monocytakVAR
3/19/10
12:47 PM
Page 9
Monocyták: altípusok, eredet, pusztulás és funkciók Simon Yona és Steffen Jung Department of Immunology, The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Izrael Levelezési cím: Steffen Jung, PhD, Department of Immunology, The Weizmann Institute of Science, Rehovot 76100, Izrael Tel: +972 8 934 2787 ; fax: +972 8 934 4141 e-mail:
[email protected] Current Opinion in Hematology 2010, 17:53–59
Célkitûzés A mono-cyta kifejezés arra utal, hogy ez a sejtpopuláció egyetlen homogén sejtfrakcióból áll. Ugyanakkor, számos vizsgálat eredménye szerint a monocyták számos alcsoportból állnak, amelyek fenotípusban, méretben, sejtmorfológiában, granularitásban és génexpressziós mintázatban is különböznek egymástól. Még lényegesebb, hogy újabb adatok szerint a monocyta-szubpopulációk sem egységesek funkcionális szempontból. Az alábbi összefoglaló szerzôi a monocyta-altípusokkal, eredetükkel, sorsukkal és mûködésükkel kapcsolatos legújabb eredményeket tekintik át.
© 2010 Wolters Kluwer Health | Lippincott Williams & Wilkins
Újabb eredmények Az utóbbi idôben a myeloid differenciálódással kapcsolatos ismereteink jelentôsen bôvültek. A jelenlegi szakirodalmi adatok egy kettôsséget feltételeznek, amely az új, klonogén csontvelôi prekurzor, a macrophag dendritikus sejt progenitor (MDP) szintjén kezdôdik. A macrophagok és a dendritikus sejtek differenciálódási elôtörténetét megismerve, és kiegészítve a funkcionális sajátosságokkal, alapvetôen megváltozik a mononukleáris phagocyta rendszerrel kapcsolatos eddigi álláspontunk. Összefoglalás Újabb vizsgálatok szerint a perifériás vérben két monocyta-altípus található. Ez a két szubpopuláció mûködésükre és sorsukra nézve alapvetôen különböznek: míg az egyik altípus sejtjei a keringésbôl kikerülve macrophagokká alakulnak a perifériás szövetekben, a másik alcsoport sejtjei gyulladásos körülmények között gyulladásos dendritikus sejtekké alakulhatnak. A különbözô szöveti válaszreakciók eltérô módon mobilizálják az említett sejteket, amellyel az akut szükségletnek megfelelôen befolyásolják a helyi mononukleáris phagocyták összetételét. Kulcsszavak Dendritikus sejt, gyulladás, macrophag, monocyta
Bevezetés A tüskésbôrûek amôboid sejtjeitôl (amoebocytes) a gerincesekben található macrophagokig terjedô klasszikus vizsgálatsorozatban elsôként Ilja Mecsnyikov 100 évvel ezelôtt ismerte fel a phagocyták különleges képességeit [1–4]. Késôbb, az 1960as években van Furth és Cohn [5] a mononukleáris phagocyta rendszert „nem granulocyta jellegû myeloid sejtek” hálózataként definiálta, amelyek együttesen kulcsszerepet játszanak a szövetek újraépülésében, a homeosztázisban, valamint az elsôdleges (veleszületett, természetes) és másodlagos (adaptív) immunrendszer serkentô és szabályozó mûködésében. A mononukleáris phagocyta rendszerbe jelenleg három sejttípust sorolnak: a terminálisan differenciálódott macrophagokat illetve dendritikus sejteket, amelyek önmaguk is számos alcsoportra oszthatók, valamint a monocytákat. A monocyták klasszikus értelemben keringô vérsejtek, amelyek emberben a perifériás fehérvérsejtek mintegy 10%-át, egérben hozzávetôlegesen 4%-át képezik. A vér monocytái a csontvelôben, a granulocytákkal közös myeloid progenitor sej-
tekbôl képzôdnek. A perifériás keringésbe kerülô monocyták már nem osztódnak tovább [6]. A keringô monocyták féléletideje emberben körülbelül 3 nap, egérben egy nap [5,7]. Valójában ez a rövid féléletidô táplálta azt az elképzelést, amely szerint a vér a myeloid prekurzor sejtek reservoir-jának tekinthetô, biztosítva a szöveti macrophagok, különösen a rövid életû dendritikus sejtek folyamatos utánpótlását [8–10]. A vérben keringô monocytákat eredetileg a szabálytalan sejtmorfológia és denzitás alapján jellemezték [11–13]. Ugyanakkor a sejtek morfológiailag igen heterogének, így méretben, sejtmag-morfológiában és granularitásban is különböznek, amely megnehezíti a pusztán szövettani jellemzôkön alapuló elkülönítést [14,15].
