Архив патологии.-1991.-№4.-С-3-8

КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1991

УДК  616.24-0О8.953.3-091.8

АЛЬВЕОЛЯРНЫЕ МАКРОФАГИ В ФИЗИОЛОГИИ И ПАТОЛОГИИ ЛЕГКИХ

Ключевые слова: альвеолярный макрофаг, бронхиальная астма, пневмосклероз, эмфизема.

М. Ю. Яковлев Л. Д. Зубаирова, А. Н. Крупник, Н. К. Пермяков (Москва)

Лаборатория патологической анатомии экстремальных состояний (руководитель — акад. АМН СССР проф. Н. К. Пермяков) и Научно-производственная фирма «Мечников» Института морфологии человека АМН СССР

 

Структурно-функциональные особенности лег­ких обусловливают их высокую чувствитель­ность к воздействию разнообразных неблаго­приятных факторов внутренней и внешней среды. За сутки через легкие проходит около 8 000— 12 000 л воздуха, которые содержат самые разнообразные, далеко не безвредные для орга­на и организма примеси. В легкие поступает весь объем, циркулирующей крови, содержащий различные иммунные комплексы и другие токсич­ные агенты, которые могут быть факторами повреждения эндотелиальной выстилки сосудов микроциркуляции и других структур органа.

Принимая во внимание важную роль макрофагальной системы в осуществлении метаболи­ческой и дренажной функции легких, защите их от ингалируемых микроорганизмов и про­дуктов их разрушения или жизнедеятельности, сапрофитной микрофлоры и эндотоксина, пыле­вых частиц и эндогенных токсичных факто­ров, мы сочли целесообразным обобщить много­численные данные литературы и собственные наблюдения, касающиеся роли альвеолярных макрофагов (AM) в процессах гомеостаза и развитии легочных заболеваний.

Заселение макрофагами легких происходит в антенатальном периоде [2], связано с мигра­цией в орган костномозговой клетки-предшествен­ника, которая, дифференцируясь в резидуальную клетку, сохраняет способность восполнять свой клеточный пул за счет митотического деления [24]. Митотический ресурс этой клетки неизвестен, но он, по-видимому, достаточен для покрытия потребности в легочных макрофагах в первые дни постнатального периода. Легочные макрофаги подразделяются на интерстициальные (периваскулярные, перибронхиальные) и альвео­лярные, непосредственными предшественниками последних являются первые [49]. Вместе с тем есть основания полагать, что при воспалении или ингаляции антигенов определенная часть макрофагов дифференцируется в AM непосред­ственно из моноцита (минуя фазу «макрофаг интерстиция»). Исследования, проведенные на крысах с помощью моноклональных антител ЕД-1, ЕД-2, ЕД-3, подтверждают это предполо­жение  и  свидетельствуют о  наличии  трех  субпопуляций моноцитов, способных мигрировать в легкие [54]. Установлено, что макрофаги брохнолимфатической ткани и интерстиция имеют рецепторы к антителам ЕД-2, тогда как небольшое количество макрофагов интерстиция и боль­шинство AM — к ЕД-1. Эти данные свидетель­ствуют о важной роли пула ЕД-1-позитивных моноцитов периферической крови в реализации механизмов срочной адаптации к эстремальным воздействиям среды, что наряду со способ­ностью зрелых AM человека к пролиферации [3] обеспечивает поддержание (увеличение) клеточ­ного пула AM на необходимом для осуществления барьерной функции уровне. Кроме того, приведен­ные данные литературы свидетельствуют о гете­рогенности популяции AM и позволяют квалифицировать их как систему клеток.

AM участвуют в инициации иммунного, отве­та, обладают мощным фагоцитарным и литическим потенциалом (протеазами, фосфолипазами, кислой рибонуклеазой, фосфатазой, лизоцимом, супероксидами), способны секретировать компоненты комплемента, простагландины, лейкотриены, гранулопоэтины, интерлейкин-1, интерфе­рон, противоопухолевые факторы [32]. AM, яв­ляясь едва ли не единственными резидуальными макрофагами альвеолярных пространств, изначально детерминированы к защите легочной ткани от различных инфекционных агентов [30, 48], пылевых частиц неорганической природы. Период полураспада фагоцитированных AM пылевых частиц составляет 24 ч, тогда как при про­никновении последних в легочную ткань он про­должается несколько месяцев [48, 52].

