Поляризация макрофагов: механизмы, маркеры и факторы индукции

Macrophages are key components of the innate immune system. The variability of the macrophage’s participation in tumor progression, determined by their functional polarization, opens up a wide prospect for modulating their functional profile, primarily in the direction of increasing antitumor activity. The purpose of the study was to provide up-to-date data on the process of macrophage polarization, mechanisms of its regulation, polarization markers and induction factors. Material and Methods. A search was made for available literature sources published in Web of Science, Scopus and other databases. More than 160 sources devoted to the study of the process of macrophage polarization were found, of which 121 were included in this review. Results. This review presents data on the molecular mechanisms and gene signatures associated with M1 and M2 polarization of macrophages. We displayed information on metabolic, phenotypic characteristics and cytokine profile of M1- and M2-macrophages, as well as highlighted data on polarization factors and targets of their action. Conclusion. The information presented in the review can serve as an information base for the development of experimental and clinical approaches for editing the functional profile of macrophages in order to control their involvement in various pathological processes.

Макрофаги являются ключевыми компонентами врожденной иммунной системы [1, 2]. Многообразие функций и вовлечение в разнообразные физиологические и патологические реакции организма, в т. ч. в воспаление и злокачественный рост, обусловлены таким свойством клеток моноцитарно-макрофагального звена, как пластичность. Пластичность макрофагов – способность клеток изменять свой фенотип и функциональную активность под влиянием различных факторов внутренней и внешней среды, в частности микроокружения. Пластичность макрофагов проявляется в процессе поляризации – обретения определенного функционального статуса [3]. Изучение роли макрофагов в феномене воспаления позволило открыть два функционально противоположных состояния данной клеточной популяции – М1- и М2-поляризованные макрофаги, реализующих оппозитные активности цитотоксичности и регенерации.

Подобная функциональная амбивалентность присуща макрофагам и при вовлечении в патогенез злокачественного роста. Провоспалительные М1-макрофаги способны выступать как эффекторы противоопухолевой защиты [4], в то время как

M2-популяция содействует развитию опухоли как в первичных, так и в метастатических очагах благодаря своему вкладу в разрушение базальной мембраны, индукции ангиогенеза, рекрутированию лейкоцитов и общей иммуносупрессии [4]. По литературным данным, в опухолевой ткани М2-макрофаги преобладают над М1-популяцией, при этом инфильтрация опухоли М2-макрофагами связана с худшими показателями выживаемости у пациентов со злокачественными новообразованиями различных локализаций [5–10]. Выявление признаков, факторов и условий поляризации, а также механизмов, опосредующих данный феномен, позволит определить пути направленной модуляции функциональным статусом макрофагов с целью управления их участием в патологических процессах.

Молекулярные механизмыМ1-и М2-поляризации макрофагов

В основе поляризации лежит каскад молекулярных событий, начинающихся со связывания индуктора с соответствующим рецептором, с последующим внутриклеточным преобразованием сигнала через активацию молекулярных мессенджеров, цитоплазматических и ядерных, индукцией экспрессии генов, перестройкой метаболизма клетки, аранжировкой поверхностных молекул, секрецией цитокинов и, в целом, изменением функционального статуса клетки [11]. Молекулы, вовлеченные в осуществление каждого из перечисленных этапов, являются потенциальными маркерами принадлежности макрофагов к М1- или М2-поляризации.

При воздействии провоспалительных стимулов, например, при взаимодействии интерферона гамма (IFNγ) с соответствующим рецептором IFN-γR или липополисахарида (ЛПС) c TLR4, в макрофагах активируются IRF/STAT-канонические пути передачи сигналов. Данный каскад вовлекает следующие факторы транскрипции: NF-κB, STAT1, STAT3, AP-1, SREBP-1 и HIF1α, AP-1, PU.1, CCAAT/ энхансер-связывающий белок-α (C/EBP-α), а также регуляторный фактор интерферона 5 (IRF5) [12], что приводит к М1-поляризации. Активация данных транскрипционных факторов запускает экспрессию таких функциональных молекул, как iNOS, COX-2, CD80, CD86 и MHC-II, и секрецию воспалительных цитокинов IL-1β, TNF-α, IFN-γ, IL-6, IL-12 и IL-23 [13–15].