Monocyta-altípusok Mintegy 30 éve, a morfológia és a CD16, illetve CD14 sejtfelszíni antigének eltérô expressziója alapján az emberi vér monocytáit két különálló szubpopulációra osztották [16–19]. Ezek a megfigyelések jelentették az elsô bizonyítékokat arra
monocytakVAR
3/19/10
12:47 PM
Page 10
10 Immunológia
A monocyták eredete A keringô monocyták – számos elkötelezôdési lépésen és progenitor állapoton keresztül – a csontvelôi hematopoetikus ôssejtbôl differenciálódnak. E folyamat egy-egy lépése a közös myeloid progenitor (common myeloid progenitor – CMP) és a granulocyta macrophag progenitor (GMP) sejteken keresztül zajlik [36]. Fogg és munkatársai 2006-ban [37] egy új, specifikus, csontvelôi klonogén progenitor sejtet írtak le, amely – szemben a GMP sejttel – elveszítette a granulocyta, a lymphoid, az erythroid vagy a megakaryocyta sejtté történô átalakulás lehetôségét. Megfelelô in vitro tenyésztési körülmények között, vagy recipiens egerekbe történô transzplantálás után ezek a CX3CR1+ CD115+ CD34+ CD16+ lin– sejtek expandálódtak, és kizárólag különbözô macrophag szubtípusokká vagy stabil dendritikus sejtekké differenciálódtak. Következésképp, Geissmann és munka-
1. ábra. A mononukleáris phagocyta rendszer kialakulása egérben
Elhelyezkedés
Ly6C monocyta
Ly6C+ monocyta
CDP
Pre-cDC
PDC
Vér
Csontvelô
MDP
Ly6C monocyta
Ly6C+ monocyta
Pre-cDC
PDC
Szövetek
vonatkozóan, hogy különbözô élettani funkcióval rendelkezô monocyta-altípusok léteznek (összefoglalót lásd [12,20]). A CD14, illetve a CD16 antigének eltérô expressziója alapján az emberi monocytákat két fô alcsoportba sorolták: a CD14++ CD16– sejteket nevezték a „klasszikus” alcsoportnak, mivel megjelenésükben a monocyták eredeti leírására emlékeztettek, és a vérben keringô monocyták 90%-át képezték, a másik, ritkábban elôforduló alcsoportot pedig a CD14+ CD16++, úgynevezett „nem klasszikus” szubtípus jelentette [21,22]. Mindemellett, az emberi monocytáknál egy további, kevés sejtbôl álló, CD14++ CD16+, „intermedier”-nek nevezett sejtcsoportot is elkülönítettek. Bár a humán monocyta szubpopulációk heterogenitásának tárgyalása túlmutat a jelen közlemény keretein, hangsúlyoznunk kell, hogy a szóban forgó sejtek számos szempontból eltérnek egymástól. Elkülönítésük és funkcionális jellemzésük további komoly kutatómunkát igényel. Továbbá, a monocyták heterogenitása általános konzervált motívum lehet az emlôsök körében, hiszen monocyta-altípusokról számoltak be szarvasmarhákban [23,24], sertésekben [25,26], patkányokban [27,28] és egerekben [9] is. Az egerek csontvelôi és keringô vér monocytáit elsôdlegesen a CD115, az F4/80, a CD11b és a CX3CR1 expresszió alapján jellemezték [29–31]. A fenotípusok jellemzése során az egerek perifériás vérében a Ly6C és a CX3CR1 expresszió alapján két eltérô szubpopulációt különítettek el. A két altípust a Ly6Chi CX3CR1lo CCR2+ CD62L+ és a Ly6Clo CX3CR1hi CCR2– CD62L– expresszió jellemezte [9,32]. A két szubtípus aránya az egerek perifériás vérében hozzávetôlegesen 6:4, a Ly6Chi alcsoport javára; ez az arány viszonylag állandó maradt a naiv egérpopulációban [33]. Fertôzést követôen, CCR2dependens módon jelentôs számú Ly6Chi monocyta áramlik ki a csontvelôbôl a keringésbe [8,9,34,35]. Az ily módon stimulált egerek perifériás vérében gyakran emelkedett számú Ly6Chi monocyta mutatható ki. Az egér monocyta-altípusok felismerése lehetôvé tette a funkció vizsgálatát is fiziológiás körülmények között. Az adoptív transzfer vizsgálatainak eredménye alapján a Ly6Clo és a Ly6Chi monocyták funkciója és sorsa a keringô vérben meglepôen különbözik egymástól. Az eredményeket az alábbiakban tárgyaljuk.
Macrophag
Monocyta eredetû DC
Klasszikus DC
PDC
A macrophag/dendritikus sejt progenitorok (MDP) Ly6Chi monocytákká, illetve CDP sejtekké alakulnak. Még nem tisztázott, hogy vajon az MDP sejtek közvetlenül alakulnak-e Ly6Clo monocytákká (szaggatott vonal). A Ly6Chi monocyták a csontvelôben Ly6Clo monocytákká fejlôdnek. A két monocyta-altípus: a Ly6Chi és a Ly6Clo sejtek a csontvelôbôl a perifériás keringésbe kerülnek. Nyugalmi állapotban a Ly6Clo monocyták hozzájárulnak a szöveti macrophag kompartment kialakításához. A Ly6Chi monocyták gyulladásos állapotokban macrophagokká és dendritikus sejtekké alakulnak. A CDP sejtek a csontvelôben preklasszikus dendritikus és PDC sejtekké differenciálódnak. A preklasszikus dendritikus sejtek a perifériás vérben keringenek, majd a lymphoid szövetekbe vándorolnak, ahol klasszikus dendritikus sejtekké alakulnak
társai [9] ezeket a sejteket macrophag/dendritikus sejt progenitoroknak (MDP) nevezte el. A munkacsoportunk által végzett kísérletekben az MDP sejteket a csontvelôi térbe injektáltuk, amelyek a csontvelôi mikrokörnyezetben monocytákká differenciálódtak, majd a perifériás keringésbe vándoroltak. A kísérletek alapján az MDP sejtek a csontvelôi és a perifériás monocyták in vivo prekurzorainak tekinthetôk [38]. Meglepô módon azt tapasztaltuk, hogy gyulladás hiányában a Ly6Chi keringô monocyták visszavándoroltak a csontvelôbe. Sôt, ezek a sejtek 3 napon belül Ly6Clo fenotípusú monocytákká alakultak, és viszszatértek a keringésbe (1. ábra). Ennek ismeretében értelmezhetôvé vált az a korábbi megfigyelés, mely szerint gyulladás hiányában az adoptívan transzferált Ly6Chi monocyták eltûnnek a keringésbôl [9,39]. A Ly6Chi és a Ly6Clo monocyták perkurzor/utódsejt kapcsolatát tovább erôsítették a parabiotikus állatokból származó megfigyelések is. Az eredmények szerint a Ly6Clo monocyták lényegesen hosszabb féléletidôvel rendelkeznek a keringésben [7]. A monocyta-átalakulás lehetôségének figyelembevételével felmerül a kérdés, hogy vajon az MDP sejtek közvetlenül Ly6Clo monocytákká alakulnak-e, vagy e sejtek kialakulásához kötelezôen szükség van-e a közbülsô Ly6Chi állapotra, illetve a két egymást kölcsönösen nem kizáró állapot létezik-e egymás mellett [38]. A monocyta szubtípusok közötti fejlôdési kapcsolatot további sejtvonal-követéses vizsgálatok fogják
monocytakVAR
3/19/10
12:47 PM
Page 11
A monocyták sajátosságai Yona és Jung 11
tisztázni. A csontvelôi monocyták gyulladásos állapotokban gyorsan mobilizálódnak [9,40–42]. Érdekes fordulatot jelent a monocyták eredetére vonatkozóan egy újabb megfigyelés, amely szerint az egér lép vörös pulpájának subcapsularis része jelentôs monocyta reservoir-nak tekinthetô [43••]. Az innen származó sejtek teljes mRNS-készletének (transzkriptom) analízise, illetve morfológiai megjelenés alapján nem különíthetôk el a keringô vér monocytáitól. Sérülést követôen a lépben tárolt monocyták angiotenzin-függô mechanizmussal a gyulladás helyére vándorolnak [43••]. A hagyományos keringô monocytákhoz hasonlóan, a lépbôl származó sejtek is inkább a csontvelôben termelôdnek, mintsem a raktározás helyén, a lépben.