Поглощение AM веществ может осуществлять­ся посредством пиноцитоза — захвата раствори­мых макромолекул и фагоцитоза — захвата частиц размером более 1 мкм. Взаимодействие лиганда с плазматической мембраной фагоцита может быть неспецифическим (поглощение моле­кулы в составе жидкофазного пузырька) и рецепторопосредованным. Последнее обеспечивается наличием на клеточной мембране AM набора высокоспецифичных рецепторов к различным классам иммуноглобулинов, компонентам компле­мента, лимфокинам [15]. Весьма важным свой­ством AM является их способность фагоцитировать неопсонизированные объекты, что пред­полагает наличие высокой структурной комплементарности лиганда с мембранными рецепто­рами. AM имеют поверхностный антиген для опсониннезависимого поглощения, а трансмембранный сигнал, соответствующий активации комп­лекса лиганд — рецептор с последующей интернализацией лиганда, является общим для иммун­ного и опсониннезависимого фагоцитоза. Показа­но, что сигнал существенно зависим от уровня внутриклеточной концентрации Са2+ [39]. Важ­ную роль в осуществлении процесса фагоцитоза играют опсонины широкого спектра, рецепторы к которым присутствуют на AM [22]. Фагоцитарная реакция AM существенно усиливается в присутствии фрагментированного плазмоцитарного фибронектина, что указывает на ведущую роль таких реакций в опсониндефнцитных участ­ках легких [18].

Подобно прочим  мононуклеарным  фагоцитам, AM принимают участие в иммунологических реак­циях, локализация AM в респираторном тракте дает  возможность  им  первыми  контактировать с   ингалируемыми   антигенами.   Участие AM в инициации иммунного ответа определяется способ­ностью   представлять антиген аллореактивным Т-лимфоцитам, рестриктированным    по субре­гионам I — А и I-Е, и возможностью секретировать интерлейкин-1   [19, 31]. Вместе с тем на моделях поликлональной и антигенспецифической Т-клеточной активации in vitro обнаружено су­прессивное действие на иммунный ответ у AM че­ловека и животных [14, 56]. Проявление супрессивного или инициирующего действия AM находится   в   прямой   зависимости   от   их   коли­чественного соотношения с Т-лимфоцитами в культуре [34], а преобладание в альвеолах AM в физиологических условиях должно обеспечивать их супрессивный эффект. Хорошая аэрофикация альвеол, равно как супрессивный эффект сурфактанта [10], могут потенцировать эту   направленность биологического действия AM, которая может оказаться   диаметрально   противополож­ной  в условиях миграции этих клеток в регионарные лимфатические узлы. Увеличение скорости и количества   мигрирующих в лимфатические узлы AM после стимуляции антигеном на протя­жении 72 ч связывают со способностью AM регу­лировать уровень иммунного ответа за счет моду­ляции транспорта антигена в лимфоидную ткань [17]. Супрессивное действие AM в физиологиче­ских  условиях  может обеспечиваться и их спо­собностью инактивировать антиген — перерабатывать его в неиммуногенную форму, что обуслов­ливает слабое представление антигена и сниже­ние вероятности гиперсенсибилизации и повреж­дения легких. Логично предположить, что возмож­ность осуществления   эффективного фагоцитоза зависит по меньшей мере (и главным обра­зом) от   функциональной полноценности AM и количественного соотношения макрофаг — анти­ген.