Взаимодействие IL-4 и IL-13 c рецепторами IL-4/IL-13 активирует транскрипционный фактор STAT6, который, в свою очередь, запускает транскрипцию генов, типичных для поляризации M2, например, рецептора маннозы (Mrс), резистин-подобного белка α и хитины типа 3 (CHI3L3). Интересно, что STAT6 координирует и взаимодействует как с PPARγ, так и с Крюппел-подобным фактором 4 (KLF4), членом семейства белков, которые вносят вклад в функциональную активность макрофагов. KLF4 взаимодействует со STAT6, индуцирует гены M2 (Arg-1, Mrc1, Fizz1, PPAR γ) и ингибирует гены M1 (TNFa, Cox-2, CCL5, iNOS) через секвестрацию коактиваторов, необходимых для активации NF-κB. Ядерные рецепторы PPARγ и PPARδ контролируют подмножества генов, ассоциированных с активацией M2-макрофагов и с окислительным метаболизмом. KLF2 регулирует активацию макрофагов путем ингибирования активности NF-κB/ HIF-1α. IL-4 также индуцирует активность c-Myc в макрофагах человека, которая контролирует гены активации M2 (Scarb1, Alox15 и Mrc1), а также активацию STAT6 и PPARγ [14, 16–18]. IL-10 активирует STAT3-опосредованную экспрессию генов (Il-10, TGFB1, Mrc1), связанных с M2-подобным фенотипом [19]. STAT-опосредованная активация макрофагов регулируется членами семейства SOCS. IL-4 и IFN-γ (последний в сочетании со стимуляцией TLR) активируют SOCS1 и SOCS3, которые, в свою очередь, оказывают ингибирующее действие на STAT1 и STAT3 соответственно [19, 20]. Ядерный фактор NF-κB играет важную и амбивалентную роль в М1/М2-поляризации. Несмотря на то, что его активация при взаимодей- ствии соответствующего лиганда с TLR приводит к продукции медиаторов воспаления, связанных с M1-макрофагами, этот же фактор активирует генетическую программу, необходимую для разрешения воспаления и поляризации М2-ОАМ [21, 22]. Более того, индукция гомодимеров p50 NF-κB необходима для поляризации М2 in vitro и in vivo [23].

Генные сигнатуры, ассоциированныес М1- и М2-поляризацией макрофагов

P. Italiani et al. [24] разработана модель in vitro , которая дала понимание процессов регуляции функциональной дифференцировки и поляризации моноцитов/макрофагов. В данной модели моноциты периферической крови человека подвергались последовательным изменениям в условиях микроокружения. С помощью транскриптомного анализа микрочипов были идентифицированы кластеры генов, которые имели отличия в экспрессии при разных фазах воспаления. При М1-поляризации, характерной для острой фазы воспаления, активировались следующие гены: IL12B, PTX3, CCL4, IL1RN, TNF, IL6, CCL20, IL1A, ICAM1, NFKB1, TRAF1, SERPINB9, IL1F9, MAFF, CXCL1, DRAM, TNIP3, CCL2, SLAMF7, CCR7, TNFAIP6, тогда как гены P2RY5, FGL2, CD1D ингибировались. При М2-поляризации, отмечаемой в фазу разрешения воспаления, отмечена активация генов TREM2, A2M, NUPR1, C1QA, MS4A4A, APOE, APOC1, ADORA3, ADAMDEC1, CD59, TFPI, CCL3, в то время как гены FCER1A, LGALS2, PF4, CD69, CD93, NR4A2, VCAN, CD62L, ICAM3, NLRP3, ERG1 были ингибированы [24]. В экспериментальном исследовании G. Raes et al. (2002) выявлена связь М2-поляризации макрофагов с повышенной экспрессией генов Arg1 , Mrc1 , резистиноподобная молекула α ( FIZZ1 ) и Ym1 [25].

Метаболические признаки М1/М2-макрофагов

В зависимости от типа поляризации макрофаги проявляют различную метаболическую активность. Активация сигнальных путей, связанных с М1-поляризацией, вызывает метаболическое перепрограммирование клеток в сторону гликолиза, пентозофосфатного пути и синтеза жирных кислот.