A monocyták sorsa A keringô monocyták különösen rövid féléletidôvel rendelkeznek, az egérben becslések szerint körülbelül egy napig élnek [7]. Mindez azt a feltételezést támasztja alá, hogy a keringô monocyták átmeneti myeloid reservoir-nak tekinthetôk, amely lehetôvé teszi, hogy a perifériás szövetek macrophagjai és dendritikus sejtjei folyamatos utánpótlásban részesüljenek (egyensúlyi állapot). A fenti megállapításokat az egér monocyta szubtípusok azonosításával, valamint reporter (jelzô) génekkel (például a Cx3cr1gfp gén) végzett transzgénkísérletek finomításával [31] támasztották alá.
Monocyta eredetû macrophagok A szöveti macrophagok számos funkcióval rendelkeznek a szöveti homeosztázis fenntartásában, ilyen például az elöregedett sejtek eliminálása, a szövetek újraépítése és helyreállítása, valamint a gyulladásos válaszreakció elindítása, illetve leállítása [44–46]. Bár a macrophagokat eredetileg a keringô monocyta reservoir-ból eredeztették [47,48], újabban számos vizsgálatban bizonyították, hogy egyensúlyi (steady state) állapotban a helyi szöveti macrophag populációt fôleg lokális proliferáció tartja fenn. Mindez olyan különbözô macrophagok esetében is igaz, mint az alveolaris macrophagok [49–51], a lép fehér pulpájának sejtjei és metallophil macrophagjai [52], a máj Kupffer-sejtjei [53], valamint az agyi microglia sejtek [54]. Ugyanakkor a gyulladáskeltô hatások a vérbôl származó prekurzorok gyors feldúsulását váltják ki az érintett szöveti macrophag kompartmentben [41,42,47,53,55]. Még tisztázásra vár azonban, hogy vajon a vérbôl akutan érkezô sejtek integrálódnak-e a nyugalmi, rezidens macrophag hálózatba, és hasonló módon mûködnek-e, mint a helyi, rezidens sejtek. A következôkben néhány újabb kutatási eredményt mutatunk be, amelyek a monocyta kompartment és a szöveti macrophagok közötti kapcsolatra koncentrálnak. Újabb eredmények alapján feltételezhetô, hogy a Ly6Clo (de nem a Ly6Chi) fenotípusú, keringô monocyták a perifériás vérbôl a szövetekbe kerülve macrophagokká alakulnak. Munkacsoportunk, macrophag és dendritikus sejt depletált egereken végzett adoptív monocyta-transzfer kísérletekkel bizonyította, hogy csak a Ly6Clo monocyták képesek azonnal differenciálódni tüdô-parenchyma macrophagokká [51]. Érdekes
módon, ezekben a kísérletekben a léghólyagok külsô felszínén található alveolaris macrophagok képzôdéséhez elengedhetetlenül szükség van egy közbülsô lépésre, azaz a monocytákból keletkezô tüdô-parenchyma macrophagok vándorolnak az alveolusokba [56]. A Ly6Clo monocyták és a macrophagok közötti különleges kapcsolat alátámasztására végzett vizsgálatban Listeria monocytogenes fertôzésben a peritoneumból nyert, keringésen kívüli (extravazált) Ly6Clo monocyták transzkripciós mintázatának vizsgálata egyedi, macrophag irányú differenciálódási folyamatra utalt, ugyanakkor a Ly6Chi monocyták dendritikus sejt típusú mintázatot mutattak [57] (1. ábra). A myocardialis infarktus modellvizsgálatában Nahrendorf és munkatársai [41] a Ly6Chi monocyták specifikus, korai felszaporodását figyelték meg az elsô 3 napban, és a sejtek phagocyta, proteolitikus, illetve gyulladásos aktivitást mutattak. A késôbbi, gyógyulási fázisban ezzel szemben a Ly6Clo mintázatú, gyulladáscsökkentô aktivitású monocyták által uralt második hullámot tapasztaltak. Ezek a sejtek vaszkuláris endothelialis növekedési faktort (VEGF) expresszáltak, és a myofibroblast akkumuláción, az angiogenezisen és a kollagénlerakódáson keresztül elôsegítették a szövetek újraépülését és helyreállítását. Arnold és munkatársai a monocyta-altípusok akkumulációját és differenciálódási kinetikáját a vázizomzat sérülése után vizsgálták. A kutatás szerint a traumát követô kezdeti szakaszban ismét kizárólag a Ly6Chi keringô monocyták halmozódtak fel a sérülés helyén; a sejtek gyulladásra jellemzô expressziós mintázattal rendelkeztek, azaz TNFa és IL-1b mRNS-t szintetizáltak [42]. Ugyanakkor, Nahrendorf vizsgálatával szemben az infiltráló Ly6Chi monocyták a következô, oldódási fázisban a szövetekben Ly6Clo F4/80hi macrophagokká differenciálódtak. Ezekre a sejtekre intenzív gyulladáscsökkentô expressziós profil volt jellemzô, és az izomzat integritásának helyreállítása érdekében elôsegítették a membrán kijavítását, a miogenezist és a rostok szaporodását/növekedését [42]. Munkacsoportunk gerincvelô-sérülést követôen észlelte a monocyta eredetû macrophagok alapvetô szerepét a gyógyulási folyamatban [58•]. A folyamat során a Ly6Chi keringô monocyták gyors és szelektív felszaporodását figyeltük meg a sérülés helyén. Ugyanakkor, eredményeink szerint ebben a különleges szöveti környezetben a monocyta eredetû sejtek kifejezetten gyulladáscsökkentô fenotípussal rendelkezô macrophagokká differenciálódtak, amelyek a káros hatású, aktiválódott helyi microglia populációt IL-10 szekréció útján szabályozzák [58•]. Fontos megjegyezni, hogy adataink szerint mind a monocyta eredetû macrophagok, mind a helyi, rezidens microglia sejtek nem átfedô funkciókkal rendelkeznek. Az atherosclerosisra a hypercholesterinaemiához társult monocytosis jellemzô, amelyben habos macrophag sejtek halmozódnak fel az atheromában, és a folyamatot a Ly6Chi keringô monocyták szelektív akkumulációja uralja [59]. Ez a monocyta szubpopuláció elsôsorban CCR2-dependens módon akkumulálódik az atheroscleroticus plakkokban [20], azonban úgy tûnik, hogy más kemokin receptorok, így a CX3CR1 és a CCR5 is részt vesznek a monocyták összegyûjtésében és együtt tartásában [60]. Érdekes módon, a CX3CR1 hiányos vagy e molekula sajátos, membránkötött ligandjára, a CX3CL1-re (fractalkin) nézve deficiens egerek viszonylagos védelmet
monocytakVAR
3/19/10
12:47 PM
Page 12
12 Immunológia
élveznek az atherosclerosis kialakulásával szemben. Figyelemre méltó, hogy a Cx3Cr1–/– és a Cx3Cl1–/– genotípusú kísérleti egerekben a Ly6Clo monocyták mennyiségének szelektív csökkenése figyelhetô meg, amely a CX3C túlélési jeltôl való sajátos függés következménye [33]. A monocyták a szolid tumorokban is felszaporodnak, ahol tumorasszociált macrophagokká differenciálódnak. Ezek a sejtek elôsegítik a daganatképzôdést, így például a tumorinváziót [61], a környezô erek tumorba hatolását („angiogenic switch”), és ezzel a malignus daganat progresszióját [62,63]. Az angiogenezis kezdete alapjaiban határozza meg a tumornövekedést (rate limiting factor). A Naldini által emlô és glioma sejteken végzett tumorképzôdési vizsgálatok szerint a Tie2+ monocyták célzott eltávolítása hatására a daganatokban csökkent az érképzôdés és lassult a tumorok növekedése [64,65]. Munkacsoportunk VEGF-indukált máj-angiogenezis kísérleti rendszerben mutatta ki, hogy a felnôttkori érújraképzôdés (neovaszkularizáció) a keringô monocyták akkumulációjának függvénye [66]. Újabban megfigyeltük, hogy a VEGF-indukált angiogenezis színhelyére Ly6Chi monocyták vándorolnak, majd az angiogenezis elôsegítése és irányítása végett Ly6Clo sejtekké differenciálódnak (nem közölt megfigyelés). Végül, a Toxoplasma gondi fertôzés progressziója során, amikor a baktériumok tönkreteszik a vékonybél epithel rétegét, a lamina propria rétegben a Ly6Chi monocyták specifikus akkumulációjával újabb védelmi vonal épül ki, majd az iNOS, a TNFa- és az IL-12-expresszió következményes fokozódásával lehetôség nyílik a bélcsatornát megtámadó fertôzés leküzdésére [67•]. Érdekes módon, a szóban forgó Ly6Chi monocyta eredetû sejtek nem rendelkeznek a klasszikus dendritikus sejt markerekkel, ugyanakkor a gyulladásos dendritikus sejtekhez hasonlóan viselkednek, serkentik az iNOS- és a TNFa-expreszsziót [67•], és mindez újabb adalékot jelent az említett sejtek komplex mûködéséhez.
Monocyta eredetû dendritikus sejtek A dendritikus sejtek a specializált vándorló antigén-prezentáló (bemutató) sejtek (APC) heterogén populációját képezik, amelyek a lymphoid és a nem lymphoid szövetekben egyaránt megtalálhatók. A dendritikus sejteket sajátos morfológiájuk és a naiv T-sejteket egyedülálló módon serkentô hatásuk alapján eredetileg Steinman és Cohn fedezte fel az 1970-es években [68]. A dendritikus sejtek legjobban speciális T-sejt-aktiváló tulajdonságuk alapján különíthetôk el a közeli rokonságban álló macrophagoktól. A keringô monocyták dendritikus sejtekké történô differenciálódásának képessége számos klasszikus in vitro kísérletbôl ismert. A perifériás vérbôl izolált monocyták granulocyta-macrophag kolóniastimuláló faktor (GM-CSF) és IL-4 citokineket tartalmazó tenyészetben „éretlen” (immature) dendritikus sejtekké alakulnak, amelyek késôbb Toll-like receptor ligandok vagy TNFa hatására érett sejtekké válnak [69,70]. Valójában az eddigi dendritikus sejtekkel végzett vizsgálatokban az ex vivo izolátumok helyett a csontvelôi tenyészetbôl származó, illetve monocyta-tenyészet eredetû dendritikus sejteket használtak. Következésképp, meglepetést okozott, amikor munka-
csoportunk és más kutatók is azt találták, hogy a lymphoid szervekben folyamatosan megtalálható (rezidens), klasszikus dendritikus sejtek in vivo nem monocytákból keletkeznek [38,71]. Újabban kimutatták, hogy a klasszikus dendritikus sejtek kizárólag macrophag/dendritikus sejt progenitorokból (MDP) keletkeznek, és a differenciálódás egyik közbülsô lépésében preklasszikus dendritikus sejteknek nevezett, elkötelezett keringô prekurzor sejtpopuláció jön létre [72•]. Ugyanakkor gyulladásos állapotokban a keringô monocyták a dendritikus sejtek számos fenotípusos, illetve funkcionális jellegzetességét mutatják. E tekintetben a legérdekesebb vizsgálatokat Eric Palmer végezte, aki kimutatta, hogy Listeria-fertôzésben a Ly6Chi monocyták a lépbe vándorolnak, ahol TNFa-t és iNOS-t expresszáló, különálló dendritikus sejtpopulációt hoznak létre (Tip-dendritikus sejtek), amely folyamat alapvetô jelentôségû volt a fertôzés leküzdésében [35]. Érdekes módon, a vizsgálatok szerint a CCR2 kemokin receptornak elengedhetetlen szerepe van abban, hogy a Ly6Chi monocyták elhagyhassák a csontvelôt. Randolph munkacsoportja további bizonyítékokkal támasztotta alá azt a megfigyelést, amely szerint a monocyták dendritikus sejtekké képesek differenciálódni. A kutatók korábbi munkái szerint a dendritikus sejtek a szövetekbôl az endothelrétegen keresztül a keringésbe (abluminális-luminális irány) vándorló monocytákból származhatnak, míg a subendothelialis mátrixban maradó monocyták macrophagokká alakulnak [10,73]. Késôbb kimutatták, hogy latex szemcsék szubkután injekciója után a Ly6Chi és a Ly6Cint monocyták (a Ly6Clo sejtek ugyanakkor nem) akkumulálódnak a gyulladás helyén, ahol dendritikus sejtekké differenciálódnak, majd a nyirokcsomókra vándorolnak [74]. Ujabban Nakano és munkatársai [75•] számoltak be a keringô Ly6Chi monocyták specifikus felhalmozódásáról a nyirokcsomókban influenza- (H1N1-) fertôzést vagy védôoltást követôen. A sejtek CD11c+ CD11bhi Ly6Chi CD40int fenotípusú, monocyta eredetû dendritikus sejtekké alakultak, amelyek az IL-12p70 termelés útján TH1 típusú immunválaszt váltanak ki. Munkacsoportunk újabban specifikus myeloid prekurzor sejteket (MDP, predendritikus sejtek, monocyták) ültetett olyan egerek szervezetébe, amelyeknél az endogén dendritikus sejtek a CD11c-DTR rendszer segítségével korábban eltávolításra kerültek [76], és közvetlen kapcsolat mutatkozott a monocyták és egy meghatározott szöveti dendritikus sejtpopuláció között. Ebben a kísérleti rendszerben a Ly6Chi monocyták specifikusan CX3CR1+ CD14+ lamina propria típusú dendritikus sejtekké alakultak, míg a lamina propria típusú dendritikus sejtjeinek egy másik, CD103+ populációja a preklasszikus dendritikus sejtekbôl származott [77••]. Figyelemre méltó, hogy a Ly6Clo monocyták nem alakultak lamina propria típusú dendritikus sejtekké, hanem a Peyer-plakkokban macrophag morfológiájú sejtekké differenciálódtak. Végül, a Merad-munkacsoport kísérletei során a kísérleti modellben ultraibolya (UV) sugárzással indukáltak bôrgyulladást, és kimutatták, hogy a Ly6Chi monocyták az epidermisbe lépve Langerhans-sejt jellemzôkkel rendelkezô sejtekké alakulnak [78]. Ugyanakkor, nem tisztázott, hogy vajon ezek a
monocytakVAR
3/19/10
12:47 PM
Page 13
A monocyták sajátosságai Yona és Jung 13
monocyta eredetû phagocyták azonosak-e a rezidens sugárrezisztens Langerhans-sejt-populációval. Érdekes módon ebben a tanulmányban Langerhans-sejteket találtak a hüvely és a szájüreg nyálkahártyarétege alatt is. Ezek a hüvelyi epithelialis dendritikus sejtek elsôsorban csontvelôi eredetû prekurzorokból keletkeznek, és csak gyulladásos körülmények között differenciálódnak hatékony módon a Ly6Chi fenotípusú monocytákból [79].
Monocyta funkciók Figyelembe véve a monocytáknak az akár ellentétes tulajdonsággal rendelkezô (pro- vagy antiinflammatorikus hatású) macrophagokká, illetve dendritikus sejtekké alakulásban mutatott plaszticitását (lásd fent), felmerül a kérdés, hogy a monocyták vajon rendelkeznek-e a prekurzor szerepen kívül egyéb funkcióval is. És valóban, a szerzôk véleménye szerint a monocyták tényleges funkciója, valamint egyedi, alapvetô hozzájárulása a mononukleáris phagocyta rendszer mûködéséhez a sejtek mobilitásával kapcsolatos. A terminálisan differenciálódott macrophag, illetve dendritikus sejtek vagy helyhez kötöttek, vagy minimális mozgékonyságot mutatnak a szûrô nyirokcsomók vagy a T-sejt-zónák irányába. Ezzel szemben a monocyták a szervezet minden részébe eljutnak. Továbbá, kihívás esetén a csontvelôi vagy a lépben levô monocytaraktárakból gyorsan mobilizálódó sejtek jelentôsen módosíthatják az adott szövet mononukleáris phagocyta-sejt-összetételét, ily módon szabályozva az akut szükségletet. Feltételezhetô, hogy a fenti funkció mellett a monocyták részt vesznek az erek belsô felületének ellenôrzésében. Újabban kimutatták, hogy a Ly6Clo monocyták CD11a-dependens módon mintegy „végigcsúszva” az endothel felszín luminális oldalán, folyamatos ôrjáratban ellenôrzik az érrendszert. Érdekes módon, szövetsérülés vagy fertôzés esetén az ôrjáratot végzô Ly6Clo monocyták még a granulocyták vagy a Ly6Chi monocyták megérkezése elôtt gyorsan akkumulálódnak a sérülés helyén [57].
Hivatkozások A különösen fontos közleményeket a következôképpen jelöltük meg: •
Megkülönböztetett érdeklôdésre tarthat számot
••
Kiemelkedôen figyelemreméltó
1.
Metchnikoff E. On the present state of the question of immunity in infectious diseases. Nobel Lecture 1908. http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1908/mechnikov-lecture.html.
2.
Karnovsky ML. Metchnikoff in Messina: a century of studies on phagocytosis. N Engl J Med 1981; 304:1178–1180.
3.
