MAKROFAGI: CHARAKTERYSTYKA, POWSTAWANIE, RODZAJE, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2025

Te makrofagi są komórkami fagocytujących, które należą do jednej z dedykowanym wielu typów komórek obecnych w tkankach łącznych. Istnieją jako komórki ruchome i stałe oraz są ważnymi efektorami w układzie odpornościowym.

Należą do jednojądrzastego układu fagocytarnego, w skład którego oprócz makrofagów wchodzą monocyty, promonocyty i ich komórki prekursorowe. Główną funkcją komórek należących do tego układu jest „oczyszczanie” krwi, limfy i innych tkanek poprzez spożywanie lub fagocytozę różnych cząstek.

Makrofagi fagocytujące patogenną komórkę grzyba (źródło: Carolina Coelho via Wikimedia Commons)

Makrofagi pochodzą ze szpiku kostnego, są rozmieszczone w całym organizmie i mają różne kształty i cechy, które często zależą od tkanki, w której się znajdują, stopnia ich zróżnicowania oraz wieku lub czasu życia organizmu, w którym się znajdują badanie.

Są jednymi z najbardziej plastycznych komórek układu krwiotwórczego, ponieważ znajdują się we wszystkich tkankach organizmu i pełnią różne funkcje: uczestniczą w procesach rozwojowych, w utrzymaniu homeostazy organizmu, w naprawie tkanek oraz w układzie odpornościowym .

Jedna z jego głównych funkcji jest ściśle związana z obroną immunologiczną organizmu, ponieważ jego aktywność fagocytarna jest regulowana przez składniki układu dopełniacza i immunoglobuliny (oba składniki układu odpowiedzi immunologicznej).

Zostały odkryte ponad sto lat temu, ale w filogenezie metazoańskiej zostały zdefiniowane jako komórki „przodków”. Podczas jego odkrycia podkreślono nie tylko jego zdolność fagocytarną, ale także zdolność do odróżniania siebie od obcego, z którym narodziła się koncepcja odporności wrodzonej.

Odkrycie

Pierwsze komórki fagocytarne zostały opisane na podstawie badań przeprowadzonych na żabach w 1883 roku przez rosyjskiego zoologa Elie Metchnikoffa, który opisał nie tylko ich funkcję w obronie przed obcymi czynnikami, ale także zdolność tych komórek do eliminowania umierających komórek lub starzeją się w gospodarzu i identyfikują własne z dziwności.

Metchnikoff był czołowym badaczem, wymienionym jako ojciec współczesnej immunologii, który wniósł istotny wkład w rozwój immunologii jako nowej dyscypliny. Odkrycia ustalili również związek homologiczny między układem odpornościowym bezkręgowców a układem ssaków.

Opisując fagocyty i procesy fagocytarne, badacz ten, uhonorowany ponad sto lat temu (1908) Nagrodą Nobla, odkrył jeden z najbardziej intrygujących mechanizmów odporności wrodzonej.

Ich eksperymenty polegały na „wyzywaniu” lub „niepokojeniu” larw gatunku gwiazdy morskiej z kolcami w celu pobudzenia ich komórek odpornościowych i zbadania ich reakcji na inwazję tych obcych czynników. Dzięki temu obserwował pojawienie się komórek o specjalnych cechach, które „zjadały” te struktury.

Ukuł termin „fagocyty” (z greckiego „zapłata” - pożreć i „cytos” - komórka) do obserwowanych przez siebie komórek oraz do procesu prowadzącego do „fagocytozy”, ale znaczenie tego odkrycia nie stało się oczywiste, dopóki niektórzy lata później, wraz z odkryciami Paula Ehrlicha dotyczącymi odporności humoralnej i przeciwciał.

cechy

Komórki podobne do makrofagów mają wiele wspólnych cech w różnych organizmach wielokomórkowych, w których można je znaleźć. Są transportowane z miejsc produkcji do różnych części ciała, na różne sposoby, w zależności od istnienia układu krwionośnego lub nie.

Do najbardziej charakterystycznych cech makrofagów należy ich zdolność fagocytarna, mobilność wielu z nich oraz zdolność biosyntezy, której towarzyszy duża różnorodność wzorców ekspresji genów.

W stanie aktywnym są to niezwykle dynamiczne komórki o intensywnym ruchu błonowym. Zachodzą w nich różne procesy fuzji i rozszczepienia błon, związane z endocytozą i fagocytozą.

Te wyspecjalizowane komórki można sklasyfikować jako „długowieczne”, ponieważ najwyraźniej żyją one przez długi czas w tkankach obwodowych ciała. Ponadto są one stale zastępowane przez różnicowanie się ich komórek progenitorowych ze szpiku kostnego, które mogą opuścić krążenie i dostać się do różnych tkanek łącznych.