Главной особенностью провоспалительных макрофагов является индукция гликолиза за счет повышенной регуляции транспортера глюкозы (GLUT1), который опосредует поглощение глюкозы [26]. Сверхэкспрессия GLUT1, члена семейства GLUT, в макрофагах связана с повышенным гликолизом и промежуточными продуктами пентозо-фосфатного пути, которые индуцируют продукцию активных форм кислорода (АФК) и экспрессию провоспалительных медиаторов, таких как TNFα и IL-6 [27]. GLUT в макрофагах контролируется

HIF1α, который регулирует экспрессию генов, кодирующих гликолитические ферменты, а также медиаторы воспаления [28].

Показано, что гликолитический фермент пи-руваткиназа M2 (PKM2) индуцирует экспрессию IL-1β за счет активности HIF1α [29]. Гликолиз, опосредованный PKM2, способствует активации воспаления путем модуляции фосфорилирования за счет эукариотического фактора инициации трансляции 2 альфа-киназы 2 (EIF2AK2) в макрофагах [30]. Активация гликолиза в М-1 макрофагах не только вырабатывает АТФ, но также поддерживает пентозофосфатный путь (PPP). PPP способствует воспалительным реакциям макрофагов, генерируя аминокислоты для синтеза белка, рибозу для нуклеотидов и NADPH для производства АФК с помощью NADPH-оксидазы [31]. Укороченный цикл трикарбоновых кислот рассматривается как метаболическая особенность макрофагов М1, приводящая к накоплению цитрата и сукцината [32]. Повышенный синтез ацетилкоэнзима А (ацетил-КоА) из цитрата удовлетворяет биосинтетические потребности воспалительных макрофагов, включая синтез жирных кислот, липидов и простагландинов [33]. Сукцинат связан с провоспалительной функцией макрофагов M1 [34]. Индуцированный LPS сукцинат в макрофагах усиливал продукцию IL-1β за счет стабилизации HIF-1α [35]. Сукцинат может косвенно стабилизировать HIF-1α посредством индукции АФК [34].

Метаболизм М2-поляризованных макрофагов характеризуется усиленным процессом окислительного фосфорилирования (OXPHOS), окислением жирных кислот, глутаминолизом, катаболизмом триптофана с высвобождением кинуренина и синтезом полиаминов. Цикл трикарбоновых кислот в М2-макрофагах интактен и обеспечивает поставку субстратов для дыхательной цепи переноса электронов [28]. Повышенное потребление М2 макрофагами глютамина отражает относительно высокие уровни экспрессии как переносчиков глутамина, так и метаболических ферментов, что наблюдается (in vitro и in vivo) на моделях опухолей мышей и первичных опухоль-ассоциированных макрофагов человека [36, 37]. Сообщается, что в in vitro моделях глутамат-аммиачная лигаза (GLUL) поддерживает поляризацию М2, катализируя превращение глутамата в глутамин [38]. Таким образом, ингибирование GLUL способствует реполяризации М2-подобных макрофагов в М1-подобные, что сопровождается повышением гликолиза и образованием сукцината [38]. Данный факт указывает на существование метаболического взаимодействия между метаболизмом глюкозы и глутамина в регуляции функций макрофагов. Окисление жирных кислот является ключевым метаболическим процессом М2-макрофагов. Ингибирование окисления жирных кислот обработкой этимоксиром подавляло активацию пирин- связывающего домена-3 (NLRP3) и последующую секрецию IL-1b и IL-18 в макрофагах человека и мыши [39]. Показано, что окисление жирных кислот необходимо для индуцированной пальмитатом активации воспаления NLRP3, который включает митохондриальные АФК [40].

В ряде исследований было показано, что активированные макрофаги в высокой степени экспрессируют рецептор фолиевой кислоты (FR-β) [41, 42], особенно активированные M2-макрофаги [43], тогда как в покоящихся макрофагах экспрессия FR-β отсутствует или наблюдается в меньшей степени. R. Samaniego et al. показали, что продукция переносчиков фолиевой кислоты различается между подтипами макрофагов. M1-макрофаги демонстрируют более высокую экспрессию RFC, тогда как FRβ и PCFT преимущественно вырабатываются противовоспалительными макрофагами M2 [44]. Данный факт объясняет более высокое накопление 5-MTHF – основной формы фолиевой кислоты, обнаруженной в сыворотке – в M2-макрофагах in vitro и in vivo .