Tauber AI. Metchnikoff and the phagocytosis theory. Nat Rev Mol Cell Biol 2003; 4:897–901.
4.
Gordon S. Elie Metchnikoff: father of natural immunity. Eur J Immunol 2008; 38:3257–3264.
5.
van Furth R, Cohn ZA. The origin and kinetics of mononuclear phagocytes. J Exp Med 1968; 128:415–435.
6.
van Furth R, Raeburn JA, van Zwet TL. Characteristics of human mononuclear phagocytes. Blood 1979; 54:485–500.
7.
Liu K, Waskow C, Liu X, et al. Origin of dendritic cells in peripheral lymphoid organs of mice. Nat Immunol 2007; 8:578–583.
8.
Serbina NV, Pamer EG. Monocyte emigration from bone marrow during bacterial infection requires signals mediated by chemokine receptor CCR2. Nat Immunol 2006; 7:311–317.
9.
Geissmann F, Jung S, Littman DR. Blood monocytes consist of two principal subsets with distinct migratory properties. Immunity 2003; 19:71–82.
10. Randolph GJ, Beaulieu S, Lebecque S, et al. Differentiation of monocytes into dendritic cells in a model of transendothelial trafficking. Science 1998; 282:480–483. 11. van Furth R, Cohn ZA, Hirsch JG, et al. The mononuclear phagocyte system: a new classification of macrophages, monocytes, and their precursor cells. Bull World Health Organ 1972; 46:845–852. 12. Grage-Griebenow E, Flad HD, Ernst M. Heterogeneity of human peripheral blood monocyte subsets. J Leukoc Biol 2001; 69:11–20. 13. Bennett WE, Cohn ZA. The isolation and selected properties of blood monocytes. J Exp Med 1966; 123:145–160. 14. Figdor CG, Bont WS, Touw I, et al. Isolation of functionally different human monocytes by counterflow centrifugation elutriation. Blood 1982; 60:46–53. 15. Yasaka T, Mantich NM, Boxer LA, Baehner RL. Functions of human monocyte and lymphocyte subsets obtained by countercurrent centrifugal elutriation: differing functional capacities of human monocyte subsets. J Immunol 1981; 127:1515–1518. 16. Shen HH, Talle MA, Goldstein G, Chess L. Functional subsets of human monocytes defined by monoclonal antibodies: a distinct subset of monocytes contains the cells capable of inducing the autologous mixed lymphocyte culture. J Immunol 1983; 130:698–705. 17. Grage-Griebenow E, Lorenzen D, Fetting R, et al. Phenotypical and functional characterization of Fc gamma receptor I (CD64)-negative monocytes, a minor human monocyte subpopulation with high accessory and antiviral activity. Eur J Immunol 1993; 23:3126–3135. 18. Zembala M, Uracz W, Ruggiero I, et al. Isolation and functional characteristics of FcR+ and FcR– human monocyte subsets. J Immunol 1984; 133:1293–1299.
Következtetés A monocyták a mononukleáris phagocyta rendszer legsokoldalúbb és legdinamikusabb sejtjei, amelyek kulcsfontosságú kapcsolatot létesítenek a csontvelôi vérképzés és a perifériás szervek között. A szöveti macrophag és dendritikus sejt kompartmenteket repopuláló, a helyi gyulladásos reakciókat kialakító és lecsillapító, valamint a szervezet veleszületett immun surveillance mûködésében szerepet játszó különbözô monocyta szubpopulációk felfedezése lényeges mértékben járult hozzá a szóban forgó sejtek mûködésének megértéséhez. A monocyta-altípusok, valamint a perifériás macrophagok és dendritikus sejtek között nyugalmi állapotban és gyulladásban fennálló kapcsolat teljes tisztázásához további mélyreható kutatások szükségesek.
19. Ziegler-Heitbrock HW, Strobel M, Fingerle G, et al. Small (CD14+/CD16+) monocytes and regular monocytes in human blood. Pathobiology 1991; 59:127–130. 20. Tacke F, Alvarez D, Kaplan TJ, et al. Monocyte subsets differentially employ CCR2, CCR5, and CX3CR1 to accumulate within atherosclerotic plaques. J Clin Invest 2007; 117:185–194. 21. Passlick B, Flieger D, Ziegler-Heitbrock HW. Identification and characterization of a novel monocyte subpopulation in human peripheral blood. Blood 1989; 74:2527–2534. 22. Ziegler-Heitbrock HW, Fingerle G, Strobel M, et al. The novel subset of CD14+/CD16+ blood monocytes exhibits features of tissue macrophages. Eur J Immunol 1993; 23:2053–2058. 23. Goff WL, Johnson WC, Wyatt CR, Cluff CW. Assessment of bovine mononuclear phagocytes and neutrophils for induced L-arginine-dependent nitric oxide production. Vet Immunol Immunopathol 1996; 55:45–62. 24. Mirkovitch J, Konig A, Sauter KS, et al. Single-cell analysis divides bovine monocyte-derived dendritic cells into subsets expressing either high or low levels of inducible nitric oxide synthase. Vet Immunol Immunopathol 2006; 114:1–14. 25. Chamorro S, Revilla C, Alvarez B, et al. Phenotypic and functional heterogeneity of porcine blood monocytes and its relation with maturation. Immunology 2005; 114:63–71. 26. Chamorro S, Revilla C, Alvarez B, et al. Phenotypic characterization of monocyte subpopulations in the pig. Immunobiology 2000; 202:82–93.
Köszönetnyilvánítás S.J. a Pauline Recanati Career Development Chair tisztét tölti be. S.Y. a Federation of European Biochemical Societies (FEBS) által támogatott posztdoktori ösztöndíj birtokosa.