Функционально полноценные AM способны самостоятельно элиминировать грамположительные микроорганизмы, для уничтожения грамотрицательных требуется  привлечение других  гумо­ральных и  клеточных факторов  защиты  респи­раторного тракта [41], главными, из которых яв­ляются иммуноглобулины, система  комплемента и полиморфноядерные лейкоциты (ПЯЛ). Способ­ность грамотрицательной микрофлоры активиро­вать  комплемент опосредована наличием липополисахарида (ЛПС). Локальная секреция ком­понентов комплемента AM в определенной степе­ни  способствует поддержанию необходимых их концентраций в альвеолах [47]. Освобождающие­ся в результате комплементарного каскада пепти­ды, секретируемые активированными макрофага­ми протеиновый фактор, эйкозаноиды и большие количества лейкотриена В4 являются  мощными хемотаксическими стимулами [25, 35]. Аккуму­ляция перечисленных хемоаттрактантов, протеолитических ферментов из поврежденных клеток, ЛПС и флогистических субстанций в воздушной части альвеолы, диффузия   их в прилежащий капилляр обусловливают миграцию фагоцитов из кровяного русла. А поскольку эти  стимулы являются селективными аттрактантами для ПЯЛ, именно последние составляют основную массу клеток, мигрирующих в первые 24 ч. Для развития столь быстрого ответа в легочных микрососудах накапливается потенциально воспалительный (маргинальный) пул ПЯЛ, в    формировании которого, по-видимому, определенную роль играет ЛПС кишечного происхождения [1], благодаря известной   способности   эндотоксина повышать адгезивную способность гранулоцитов [4, 59]. В   рекрутировании   ПЯЛ   из   циркуляторного   и маргинального пула определенное участие могут принимать освобождаемые AM хемоаттрактанты. Совместно с протеолитическими ферментами они способствуют нарушению межклеточных свя­зей эпителиальных клеток — образованию меж­клеточных дефектов. Последнее препятствие для выхода в альвеолы — сурфактантные   линзы — ПЯЛ преодолевают с помощью этих же аттрактантов за 30 мин [36, 46]. Таким образом, в случае необходимости AM способны мобилизовать допол­нительное  количество фагоцитов  из  гемоциркуляторного русла.

К настоящему времени достаточно четко опре­делена роль AM в реакциях гиперчувствитель­ности замедленного типа, вместе с тем роль этих клеток в заболеваниях, патогенез которых включа­ет реакции гиперчувствительности немедленного типа, неясна. На современном этапе предметом дискуссии могут служить несколько механизмов вовлечения AM в патогенез бронхиальной астмы. Им отводится важная роль в формировании гиперактивности бронхов. Реальна вероятность вовлечения их в фагоцитоз, метаболизм и представление аллергенов иммунокомпетентным клет­кам. AM специфически активируются аллерге­нами через IgE-зависимый механизм, высвобож­дая при этом лизосомальные ферменты и ме­диаторы аллергии: лейкотриены В4, D4, простагландины,   супероксиды   и   тромбоцитактивирующий фактор (ТАФ) [20]. В отличие от тучных клеток либерация этих медиаторов AM резистент­на к действию адреномиметиков, но подавляется стероидами. Таким образом, AM, вероятно, ответственны за отсроченные реакции [12]. Показано участие ТАФ в формировании  гиперреактивности бронхов   [37].

 

 

Рис. 1. Легкие ребенка, умершего на 3-й сутки от аспирационной пневмонии, осложнившейся кровоизлияниями в надпочечники.

Метод  иммунопероксидазного выявления эндотоксина в тканях.

а — участок альвеолы с расположенными на стенке ЛПС положительными макрофагами. Х250; б — то же поле зрения. Х250; в — участок аль­веолы с ЛПСположительными полиморфноядернымн лейкоцитами, прокрашивание стенки альвеолы. Х250; г — контроль. То же поле зрения, что на рис. 1, в. Х250; д — то же поле зрения, что на рис. 1, в. X250; е — контроль. То же поле зрения, что на рис. 1, д. X250; ж — фрагмент слизистой бронха, специфическое окрашивание эпителия. Х250; з — контроль. То же поле зрения, что на рис. 1.ж. X 250

Рис. 2. Взаимодействие альвеолярных макрофагов (AM) бронхоальвеолярного лаважа кролика с ЛПС-активированными гранулоцитами того же животного в условиях in vitro

Непрямой метод Куиса.

а — захват ЛПС-положительного гранулоцита AM.  Х1000; в — разрушение ЛПС-положнтельного гранулоцита в AM.  X 1000; в — гибель ЛПС-положительного AM. X 1000; г — ЛПС-положнтельные AM при инкубации с интактными гранулоцитами. Х600.

