горловины и построены по типу окаймленных везикул. Ядро резистентных макрофагов неправильной формы, хроматин диспергирован, в большом количестве представлены ядерные поры.
Количество лизосом в резидентных макрофагах различное, однако в брюшной полости эти клетки имеют небольшое число органелл, в которых часто виден ореол между ограничивающей мембраной и матриксом. В лизосомах резидентных макрофагов обнаружены кислая фосфатаза, аминопептидаза и другие ферменты. В то же время не выявлена эндогенная пероксидазная активность, которая обнаруживается в моноцитах и макрофагах моноцитарного происхождения. Пластинчатый комплекс резидентных макрофагов обнаруживает активность кислой фосфатазы, в везикулах этого аппарата видна пероксидазная активность. Эта активность выявляется также в зернистой эндоплазматической сети (ЗЭС) и нуклеарном окружении резидентных макрофагов. В ряде случаев в тесной связи с ЗЭС обнаруживаются микропероксисомы. Они обнаружены также в звездчатых ретикулоэндотелиоцитах [Novikoff А. В. et al., 1973]. В резидентных макрофагах наряду с микротрубочками, актиновыми филаментами имеются филаменты величиной 10 нм. Роль последних в настоящее время полностью не выяснена. Следует отметить, что резидентные макрофаги могут делиться митозом в месте своего расположения, т. е. они относятся к самоподдерживающейся клеточной линии.
После введения в брюшную полость некоторых веществ: раствора гликогена, пептона, крахмала, тиогликолата, минерального масла увеличивается количество клеток в брюшной полости. При этом появляется много моноцитов и макрофагов моноцитоидного происхождения, так называемых экссудативных клеток.
Важный признак экссудативных макрофагов — отсутствие пероксидазной активности в ЗЭС, пластинчатом комплексе и околоядерном окружении. Н. J. van Rhee и соавт. (1979) и другие исследователи показали, что пероксидазная активность в указанных зонах у моноцитарных макрофагов может появляться в особых условиях, однако это явление носит временный характер. W. Т. Daems (1980) различает первичные и вторичные гранулы в моноцитах. Оба типа гранул имеют пероксидазную активность, причем, возможно, во вторичных гранулах содержится больше каталазы. По данным W. Т. Daems (1980), оба типа гранул могут быть первичными лизосомами. Эти гранулы могут сливаться с фагосомами, при этом освобождаются ферменты. По мере созревания макрофагов первичные и вторичные гранулы исчезают, но вместе с тем появляются округлые гранулы больших размеров — макрофагальные гранулы (рис. 7) с характерным ореолом вокруг плотного центра. В экссудативных макрофагах обнаружены также микропероксисомы, которые отсутствуют в моноцитах крови. Количество микропероксисом увеличивается по мере перехода моноцита в макрофаг, макрофага в эпителиоидную клетку и при слиянии макрофагов в гигантские многоядерные клетки.
Имеются также и функциональные признаки резидентных и экссудативных макрофагов. Так, у макрофагов моноцитарного генеза в отличие от резидентных хорошо выражены рецепторы к Fc-фрагменту IgG, а также к компоненту СЗ комплемента. Благодаря этим особенностям моноцитарные макрофаги захватывают частицы, опсонизированные IgG, т. е. включением иммунного механизма, тогда как резидентные макрофаги не используют такой механизм и менее эффективно фагоцитируют.
Рис. 7. Ультраструктура макрофага.
Видны макрофагальные гранулы с периферическим ореолом. X 15 000.
Макрофаги соединительной ткани (гистиоциты) .*
*Термин «гистиоциты» часто употребляется при описании клеток хронического воспалительного очага. Такое определение неточно.