Фенотипические признакиМ1- и М2-макрофагов

Поляризация макрофагов сопровождается экспрессией маркерных молекул, позволяющих классифицировать клеточные популяции по типу поляризации. Большинство маркерных молекул связано с реализуемой функцией, характерной для типа поляризации клетки.

CD68 и CD11b являются общими маркерами макрофагов [45, 46]. CD68 рассматривается как член семейства скавенджер-рецепторов, он значительно повышен в макрофагах, отвечающих на воспалительные стимулы. CD68 способен связывать модифицированные ЛПНП, фосфатидилсерин и апоптотические клетки, а также может быстро перемещаться между плазматической мембраной и эндосомами [46]. CD11b регулирует клеточную адгезию и миграцию лейкоцитов, хотя миграция может происходить только в присутствии субъединицы CD18. Помимо участия в различных реакциях адгезии, CD11b является рецептором комплемента C3bi, который опосредует поглощение чужеродных частиц [47].

К специфичным маркерам М1-макрофагов относят рецептор HLA-DR [48] и индуцибельную синтазу оксида азота (iNOS) при воспалительных процессах [49], а также молекулы CD80, CD86, CD64, CD16, CD32, YKL-40 (CHI3L1) [50, 51]. Данные маркеры выполняют различные функции. HLA-DR играет роль в представлении пептидов, полученных из внеклеточных белков, Т-клеткам [52]. iNOS является ферментом, участвующим в продукции важного провоспалительного цитотоксического агента оксида азота (NO), который защищает хозяина от различных патогенов путем инактивации и уничтожения инфекционных агентов [53]. CD80 и CD86 располагаются на поверхности антигенпрезентирующих клеток и отвечают за передачу сигналов Т-клеткам, когда они взаимодействуют со своими лигандами CD152 и CD28 [54]. FcgRI (CD64), FcgRII (CD32) и FcgRIII (CD16) являются рецепторами Fc-γ (FcgR), которые опосредуют фагоцитоз, высвобождение медиаторов воспаления и стимуляцию иммунного ответа в макрофагах [55]. YKL-40 (CHI3L1) – белок, относящийся к семейству хитиназоподобных, усиливает ангиогенез, индуцируется интерфероном γ [56, 57].

CD163 и CD206 являются основными маркерами для идентификации макрофагов M2 [58–60]. CD163 относится к членам семейства скавенджер-рецепторов, богатых цистеином (SRCR), для комплексов гаптоглобин-гемоглобин [61]. Но совсем недавно было показано, что CD163 является маркером M2-макрофагов только в сочетании с фактором транскрипции CMAF, таким образом, CD163 не может считаться маркером M2 при использовании в качестве уникального маркера [62]. CD206, или рецептор маннозы (MRC1), участвует в эндоци-тозе, фагоцитозе и иммунном гомеостазе, способствуя удалению чужеродных гликопротеинов из организма [63]. Недавние исследования показали, что высокая экспрессия скавенджер-рецептора класса А (CD204) наблюдается на M2-подобных макрофагах. CD204 специфически экспрессируется на макрофагах и действует как паттерн-распознающий рецептор, способный связываться с большим количеством лигандов [64].