27. Ahuja V, Miller SE, Howell DN. Identification of two subpopulations of rat monocytes expressing disparate molecular forms and quantities of CD43. Cell Immunol 1995; 163:59–69. 28. Yrlid U, Cerovic V, Milling S, et al. A distinct subset of intestinal dendritic cells responds selectively to oral TLR7/8 stimulation. Eur J Immunol 2006; 36:2639–2648.
monocytakVAR
3/19/10
12:47 PM
Page 14
14 Immunológia
29. Gordon S, Taylor PR. Monocyte and macrophage heterogeneity. Nat Rev Immunol 2005; 5:953–964. 30. Strauss-Ayali D, Conrad SM, Mosser DM. Monocyte subpopulations and their differentiation patterns during infection. J Leukoc Biol 2007; 82:244–252. 31. Jung S, Aliberti J, Graemmel P, et al. Analysis of fractalkine receptor CX(3)CR1 function by targeted deletion and green fluorescent protein reporter gene insertion. Mol Cell Biol 2000; 20:4106–4114. 32. Palframan RT, Jung S, Cheng G, et al. Inflammatory chemokine transport and presentation in HEV: a remote control mechanism for monocyte recruitment to lymph nodes in inflamed tissues. J Exp Med 2001; 194:1361–1373.
A szerzôk a monocyta-akkumuláció szerepét vizsgálták gerincvelô-sérülés után. A vizsgálók egy új módszert dolgoztak ki, amellyel specifikusan tanulmányozhatták a monocyta eredetû infiltráló macrophagok mûködését a gyógyulás folyamatában, illetve elkülöníthették e sejteket a károsodás helyén rezidens microglia sejtektôl. A vizsgálat a monocyta eredetû macrophagok IL-10-szekréciót is magában foglaló antiinflammatorikus aktivitását igazolta, amely a gyógyulási folyamatban elengedhetetlenül szükséges. 59. Swirski FK, Libby P, Aikawa E, et al. Ly-6Chi monocytes dominate hypercholesterolemia-associated monocytosis and give rise to macrophages in atheromata. J Clin Invest 2007; 117:195–205.
33. Landsman L, Bar-On L, Zernecke A, et al. CX3CR1 is required for monocyte homeostasis and atherogenesis by promoting cell survival. Blood 2009; 113:963–972.
60. Combadiere C, Potteaux S, Rodero M, et al. Combined inhibition of CCL2, CX3CR1, and CCR5 abrogates Ly6C(hi) and Ly6C(lo) monocytosis and almost abolishes atherosclerosis in hypercholesterolemic mice. Circulation 2008; 117:1649–1657.
34. Tsou CL, Peters W, Si Y, et al. Critical roles for CCR2 and MCP-3 in monocyte mobilization from bone marrow and recruitment to inflammatory sites. J Clin Invest 2007; 117:902–909.
61. Sunderkotter C, Goebeler M, Schulze-Osthoff K, et al. Macrophage-derived angiogenesis factors. Pharmacol Ther 1991; 51:195–216.
35. Serbina NV, Salazar-Mather TP, Biron CA, et al. TNF/iNOS-producing dendritic cells mediate innate immune defense against bacterial infection. Immunity 2003; 19:59–70. 36. Iwasaki H, Akashi K. Myeloid lineage commitment from the hematopoietic stem cell. Immunity 2007; 26:726–740. 37. Fogg DK, Sibon C, Miled C, et al. A clonogenic bone marrow progenitor specific for macrophages and dendritic cells. Science 2006; 311:83–87. 38. Varol C, Landsman L, Fogg DK, et al. Monocytes give rise to mucosal, but not splenic, conventional dendritic cells. J Exp Med 2007; 204:171–180. 39. Sunderkotter C, Nikolic T, Dillon MJ, et al. Subpopulations of mouse blood monocytes differ in maturation stage and inflammatory response. J Immunol 2004; 172:4410–4417. 40. Karlmark KR, Weiskirchen R, Zimmermann HW, et al. Hepatic recruitment of the inflammatory Gr1+ monocyte subset upon liver injury promotes hepatic fibrosis. Hepatology 2009; 50:261–274. 41. Nahrendorf M, Swirski FK, Aikawa E, et al. The healing myocardium sequentially mobilizes two monocyte subsets with divergent and complementary functions. J Exp Med 2007; 204:3037–3047. 42. Arnold L, Henry A, Poron F, et al. Inflammatory monocytes recruited after skeletal muscle injury switch into antiinflammatory macrophages to support myogenesis. J Exp Med 2007; 204:1057–1069. 43. Swirski FK, Nahrendorf M, Etzrodt M, et al. Identification of splenic reser•• voir monocytes and their deployment to inflammatory sites. Science 2009; 325:612–616. Az elegáns vizsgálat a lép subcapsularis vörös pulpájában monocyta reservoirt igazolt, amelynek sejtjei nem különíthetôk el a keringô monocytáktól. A lépben levô monocyták sérülést követôen a gyulladás helyére vándorolnak. 44. Lawrence T, Willoughby DA, Gilroy DW. Anti-inflammatory lipid mediators and insights into the resolution of inflammation. Nat Rev Immunol 2002; 2:787–795. 45. Gilroy DW, Lawrence T, Perretti M, Rossi AG. Inflammatory resolution: new opportunities for drug discovery. Nat Rev Drug Discov 2004; 3:401–416. 46. Gordon S. The macrophage: past, present and future. Eur J Immunol 2007; 37(Suppl 1):S9–17. 47. Van Furth R, Diesselhoff-den dulk MMC. Dual origin of mouse spleen macrophages. J EXP MED 1984; 160:1273–1282. 48. Van Furth R, Cohn ZA. The origin and kinetics of mononuclear phagocytes. J EXP MED 1968: 415–429. 49. Sawyer RT, Strausbauch PH, Volkman A. Resident macrophage proliferation in mice depleted of blood monocytes by strontium-89. Lab Invest 1982; 46:165–170. 50. Tarling JD, Lin HS, Hsu S. Self-renewal of pulmonary alveolar macrophages: evidence from radiation chimera studies. J Leukoc Biol 1987; 42:443–446. 51. Landsman L, Varol C, Jung S. Distinct differentiation potential of blood monocyte subsets in the lung. J Immunol 2007; 178:2000–2007. 52. Wijffels JF, de Rover Z, Beelen RH, et al. Macrophage subpopulations in the mouse spleen renewed by local proliferation. Immunobiology 1994; 191:52–64. 53. Crofton RW, Diesselhoff-den Dulk MM, van Furth R. The origin, kinetics, and characteristics of the Kupffer cells in the normal steady state. J Exp Med 1978; 148:1–17. 54. Mildner A, Schmidt H, Nitsche M, et al. Microglia in the adult brain arise from Ly6ChiCCR2+ monocytes only under defined host conditions. Nat Neurosci 2007; 10:1544–553.