Ponieważ są to komórki ruchome, niektóre makrofagi mają fałdy w błonie komórkowej. Kiedy są przystosowane do pochłaniania dużych cząstek, mogą łączyć się z innymi komórkami, tworząc coś, co niektórzy autorzy nazywają „olbrzymią komórką ciała obcego”, gigantycznym wielojądrowym makrofagiem.

Obserwowane w tkankach, których są częścią, komórki te są zorganizowane w określone wzorce, w których każda komórka zajmuje swoje własne terytorium, coś w rodzaju „tkanki w innej tkance”.

Trening

Monojądrowy układ fagocytarny jest linią krwiotwórczą wywodzącą się z komórek progenitorowych szpiku kostnego. Uszkodzone komórki progenitorowe różnicują się, tworząc monocyty krwi, które przemieszczają się w strumieniu i dostają się do tkanek, stając się rezydentnymi makrofagami.

Tworzenie jednojądrzastego układu fagocytarnego rozpoczyna się od najbardziej „niedojrzałych” komórek, promonocytów, które są komórkami replikującymi się, z których powstają monocyty. Te ostatnie to te, które opuszczają szpik kostny i trafiają do krwiobiegu, gdzie w ciągu następnych 8 godzin rosną i różnicują się w dojrzałe monocyty.

W miejscach, w których dojrzałe monocyty znajdują „sprzyjające” warunki do fagocytozy, różnią się one tak zwanymi rezydentnymi makrofagami, ponieważ nie są w swobodnym krążeniu. Właśnie wtedy są wyposażeni we wszystkie odpowiednie aparaty do trawienia cząstek, które mają być fagocytowane.

Różnicowanie obejmuje różne zmiany: wzrost ciała komórkowego (co najmniej 5-krotnie większy od pierwotnego monocytu), wzrost liczby i złożoności organelli wewnętrznych, nabycie zdolności fagocytarnej (nagromadzenie enzymów hydrolitycznych) oraz wydzielanie czynników rozpuszczalnych.

Te komórki są rozmieszczone we wszystkich regionach ciała. Niektóre mają specjalne preferencje w stosunku do pewnych tkanek (utrwalone), podczas gdy inne zachowują zdolność poruszania się (pełzak) i są swobodne lub wędrują.

Histologia

Makrofagi mają bardzo zmienną morfologię, w dużej mierze ze względu na ich mobilność, ponieważ są zdolne do przemieszczania się między różnymi tkankami i przez nie. Mają nieregularny kształt, są spłaszczone i często wykazują podobne do pseudopodii procesy ruchu.

Ciało komórki makrofagów może mieć do 30 μm średnicy; aw jej cytoplazmie obserwuje się pojedyncze jądro o nieregularnym kształcie, z jedną lub dwiema widocznymi szczelinami, które nadają mu kształt nerki i gęstym regionem utworzonym przez heterochromatynę.

Mają różne wakuole, które zapewniają enzymy i odpowiednią przestrzeń do pochłaniania cząstek, takich jak mikroorganizmy lub szczątki komórek. Ponadto mają różne lizosomy, „fagosomy”, ciałka wielopęcherzykowe i ciałka szczątkowe; z tego powodu pod mikroskopem mówi się, że mają „ziarnistą” cytoplazmę.

Ponieważ do pełnienia swojej funkcji wymagają syntezy dużej ilości enzymów hydrolitycznych, komórki te prezentują wysoce rozwiniętą siateczkę endoplazmatyczną, a także znaczący kompleks Golgiego, który pełni funkcję pęcherzykowego transportu tych enzymów.

Histiocyty (makrofagi) pochłaniające komórki krwi (hematofagocytoza) (źródło: Koenjo via Wikimedia Commons)

Makrofagi posiadają korowe układy mikrofilamentów aktyny, które są charakterystyczne dla tych typów komórek; Obserwuje się również liczne mikrotubule i włókna pośrednie, które wykorzystują do ruchu ameboidalnego i podczas procesów fagocytarnych.

Ponieważ są to komórki fagocytarne, można je rozróżnić poprzez wstrzyknięcie specjalnych barwników (błękit trypanowy, karmin litowy lub atrament indyjski), ponieważ te plamy są fagocytarne i przechowywane w cytoplazmie w postaci granulek.

Rodzaje

W organizmie człowieka makrofagi rozróżnia się na podstawie ich lokalizacji i funkcji. W ten sposób makrofagi jelitowe, pęcherzykowe (w płucach), histiocyty (w tkankach łącznych), komórki Kupffera (w wątrobie), komórki mezangialne (w nerkach), komórki mikrogleju (w mózg) i osteoklasty (w kości).