К маркерам М2-макрофагов также относят белки: MMP-9, SIGLEC1, Stabilin-1, YKL-39, ZEB1. MARCO является скавенджер-рецептором с коллагеновой структурой, который опосредует опсонин-независимый фагоцитоз [65]. Матриксная металлопротеиназа-9 (МMMP-9) играет важную роль в функционировании иммунных клеток, является основным ММP, продуцируемым макрофагами человека. Делеция гена MMP-9 способствует привлечению эозинофилов и клеток Th2 в легкие во время воздействия аллергена [66]. SIGLEC1, (CD169) или связывающий сиаловую кислоту иммуноглобулиноподобный лектин 1, был описан как маркер субпопуляции макрофагов, выделенной из костного мозга, лимфатических узлов, печени и селезенки. Эти клетки обладали способностью связывать эритроциты. Молекула CD169 сильно экспрессируется макрофагами, обнаруженными в подкапсульном синусе и мозговом веществе (M) лимфатических узлов и маргинальной зоне в селезенке [67]. Stabilin-1 (RS1), общий лимфатический эндотелиальный и сосудистый эндотелиальный рецептор-1 (CLEVER-1), действует как внутриклеточный сортирующий рецептор, который направляет хитиназоподобные белки SI-CLP и YKL-39 на секреторный путь [56]. SI-CLP и YKL-39, в свою очередь, регулируют рекрутирование моноцитов и ангиогенез [56]. Stabilin-1 опосредует внутриклеточную сортировку и транспортировку по секреторному пути хитиназоподобных белков, связанных с воспалением и ремоделированием тканей [68]. ZEB1 – представитель семейства белков цинкового пальца, наиболее известен тем, что управляет эпителиально-мезенхимальным переходом (ЕМТ) в раковых клетках, что способствует прогрессированию опухоли. Ключевым индуктором эпителиально-мезенхимального перехода в раковых клетках является транскрипционный фактор ZEB1, который экспрессируется злокачественными клетками на инвазивном фронте карциномы [69]. ZEB1 наделяет раковые клетки проинвазивным и стволовым фенотипом и определяет худший клинический прогноз при большинстве видов рака [70].

Аргиназа 1 (Arg1) и DECTIN-1 также являются фенотипическими индикаторами для выявления макрофагов M2. Arg1 – метаболический фермент, который катализирует гидролиз L-аргинина до мочевины и орнитина. Активность Arg1 в миелоидных клетках нарушает эффективный иммунитет против внутриклеточных патогенов, таких как Mycobacterium tuberculosis и Toxoplasma gondii, усугубляет рост опухоли, подавляя функцию Т-клеток, и ограничивает вызванное Т-клетками воспалительное повреждение тканей, подавляя функции эффекторных Т-клеток, способствуя активации регуляторных Т-клеток [71]. DECTIN-1 играет важную роль в противогрибковом врожденном иммунитете. DECTIN-1 экспрессируется на фагоцитах и является специфическим рецептором для β-глюканов [72].

Цитокины как маркерыМ1- и М2-макрофагов

Цитокины и хемокины являются сигнальными молекулами, которые так же важны для жизнедеятельности организма, как гормоны и нейромедиаторы. Эти молекулы участвуют в регуляции различных процессов, начиная от местного и системного воспаления и заканчивая клеточной пролиферацией, хемотаксисом и восстановлением тканей. В зависимости от типа активации макрофаги способны продуцировать различного рода сигнальные молекулы [73].

М1-макрофаги продуцируют ряд провоспа-лительных цитокинов, который включает в себя IL-1β, IL-6, IL-12, IL-18 и IL-23, TNF-α и IFN I типа, а также секретируют следующие хемоки-ны: CXCL1, CXCL3, CXCL5, CXCL8, CXCL9, CXCL10, CXCL11, CXCL13 и CXCL16; CCL2, CCL3, CCL4, CCL5, CCL8, CCL15, CCL11, CCL19, CCL20, CX3CL1 [74, 75]. Хемокины, обладающие провоспалительными свойствами, продуцируются клетками в первую очередь для рекрутирования лейкоцитов в место возникновения инфекции или повреждения. Хемокины индуцируют в лейкоци- тах экспрессию β2-интегрина (LFA-1), который блокирует циркуляцию данных клеток и способствует диапедезу через эндотелий [76].