Морфология этих клеток изучена и детально охарактеризована В. В. Серовым и А. Б, Шехтером (1981). Основываясь на данных А. А. Максимова (1923), авторы считают, что гистиоциты имеют округлую, но слегка уплощенную форму, неровные контуры цитоплазмы, почковидное или овальное ядро. В их цитоплазме определяются ШИК-позитивные включения, устойчивые к амилазе, а также высокая активность лизосомальных ферментов (неспецифической эстеразы и кислой фосфатазы). По данным К. Kajikawa (1964), К. Kajikawa и соавт. (1970), гистиоциты напоминают перитонеальные макрофаги. У них хорошо развиты ЗЭС и пластинчатый комплекс. К. Kajikawa (1964) показал, что пузырьки цитоплазматической сети могут содержать материал, обнаруживаемый затем в зрелых лизосомах — «Н-гранулы». В. В. Серов и А. Б. Шехнер (1971) отмечают большую вариабельность гистиоцитов: наиболее постоянные признаки — ворсинчатая поверхность и развитый лизосомальный аппарат.
Легочные альвеолярные макрофаги. Эти клетки располагаются в интерстиции альвеолярных септ и на поверхности или в просвете альвеол. В условиях патологии обнаруживаются особые формы легочных макрофагов, в частности гемисидерофаги. По поводу происхождения альвеолярных макрофагов было много споров: с помощью хромосомальных маркеров установлено, что макрофаги поверхности альвеол и свободные внутриальвеолярные макрофаги имеют в основном костномозговое происхождение и дифференцируются из моноцитов крови. В то же время макрофаги интерстиция альвеолярных септ, возможно, образуют относительно автономную и самоподдерживающуюся клеточную линию.
Купферовские клетки печени (звездчатые ретикулоэндотелиоциты). Эти клетки располагаются по ходу синусов, выпячиваясь в просвет синусов и принимая треугольную или клинообразную форму. Они отличаются выраженной фагоцитарной активностью, что лучше всего выявляется при введении в кровь коллоидных растворов, например коллоидного раствора угля (туши). При электронно-микроскопическом изучении показано, что клетки, образующие стенку синусов, представлены двумя различными типами, имеющими разное происхождение [Yamagishi М., 1959- Wisse E., 1970, 1972]. Клетки гематогенного происхождения образуют выросты в просвет сосуда и являются купферовскими [Wisse Е., Daems W. Т., 1970], другие — эндотелиоцитами. Эти клетки имеют многочисленные пальцевидные и вуалевидные выпячивания поверхности [Карр Я., 1978]. На поверхности многих купферовских клеток наблюдаются глубокие трубчатые инвагинации [Того I et. al., 1962- Orei L. et al., 1968]. Эти выпячивания образуют систему узких канальцев, которые со стороны цитоплазмы окружены окаймлёнными везикулами. Такая система предназначена для захвата мелких частиц, в том числе коллоидных растворов. В этих макрофагах есть первичные и вторичные лизосомы, иногда в последних обнаруживают ферритин. Сеть канальцев ЗЭС развита так же, как пластинчатый комплекс. В пузырьках и мешочках пластинчатого комплекса ЭЗС, включая перинуклеарное пространство, а также в плотных тельцах, окруженных мембраной, выявлена активность пероксидазы [Fahimi Н. D., 1970].
Макрофаги лимфатических узлов, селезенки, костного мозга. Часть таких клеток имеет типичную структуру и функцию макрофагов. Другие в основном отросчатые — «дендритные» клетки, в настоящее время их относят к стромальным клеточным элементам. Они имеют костномозговое происхождение, но отличаются от клеток крови [Фриденштейн А. Я-, 1983] и обладают антигенпредставляющей или вспомогательной функцией [Knight S. С. et al, 1985- Villa М. L et al., 1985]. Типичные макрофаги располагаются или внутри синусов, или снаружи, среди адвентициальных или паренхиматозных клеток. Они имеют неровную поверхность с многочисленными гребнями. Содержат много лизосом.
В крупных лизосомах встречаются агрегаты ферритина, миелиновые фигуры, остатки поглощенных клеток. В макрофагах лимфатических узлов обнаруживается несколько типов везикул. По данным Я. Карр (1978), гладкие везикулы имеют размеры от 60 нм до 1 мкм, а окаймленные — от 0,01 до 0,18 мкм. Хорошо развиты ЗЭС и пластинчатый комплекс. Митохондрии имеют вытянутую форму. Весьма характерно для макрофагов лимфатических узлов наличие микрофибрилл и развитой системы микротрубочек.