Makrofagi jelitowe

Ta klasa makrofagów reprezentuje jedną z najliczniejszych populacji makrofagów w organizmie i stanowi pierwszą linię obrony (wrodzony układ odpornościowy). Znajdują się w blaszce podnabłonkowej właściwej.

Odpowiadają za regulację odpowiedzi zapalnej przeciwko bakteriom i różnym antygenom, które mogą pokonać barierę nabłonkową. Dodatkowo chronią błonę śluzową przed groźnymi patogenami i „oczyszczają” układ z martwych komórek i innych obcych zanieczyszczeń.

Makrofagi jelitowe posiadają specjalne mechanizmy, dzięki którym są w stanie odróżnić niepatogenne mikroorganizmy komensalne od niebezpiecznych najeźdźców.

Makrofagi pęcherzykowe

Są to wyspecjalizowane makrofagi, które znajdują się w pęcherzykach płucnych, przedziałach o dużych wahaniach środowiskowych, głównie związanych z ciśnieniem parcjalnym tlenu. Oprócz niektórych limfocytów są jedną z nielicznych populacji komórek znajdujących się w tych przestrzeniach.

Podobnie jak inne makrofagi, pełnią one ważne funkcje w „oczyszczaniu” komórek apoptotycznych i innych pozostałości komórkowych. Są również zaangażowani w oczyszczanie zanieczyszczających cząsteczek, które dostają się przez drogi oddechowe, a także uczestniczą w różnych procesach immunologicznych.

Histiocyty

Termin „histiocyt” jest powszechnie używany w odniesieniu do wszystkich komórek o cechach podobnych do makrofagów i pochodzeniu z tkanki łącznej.

Oznacza to, że odnosi się do zróżnicowanych komórek pochodzących z linii monocytów / makrofagów, w tym makrofagów sinusoidalnych w śledzionie, makrofagów pęcherzykowych w płucach i komórek Kupffera w wątrobie.

Podobnie jak inne typy makrofagów, histiocyty chronią organizm przed inwazją mikroorganizmów i niepożądanych cząstek organicznych lub nieorganicznych, a także uczestniczą w prezentacji antygenów limfocytom T jako inicjacja odpowiedzi immunologicznej.

Komórki Kupffera

Są rodzajem komórek wątroby, które zaliczane są do rezydujących makrofagów i są spokrewnione z komórkami wyściółki sinusoidalnej, która jest niczym innym jak warstwą komórek pokrywającą zatoki, duże przestrzenie naczyniowe znajdujące się między płytkami. hepatocytów tworzących zraziki wątroby.

Oglądanie mikrografii elektronowej tych komórek ujawni liczne wypustki cytoplazmatyczne, wiele mitochondriów, zredukowaną siateczkę endoplazmatyczną, mały kompleks Golgiego oraz wiele lizosomów i endosomów.

Są one uważane za „migrujące komórki śmieci”, ponieważ nie mają połączeń międzykomórkowych z sąsiednimi komórkami.

Komórki mezangialne

Komórki mezangialne to komórki znajdujące się w kłębuszkach nerkowych, które są miejscami w tym narządzie, w których filtruje się krew i syntetyzuje się mocz. Ich główne funkcje obejmują regulację przepływu krwi i fagocytozę oraz biorą udział w różnych patologiach nerek.

Mają cechy zmodyfikowanych komórek mięśni gładkich, ponieważ mają naturalną kurczliwość i są zdolne do wytwarzania cytokin i endocytizacji makrocząsteczek, takich jak kompleksy immunologiczne.

Komórki mikrogleju

Stanowią 20% komórek w ośrodkowym układzie nerwowym i są morfologicznie, immunofenotypowo i funkcjonalnie spokrewnione z komórkami linii monocytów / makrofagów.

Są aktywowane w odpowiedzi na różnorodne stany lub urazy mózgu i są odpowiedzialne za obronę przed atakującymi mikroorganizmami.

Osteoklasty

Osteoklasty to komórki należące do tkanki kostnej, które są odpowiedzialne za proces znany jako „resorpcja kości”, który jest niezbędny dla homeostazy tej tkanki łącznej w trakcie i po osteogenezie.

Jego funkcje są związane z jego zdolnością do „hydrolizowania” apoptotycznych lub starzejących się komórek tworzących tkankę kostną poprzez wydzielanie enzymów lizosomalnych i innych jonów biorących udział w tym procesie.

cechy

Makrofagi to wysoce plastyczne komórki, które specjalizują się między innymi w fagocytozie obcych substancji i atakujących mikroorganizmów, uszkodzonych, starych lub starzejących się komórkach oraz szczątkach komórkowych. Wykazano również, że biorą udział w pinocytozie.