Освобождение ТАФ AM провоцируется как иммунологическими, так и неиммунологическими (ЛПС) стимулами [11]. При аэрозольном поступлении ЛПС наблюдается дозозависимое освобождение ТАФ AM [43]. Так как в    воздухе постоянно присутствует грамотрицательная микрофлора и продукты  ее разрушения, представляется вероятным участие ЛПС и AM в патогенезе  бронхиальной астмы. Известна способность эндотоксинактивированных AM бронхоальвеолярного лаважа вести к осво­бождению хемотаксического фактора с развитием нейтрофильного альвеолита [21]; обнаружена четкая взаимосвязь между количеством ЛПС-положительных ПЯЛ при острой   респираторной инфекции у детей с развитием у них бронхообструктивного синдрома и способность AM по­глощать эти гранулоциты [7]. В то же время AM участвуют в метаболизме лейкотриенов, снижая их концентрацию в тканях легких. Повреждение клеток респираторными вирусами, различными минеральными и химическими частицами, курение нарушает инактивацию  лейкотриенов и способ­ствует проявлению их биологических свойств [40]. Возможен непрямой путь стимуляции AM при взаимодействии с медиаторами   тучных клеток, в частности с гистамином, к которому у них имеются рецепторы [22]. Оценка функциональ­ного состояния AM больных бронхиальной астмой в целом обнаруживает снижение супрессорной активности этих клеток и активацию фагоцитоза на этапах поглощения антигена [5].

Определенную роль AM играют в патогенезе острого респираторного дистресс-синдрома, в патогенезе которого важное значение имеет системная эндотоксинемия [6, 38]. ЛПС-активированные AM, освобождая, супероксиды и протеолитические ферменты, повреждают близлежащие эпителиальные клетки [16], неколлагеновые компоненты базальной мембраны (фибронектин)    [23], способствуют отложению фибрина в альвеолах [50]. N. Freudenberg и соавт. [26] в экспериментах на крысах омечают пора­зительную взаимосвязь     между появлением ЛПС-пожительных AM и повреждением легочной ткани. В этой связи представляются весьма инте­ресными обнаруженные нами факты наличия эндотоксинположительных AM и  ПЯЛ  в  альвеолах, альвеолярных перегородках и бронхах умерших (рис 1, а — з). Участие AM в выведении ЛПС из организма   [6],   их  способность  фагоцитировать ЛПС-положительные ПЯЛ, обнаруженная in vitro (рис. 2, а, б), могут быть причиной гибели AM (рис. 2, в) и повреждения прилежащих паренхи­матозных элементов. А наличие 5—10 % ЛПС-положительных AM в бронхоальвеолярном лаваже интактных кроликов (рис. 2, г) может быть свидетельством защиты органа от ингалируемого ЛПС и(или) выведения   его   из организма в норме.

Вместе с тем имеется ряд ситуаций, при которых AM могут явиться непосредственным инициирую­щим фактором легочной патологии. К таковым относятся пневмосклероз и эмфизема.

Патогенез эмфиземы связан с дисбалансом эластазы и антиэластазных факторов [53]. Причи­ной дисбаланса могут быть AM, секретируюшие эластазу после стимуляции различными агентами или освобождающие ее при своей гибели. In vitro либерация энзима AM может быть вызва­на внесением в культуру цитохолазина, колхицина или экспозицией в дымовой камере [44, 57, 58]. Последнее проливает свет на роль AM в развитии эмфиземы у курящих, поскольку подтверждается способность AM секретировать повышенные количества эластолитических энзимов, обнаруживае­мых в лаважной жидкости [29]. Повреждения, весьма сходные с эмфизематозными, можно индуцировать интратрахеальным введением протеолитических ферментов, гомогената  AM или  ПЯЛ [51, 55]. Освобождение активированными AM хемоаттрактантов обусловливает миграцию ПЯЛ, способных потенцировать литический  процесс [53]. Протеолитическая теория эмфиземы легких подтверждается и другими фактами: более высокой вероятностью возникновения ее у людей  с врожденным дефицитом ингибитора α1-антигрипсина [32] и отсутствием способности сыворотки крови  этих  пациентов  предупреждать  деграда­цию  элаcтина   при   введении   хомячкам   свиной эластазы.