М2-макрофаги способны к продукции следующих цитокинов и хемокинов: IL-13, CCL1, CCL2, CCL13, CCL14, CCL17, CCL18, CCL22, CCL23, CCL24, CCL26 и IL-1R, IGFR [51]. Помимо вышеперечисленного, М2-макрофаги продуцируют IL-8, хемоаттрактантный белок моноцитов-1 (MCP-1), CXCL-10, воспалительный белок макрофагов (MCP) -1β и CCL5 для привлечения нейтрофилов, моноцитов и Т-лимфоцитов в противовоспалительном или регуляторном ответе [77]. Противовоспалительные цитокины имеют решающее значение для координации клеточно-опосредованного иммунного ответа и играют важную роль в модуляции иммунной системы. Противовоспалительные цитокины обычно регулируют рост, активацию клеток, ремоделирование матрикса, регенерацию, ангиогенез, дифференцировку и возвращение иммунных клеток к местам инфекции с целью контроля и уничтожения внутриклеточных патогенов, включая вирусы [76].

Факторы поляризации и мишени их воздействия

Факторы поляризации – факторы, приводящие к изменению фенотипа и функциональной активности моноцитов и макрофагов [11]. Изучение данных факторов и их мишеней открывает возможность целенаправленного управления поляризацией макрофагов in vitro и in vivo и воздействия на воспаление и опухолевую прогрессию.

Факторы дифференцировки M-CSF и GM-CSF, способствующие поляризации макрофагов

Главными цитокинами, регулирующими жизнеспособность, дифференцировку и рекрутирование клеток моноцитарно-макрофагального ряда, являются макрофагальный колниестимулирующий фактор (M-CSF) и гранулацитарно-макрофагальный колниестимулирующий фактор (GM-CSF). M-CSF представляет собой фактор роста, который обнаруживается в нормальных условиях, тогда как GM-CSF присутствует в нормальных условиях лишь в некоторых тканях, не обнаруживается системно за исключением воспаления [78]. M-CSF и GM-CSF активируют клетки посредством различных сигнальных путей. Рецептор M-CSF представляет собой гомодимер, образованный внеклеточным, трансмембранным и внутриклеточным доменом. Взаимодействие M-CSF и рецептора активирует такие пути, как PI3K/Akt и MEK-ERK1/2 и др. [79]. Рецептор GM-CSF представляет собой гетеродимерный рецептор, образованный двумя субъединицами: специфической лиганд-связывающей субъединицей (CSF2Rα) и общей субъединицей передачи сигнала (CSF2Rβ). Взаимодействие

GM-CSF с рецептором активирует путь JAK2/ STAT5 [80]. Транскриптомный анализ макрофагов, индуцированных из моноцитов путем M-CSF и GM-CSF, показал четкие различия между данными индукторами. Макрофаги, дифференцированные при использовании GM-CSF, экспрессируют более высокие уровни генов провоспалительных цитокинов, таких как TNF или IL-1β, в ответ на LPS [81]. В исследовании in vitro было показано, что M-CSF индуцирует поляризацию макрофагов в сторону иммуносупрессивного фенотипа, и эти макрофаги экспрессируют высокие уровни противовоспалительного цитокина IL-10 и хемокина CCL2/MCP-1. Обработанные GM-CSF макрофаги были связаны с состоянием активации M1 макрофагов, поскольку вырабатываемые ими цитокины и хемокины относятся к провоспалительным (TNF-α, IL-6, IL-12p70, IL-23, IL-1β, CCL22, CCL24, CCL5 и CCL1) [82].

Цитокины и хемокины, влияющие на М1-поляризацию макрофагов

Главным цитокином, вызывающим поляризацию макрофагов по М1-типу, является интерферон-гамма (IFNγ). Сигнальный путь был представлен выше. Показано, что IFN-γ совместно с лигандами Toll-подобных рецепторов действует на макрофаги, индуцируя их противоопухолевую активность, а также усиливая продукцию оксида азота (NO) и экспрессию провоспалительных молекул, TNFα и цитокинов семейства IL-12 [83]. Присутствие IL-17 в среде культивируемых моноцитов с целью индукции из них макрофагов увеличивает степень экспрессии генов провоспалительных цитокинов, хемокинов и путей, связанных с трансэндотелиальной миграцией лейкоцитов [84]. IL-32 способствует дифференцировке моноцитов в макрофаги путем активации p38-MAPK и NF-κβ [85]. При транскриптомном анализе показано, что фактор тромбоцитов 4 (PF4), также известный как хемокин CXCL4, секретируемый при остром сосудистом повреждении, способствует обретению макрофагами, дифференцированными с помощью M-CSF, провоспалительного статуса, что проявляется в секреции высоких концентраций цитокинов IL-6 и TNF [86, 87].