Niektóre typy makrofagów mają „wyspecjalizowane” funkcje fagocytarne, takie jak bakteryjna fagocytoza, która występuje po rozpoznaniu specjalnych reszt węglowodanowych na ścianach komórek bakteryjnych przez receptory na powierzchni makrofaga zwanego C3.

Oprócz pełnienia funkcji „wartowniczej” i „oczyszczającej”, rezydentne makrofagi są zdolne do inicjowania ostrych odpowiedzi zapalnych i zmian naczyniowych poprzez ich powiązanie z mikrokrążeniem.

Podczas tych odpowiedzi zapalnych makrofagi są aktywowane przez czynniki wydzielane przez limfocyty, co pomaga im zwiększyć ich zdolność fagocytarną dzięki swoistej metamorfozie, dzięki której nabywają mikrokosmki i lamellipodia (rozszerzenia błony).

Niektóre typy makrofagów fagocytozują antygeny i prezentują je limfocytom, przez co biorą bezpośredni udział w kaskadach odpowiedzi immunologicznej. Ponadto wydzielają specjalne czynniki, które stymulują podział limfocytów T, różnicowanie limfocytów B itp.

Makrofagi pęcherzykowe są najlepszym przykładem „niefagocytarnych” funkcji makrofagów, ponieważ mogą one powodować endocytarną sadzę, azbest, przemysłowe zanieczyszczenia gazowe, dym papierosowy, a nawet włókna bawełny.

Bibliografia

1. Cline, M. (1994). Histiocyty i histiocytoza. Blood, 84 (4), 2840–2853.
2. Dudek, RW (1950). High-Yield Histology (wyd. 2). Filadelfia, Pensylwania: Lippincott Williams & Wilkins.
3. Gartner, L. i Hiatt, J. (2002). Text Atlas of Histology (wyd. 2). Meksyk DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
4. Gehrmann, J., Matsumoto, Y., & Kreutzberg, GW (1995). Mikroglej: wewnętrzna immunologiczna komórka efektorowa mózgu. Brain Research Reviews, 20, 269–287.
5. Gordon, S. (2007). Makrofag: przeszłość, teraźniejszość i przyszłość. European Journal of Immunology, 37, 9–17.
6. Hume, DA (2006). Układ fagocytów jednojądrzastych. Current Opinion in Immunology, 18, 49–53.
7. Hussell, T. i Bell, TJ (2014). Makrofagi pęcherzykowe: plastyczność w kontekście tkankowym. Nature Reviews Immunology, 1–13.
8. Johnson, K. (1991). Histology and Cell Biology (2nd ed.). Baltimore, Maryland: Krajowa seria medyczna do niezależnych badań.
9. Kindt, T., Goldsby, R. i Osborne, B. (2007). Kuby's Immunology (6th ed.). Meksyk DF: McGraw-Hill Interamericana z Hiszpanii.
10. Kuehnel, W. (2003). Color Atlas of Cytology, Histology, and Microscopic Anatomy (wyd. 4). Nowy Jork: Thieme.
11. Liu, G. i Yang, H. (2013). Modulacja aktywacji makrofagów i programowanie odporności. Journal of Cellular Physiology, 502–512.
12. Masuya, M., Drake, CJ, Fleming, PA, Reilly, CM, Zeng, H., Hill, WD, … Ogawa, M. (2003). Hematopoetyczne pochodzenie kłębuszkowych komórek mezangialnych. Blood, 101 (6), 2215–2218.
13. Merien, F. (2016). Podróż z Elie Metchnikoff: Od wrodzonych mechanizmów komórkowych w chorobach zakaźnych do biologii kwantowej. Frontiers in Public Health, 4 (125), 1–5.
14. Smith, PD, Smythies, LE, Shen, R., Gliozzi, M. i Wahl, SM (2011). Makrofagi jelitowe i reakcja na wtargnięcie drobnoustrojów. Mucosal Immunology, 4 (1), 32–42.
15. van Furth, R., Cohn, Z., Hirsch, J., Humphrey, J., Spector, W., & Langevoort, H. (1972). Układ jednojądrzastych fagocytów: nowa klasyfikacja makrofagów, monocytów i ich komórek prekursorowych. Memoranda, 845–852.
16. VIB Life Sciences Research Institute. (2016). Pobrane z www.vib.be/en/news/Pages/Macrophages-One-Of-The-Oldest-Immune-Cells-Reveals-Its-Hidden-Beauty-After-A-Century.aspx
17. Wynn, TA, Chawla, A. i Pollard, JW (2013). Biologia makrofagów w rozwoju, homeostazie i chorobie. Naturę, 496, 445-455.