Нарушение секреторной активности AM может быть инициирующим звеном развития пневмосклероза, так как повреждение или гибель AM вызывает осуждение аттрактантов для фибробластов, что стимулирует десмопластический процесс [5]. Депонирование различных пылевых частиц определенного размера и структуры в альвеолах стимулирует коллагеногенез в их стенках   [42]. При таких заболеваниях, как асбестоз, антракоз силикоз,    прогрессирующий    десмопластический процесс может сохраняться на протяжении дли­тельного времени после удаления индуцирующего агента   [27]. Инкубирование в течение несколь­ких минут AM с частицами асбеста или  крем­ния, имеющими симметричную структуру, обуслов­ливает необратимое повреждение клеточной мем­браны, а в случае успешного фагоцитоза — разрушение вторичных лизосом с выходом их содер­жимого внутрь клетки [60]. Симметричные части­цы кремния не дают прямой десмопластический эффект, а реализуют его опосредованно через АМ [28], которые продуцируют факторы стимуляции пролиферативной и синтетической активности фибробластов [45]. В эксперименте трансплантация в плевральную полость камер с мембранными фильтрами, содержащими перитонеальные макрофаги и кремниевые частицы, только макрофаги или только частицы кремния, стимулировала коллагеногенез лишь в первой группе, что подтверждает инициирующую роль макрофагов в генезе пневмосклероза [9]. Кроме того, в патогенезе пневмосклероза нельзя исключить возможность участия эндотоксина, поскольку совсем недавно обнаружена способность ЛПС обусловливать освобождение эндотелиальными клетками человека фактора пролиферации фибробластов [8].

Заключение

Альвеолярные макрофаги (AM) являются одной из пограничных систем легких, осуществляющих защиту органа от неблагоприятного воздействия  факторов окружающей среды. Они регулируют   клеточный   и   гуморальный   ответ  в легких, обезвреживают и элиминируют из организма токсические субстанции эндогенного происхождения. Вместе с тем в ряде ситуации AM вовлекаются в патологические процессы повреждения легких и  выступают в качестве    инициирующего фактора развития легочной патологии.

Заселение легких AM происходит в пренатальный период. Митотический ресурс костномозговой клетки-предшественника неизвестен, но он, по-видимому, достаточен для потребности в AM в раннем постнатальном периоде. Гетерогенность популяции AM в постнатальном  периоде обусловлена способностью разных субпопуляции гематогенных моноцитов дифференцироваться в АМ. Одна из них проходит фазу «интерстициального макрофага», другая минует этот этап. Последнее может иметь важное значение   для   адаптации легких к экстремальным воздействиям. Увеличение пула этих клеток AM в некоторой степей зависит от митотической активности зрелых AM. Поддержание (увеличение) числа AM является важным  в осуществлении эффективной защиты респираторного тракта. При массивной ингаляции антигена активированные AM секретируют ряд хемоаттрактантов для гранулоцитов и моноцитов, способных изменять соотношение фагоцит - анти­ген  в пользу первого.  При эффективном фаго­цитозе AM супрессируют иммунный ответ на антиген.

АМ играют важную роль в патогенезе раз­личных легочных заболеваний. Они реализуют свой патогенный эффект при бронхиальной астме, остром респираторном дистресс-синдроме, пневмокониозах, высвобождая различные метаболиты, эйкозаноиды, энзимы, тромбоцитактивирующий фактор супероксиды и т. д. Тромбоцитактивирующий фактор может быть ответственным за инициацию многих компонентов широкого спектра физиологических и морфологических изменений легких в частности формирования гиперреактив­ности бронхов при астме, нарушений хемотакси­са патологии системы гемостаза. Продукция тромбоцитактивирующего фактора AM может быть обусловлена иммунологическими и другими стимулами, в том числе и липополисахаридом, который может в свою очередь индуцировать целый комплекс реакций, повреждающих легочную ткань.

Дальнейшее изучение роли AM в патогенезе многих легочных заболеваний является перспек­тивным в плане разработки рациональных методов их терапии,  направленной на  коррекцию функций AM.

ЛИТЕРАТУРА

1.     Пермяков Н.К.,  Яковлев М.Ю.,  Галанкин В.Н.// Арх. пат.- 1989.- № 5.- С. 3-12.

2.     Романова Л.К.. Куликова Г.В.. Тимошук О.А. // Актуальные  вопросы  современной  гистопатологии.— М.,   1988.— С. 35.

3.     Романова Л.К., Младковская Т.Б., Покровская М.С. и др. // Бюл. экспер. биол.— 1988.—№  1.—С. 74—77.

4.     Саркисов Д.С., Пальцын А.А., Колкер И.И. и др. // Арх. пат.- 1986.- Вып. 12.— С. 6-13.

5.     Чучалин А.Г., Копылев И.Д., Антонов Н.С. и др. //