Цитокины, влияющие на М2-поляризацию макрофагов

Для поляризации макрофагов в направлении М2-типа центральную роль, как было описано выше, играют IL-4, IL-13, IL-10.

CCL2, также известный как MCP-1, представляет собой классический хемокин, который способствует привлечению моноцитов в ткани. Присутствие CCL-2 во время поляризации приводит к проявлению менее выраженного провоспалительного фенотипа, со сниженным уровнем экспрессии IL-6 [88]. CCL2 также важен в микроокружении опухоли, где в сочетании с

IL-6 способствует увеличению жизнеспособности клеток CD11b+ за счет увеличения экспрессии ан-тиапоптотических белков (например, cFLIP, Bcl-2 и Bcl-X) и блокирования расщепления каспазы-8. Эти клетки также проявляют повышенную экспрессию противовоспалительных маркеров, таких как CD206 [89].

CCL8 (MCP2) – хемоаттрактантный белок моноцитов, участвует в иммунном ответе, привлекая моноциты, Т-лимфоциты, естественные клетки-киллеры (NK), базофилы, тучные клетки и эозинофилы. CCL8 высоко экспрессируется во время инволюции молочной железы и усиливает инфильтрацию макрофагов подтипа М2 на второй фазе инволюции [90].

Изолированное применение IL-6 приводит к активации пути STAT3, увеличению экспрессии CD206, CD163 и продукции IL-10 и TGFβ в макрофагах опухолевого микроокружения [91]. Эти данные предполагают, что как CCL2, так и IL-6 индуцируют в макрофагах клеточный фенотип со сниженными воспалительными и повышенными иммуносупрессивными характеристиками, способствующий росту опухоли.

Цитокин IL-34 играет ключевую роль в развитии остеокластов и микроглии в ЦНС и связан с ревматоидным артритом [92]. Моноциты, дифференцированные с помощью IL-34, подобны M-CSF-индуцированным макрофагам, но демонстрируют повышенную фагоцитарную активность и более высокую продукцию IL-10 и CCL-17 после стимуляции. Данные различия объясняются способностью IL-34 связываться с рецепторами, отличными от CSF-1R [93]. Макрофаги, дифференцированные с помощью ИЛ-34, демонстрируют выраженный противовоспалительный, иммуносупрессивный фенотип, который в опухолях связан с более низким уровнем инфильтрации цитотоксическими CD8+Т-лимфоцитами [94].

Метаболические факторы

М1-/М2-поляризации

Метаболические факторы, способствующие поляризациии М1- макрофагов

Как было показано выше, преобладание гликолиза над процессом митохондриального окислительного фосфорилирования является признаком М1-макрофагов. Главным индуктором гликолиза являются бактериальные агенты, в частности LPS. Активация провоспалительных макрофагов М1 in vitro путем воздействия на них LPS усиливает гликолиз и подавляет OXPHOS [95]. Хотя гликолиз менее эффективен для производства АТФ, чем OXPHOS, было высказано предположение, что переключение на процессы гликолиза играет важную роль для быстрой продукции молекул АТФ и образования промежуточных продуктов биосинтеза, необходимых для синтеза воспалительных цитокинов [96].

Метаболические факторы, способствующие дифференцировке М2-макрофагов

Гипоксия является главным индуктором, влияющим на функциональный профиль М2-макрофагов. В условиях гипоксии макрофаги проявляют низкую фагоцитарную способность, повышенную экспрессию CD206, CD40, а также повышенную продукцию VEGF, поддерживающую ангиогенез [97]. Индуцируемые гипоксией факторы HIF-1α и HIF-2α по-разному экспрессируются в M1- и M2-поляризованных макрофагах и регулируют индуцибельные NOS2 (M1) и аргиназу 1 (M2) соответственно [21, 22, 98].

Эпигенетические факторы

Эпигенетический уровень регуляции имеет решающее значение для дифференцировки и функционального перепрограммирования макрофагов [99]. В целом эпигенетические изменения можно разделить на три основные категории: метилирование ДНК; посттрансляционные модификации гистонов; некодирующая РНК [100].