В макрофагах селезенки также обнаруживают пластинчатый комплекс, сеть микрофиламентов, лизосомальный аппарат. При поглощении коллоидного угля отростки макрофагов (псевдоподии) проникают в просвет синусов между эндотелиоцитами. Для макрофагов костного мозга, как и для макрофагов селезенки крыс, характерно то, что они окружены эритробластами. В костном мозге между эритробластами располагаются цитоплазматические отростки макрофагов- в таких клетках содержится сравнительно мало везикул, однако имеется много лизосом, содержащих большое количество ферритина. Помимо типичных макрофагов, в лимфатических узлах и селезенке имеются стром ал ьные элементы- некоторые авторы [Marshal А. Н., White R G., 1950] описывают их как равновидность макрофагов. В лимфатических фолликулах лимфатических узлов и селезенки, богатых В-лимфоцитами, преобладают дендритные ретикулярные клетки. Эти клетки, по данным А. Хем и Д. Кормак (1983), не фагоцитируют, имеют тонкий ободок цитоплазмы и соединены друг с другом десмосомами. В них выявляется активность неспецифической эстеразы и 5-нуклеотидазы на поверхности. В областях, богатых Т-лимфоцитами (внутренняя часть коркового вещества лимфатических узлов и периартериолярные лимфатические муфты селезенки), клетки стромы имеют полиморфное ядро и отростки особой формы, напоминающие переплетающиеся пальцы. Это большие клетки,. в цитоплазму которых глубоко выпячивается либо часть лимфоцита, либо весь лимфоцит. Это так называемые интердигетирующие клетки, которые большинство авторов относят к макрофагам. В тоже время А. Хем и Д. Кормак расценивают их вместе с дендритными как ретикулярные клетки.
Van Furth и соавт. (1982) установили, что Т-лимфоциты вновь возвращаются к указанным макрофагам и располагаются в тесном контакте с ними. Таким образом, интердигетирующие макрофаги, по-видимому, влияют на дифференцировку Т-лимфоцитов.
Эпидермальные макрофаги — клетки Лангерганса Эти клетки были впервые описаны Лангергаисом в 1868 г. и детально изучены в последние два десятилетия. Клетки Лангерганса встречаются в эпидермисе кожи, в эпителии слизистой оболочки полости рта, пищевода, дыхательных путей, конъюнктивы, влагалища шейки матки, а также в лимфатических узлах, миндалинах, вилочковой железе. Светооптически это отростчатые клетки с крупным ядром, которые невозможно отличить без специальных методов исследования от других клеток. При электронно-микроскопическом исследовании, по данным И. С. Персиной (1983), указанные клетки имеют ядро округлой или неправильной формы, сравнительно неширокий ободок цитоплазмы. В последней обнаруживаются развитые ЗЭС, пластинчатый комплекс, митохондрии, менее выражены лизосомы и фибриллярные структуры. Специфичны для этих клеток гранулы Бирбека. По материалам И. С. Персиной (1985), они имеют вид тенисной ракетки, окружены мембраной, к которой изнутри прилегает мелкозернистый слой. По середине «рукоятки ракетки» проходит пластинка, имеющая зерностое строение и периодичную исчерченность. В гранулах Бирбека выявлены кислая и щелочная фосфатазы [Masutani М., Hashimoto К., 1979- Khalil (Shonoman) N. М. et al., 1982]. Кроме того, в КЛ обнаружены a-D-маннозидаза [Bedur В., Elleder М., 1980], р-глюкозидаза [Мае Kenzie I. et al., неспецифическая эстераза. Обнаружен также белок S-100, характерный для нервных клеток [Coccia D. et al., 1981] Этот белок выявлен также в интердигетирующих ретикулярных клетках пара кортикальных зон лимфатических узлов [Nakajama Т. et а!., 1982]. Следует отметить, что в эпидермисе имеютсянаряду с клетками Лангерганса дендритные клетки, несущие Thu-1-антиген, но не 1а-антиген [Schler G., 1984], которые еще мало изучены.