62. Condeelis J, Pollard JW. Macrophages: obligate partners for tumor cell migration, invasion, and metastasis. Cell 2006; 124:263–266. 63. Du R, Lu KV, Petritsch C, et al. HIF1alpha induces the recruitment of bone marrow-derived vascular modulatory cells to regulate tumor angiogenesis and invasion. Cancer Cell 2008; 13:206–220. 64. Pucci F, Venneri MA, Biziato D, et al. A distinguishing gene signature shared by tumor-infiltrating Tie2-expressing monocytes, blood ‘resident’ monocytes, and embryonic macrophages suggests common functions and developmental relationships. Blood 2009; 114:901–914. 65. De Palma M, Venneri MA, Galli R, et al. Tie2 identifies a hematopoietic lineage of proangiogenic monocytes required for tumor vessel formation and a mesenchymal population of pericyte progenitors. Cancer Cell 2005; 8:211–226. 66. Grunewald M, Avraham I, Dor Y, et al. VEGF-induced adult neovascularization: recruitment, retention, and role of accessory cells. Cell 2006; 124:175–189. 67. Dunay IR, Damatta RA, Fux B, et al. Gr1(+) inflammatory monocytes are • required for mucosal resistance to the pathogen Toxoplasma gondii. Immunity 2008; 29:306–317. A vizsgálat igazolta, hogy a Ly6Chi monocyták specifikusan a Toxoplasma gondii-val fertôzött ileumba vándoroltak, ahol elôsegítették az iNOS, TNFa- és IL-12-expressziót. Mindez rávilágít az intesztinális kórokozókkal szembeni védekezés elsô vonalában e sejtek alapvetô jelentôségére. 68. Steinman RM, Witmer MD. Lymphoid dendritic cells are potent stimulators of the primary mixed leukocyte reaction in mice. Proc Natl Acad Sci USA 1978; 75:5132–5136. 69. Sallusto F, Lanzavecchia A. Efficient presentation of soluble antigen by cultured human dendritic cells is maintained by granulocyte/macrophage colony-stimulating factor plus interleukin 4 and downregulated by tumor necrosis factor alpha. J Exp Med 1994; 179:1109–1118. 70. De Smedt T, Pajak B, Muraille E, et al. Regulation of dendritic cell numbers and maturation by lipopolysaccharide in vivo. J Exp Med 1996; 184: 1413–1424. 71. Naik SH, Metcalf D, van Nieuwenhuijze A, et al. Intrasplenic steady-state dendritic cell precursors that are distinct from monocytes. Nat Immunol 2006; 7:663–671. 72. Liu K, Victora GD, Schwickert TA, et al. In vivo analysis of dendritic cell • development and homeostasis. Science 2009; 324:392–397. A vizsgálat kapcsán különbséget írtak le a multipotens progenitorok és a cDC-korlátozott progenitorok (preklasszikus dendritikus sejtek) között a csontvelôben. A szerzôk azt is igazolták, hogy a preklasszikus dendritikus sejtek a vérbôl a lymphoid szövetekbe vándorolnak, ahol dendritikus sejtekké alakulnak. 73. Randolph GJ. Differentiation of phagocytic monocytes into lymph node dendritic cells in vivo. Immunity 1999; 11:753–761. 74. Qu C, Edwards EW, Tacke F, et al. Role of CCR8 and other chemokine pathways in the migration of monocyte-derived dendritic cells to lymph nodes. J Exp Med 2004; 200:1231–1241. 75. Nakano H, Lin KL, Yanagita M, et al. Blood-derived inflammatory dendritic • cells in lymph nodes stimulate acute T helper type 1 immune responses. Nat Immunol 2009; 10:394–402. A vizsgálat szerint vírusfertôzés vagy védôoltás után Ly6Chi monocyták akkumulálódtak a nyirokcsomókban, majd gyulladásos dendritikus sejtekké alakultak. 76. Jung S, Unutmaz D, Wong P, et al. In vivo depletion of CD11c(+) dendritic cells abrogates priming of CD8(+) T cells by exogenous cell-associated antigens. Immunity 2002; 17:211–220.
56. Landsman L, Jung S. Lung macrophages serve as obligatory intermediate between blood monocytes and alveolar macrophages. J Immunol 2007; 179:3488–3494.
77. Varol C, Vallon-Eberhard A, Elinav et al. Intestinal lamina propria dendritic •• cell subsets have different origin and functions. 2009 Immunity. doi: 10.1016/j.immuni.2009.06.025 A szerzôk a lamina propria típusú dendritikus sejtpopulációjának különálló eredetét igazolták. A vizsgálat szerint CD103+ CX3CR1– lamina propria típusú dendritikus sejtek a macrophag/dendritikus sejt progenitorokból (MDP) keletkeznek, míg a CD11b+ CD14+ CX3CR1+ lamina propria típusú dendritikus sejtek a Ly6Chi monocytákból származnak.
57. Auffray C, Fogg D,GarfaM, et al. Monitoring of blood vessels and tissues by a population of monocytes with patrolling behavior. Science 2007; 317:666–670.
78. Ginhoux F, Tacke F, Angeli V, et al. Langerhans cells arise from monocytes in vivo. Nat Immunol 2006; 7:265–273.
58. Shechter R, London A, Varol C, et al. Infiltrating blood-derived macropha• ges are vital cells playing an anti-inflammatory role in recovery from spinal cord injury in mice. PLoS Med 2009; 6:e1000113.
79. Iijima N, Linehan MM, Saeland S, Iwasaki A. Vaginal epithelial dendritic cells renew from bone marrow precursors. Proc Natl Acad Sci USA 2007; 104:19061–19066.
55. Matute-Bello G, Lee JS, Frevert CW, et al. Optimal timing to repopulation of resident alveolar macrophages with donor cells following total body irradiation and bone marrow transplantation in mice. J Immunol Methods 2004; 292:25–34.