Метилирование ДНК характеризуется переносом метильной группы на цитозиновое кольцо ДНК с помощью ДНК-метилтрансфераз (DNMT) с образованием 5-метилцитозина (5mC) [101]. В литературе встречаются данные о специфическом влиянии ДНК-метилтрансфераз на формирование фенотипа макрофагов. Так, нокдаун DNMT3b способствует поляризации макрофагов в сторону М2-фенотипа в клетках RAW264.7 [102]. DNMT1 участвует в поляризации M1 путем подавления гена SOCS1 и последующего увеличения продукции TNF и IL-6 [103]. Сверхэкспрессия DNMT1 способствует индуцированной LPS и IFN-γ активации M1-макрофагов, тогда как ингибирование DNMT1 ослабляет ее [103].

К посттрансляционным модификациям гистонов относятся такие процессы, как ацетилирование и метилирование [104]. Ацетилированию и деацетилированию способствуют гистоновые ацетилтрансферазы (HATs) и гистоновые деацетилазы (HDACs) соответственно. Метилирование и деметилирование гистонов достигается с помощью гистоновых метилтрансфераз (HMT) и гистоновых деметилаз (HDM) соответственно [105]. Одним из типичных ферментов, участвующим в метилировании гистонов, является SMYD3, метилтрансфераза H3K4, которая, как было показано, положительно регулирует поляризацию M2 макрофагов [106]. Уровень экспрессии данного фермента увеличивается в макрофагах, происходящих из моноцитов человека, при воздействии комбинации M-CSF, IL-4 и IL-13 и снижается при стимуляции M1 макрофагов [106]. Другим эпигенетическим ферментом, который регулирует фенотип макрофагов, является Jmjd3, деметилаза H3K27. Jmjd3 также был признан важным регулятором поляризации M2 благодаря индукции Irf4, Arg1, CD206 и других маркеров M2-макрофагов в костном мозге мышей, стимулированных IL-4 и IL-4 в сочетании с IL-13 [107]. Ацетилирование белка гистона-3 (H3) является важным регулятором фенотипической экспрессии макрофагов [108]. Имеются обширные данные относительно роли гистондеацетилазы-3 (HDAC3). HDAC3 блокирует передачу сигналов NFκB путем деацетилирования субъединицы p65 NFκB и обеспечения ее связи с IκB-α [109]. HDAC3 является ключевым регулятором поляризации М1-макрофагов и препятствует поляризации М2-макрофагов [110].

Накапливающиеся данные подтверждают важную роль нескольких miRs в процессе поляризации макрофагов. В частности, miR-155 и miR-223 участвуют в модуляции состояния активации макрофагов путем воздействия на SOCS1, C/EBP и Pknox1 [111]. Сверхэкспрессия или отсутствие активности miR-155 способствует изменению фенотипа макрофагов к M1 или M2 соответственно, подтверждая, что miR-155 играет центральную роль в регуляции Akt-зависимой поляризации M1/M2-макрофагов. Также показано, что miR-155 подавляет экспрессию IL-13R α1, ингибируя сдвиг поляризации макрофагов в сторону фенотипа M2 [112, 113].

Предшественник miR let-7с, который является членом семейства let-7, экспрессируется на более высоком уровне в M2-макрофагах, чем в M1-макрофагах. Соответственно, активация let-7c в макрофагах снижает фенотип M1 и способствует поляризации M2, направленной на C/EBP-d [114, 115].

miR-146, miR-125b, miR-155 и miR-9 могут ингибировать передачу сигналов TLR4/IL-1R, регулируя IRAK-1, TRAF6, IKKe, p50 NF- κ B и TNF- α [114]. Кроме того, miR-17, miR-20a и miR-106a снижают уровень экспрессии сигнального регуляторного белка (SIRPa), важного маркера, связанного с дифференцировкой макрофагов. miR-98 и miR-21 подавляют экспрессию воспалительных генов в моноцитах и макрофагах, контролируя уровень IL-10 [11].

Цитостатики как фактор поляризации макрофагов

Цитостатические химиопрепараты оказывают выраженное воздействие на функциональный