Makrophagen - Aufbau und Funktion

Makrophagen sind spezialisierte Zellen, die an der Erkennung, Phagozytose und Zerstörung von Bakterien und anderen Schadorganismen beteiligt sind. Sie sind ein vielfältiger Phänotyp professioneller phagozytischer Zellen, die aus Knochenmarkvorläufern und Elternmonozyten im peripheren Blut gewonnen werden. Makrophagen sind für die Erhaltung und Abwehr von Wirtsgewebe unerlässlich, indem sie Feinstaub wahrnehmen und verschlingen und bei Bedarf eine entzündungsfördernde Reaktion auslösen. Sie wandern in fast jedes Gewebe ein und zirkulieren darin, patrouillieren nach Krankheitserregern oder eliminieren tote Zellen.

Der Aktivierungsphänotyp von Makrophagen, der sowohl bei der Gesundheit als auch bei der Krankheit eine so große Rolle spielt, kann stark variieren und hängt weitgehend von der umgebenden Mikroumgebung ab - was den erforderlichen Spezialisierungsgrad in der Umgebung eines bestimmten Gewebes widerspiegelt. Diese Heterogenität spiegelt sich in ihrer Morphologie, der Art der Krankheitserreger, die sie erkennen können, sowie den Konzentrationen der von ihnen produzierten entzündlichen Zytokine wider.

Makrophagen produzieren auch reaktive Sauerstoffspezies wie Stickstoffmonoxid, die phagozytosierte Bakterien abtöten können.

Lage und Funktion von Makrophagen

• Alveolärer Makrophage: Lungenalveolen - Phagozytose von kleinen Partikeln, abgestorbenen Zellen oder Bakterien. Initiierung und Kontrolle der Immunität gegen respiratorische Krankheitserreger. Die erste Verteidigungslinie gegen eindringende Atemwegspathogene. Sie befinden sich in den Lungenbläschen und im interalveolären Septum in unmittelbarer Nähe zu Pneumozyten.
• Histiozyten: Bindegewebe - Bewegliche, phagozytäre Zellen, die im losen Bindegewebe im ganzen Körper gefunden werden, helfen dem Körper, nach einer Verletzung oder Infektion zu heilen, indem sie abgestorbene Zellen, Blut, Mikroorganismen (wie Bakterien und Pilze) und Fremdmaterial aus dem Körper entfernen.
• Osteoklasten: Mediatoren der kontinuierlichen Zerstörung von Knochen
• Interstitiale Makrophagen (IM): Darm - stellen den größten Pool von Gewebemakrophagen im Körper dar. Jüngste Erkenntnisse stützen die Vorstellung, dass IMs wichtige Immunfunktionen in der Lunge erfüllen, insbesondere in Bezug auf die angeborene Immunregulation.
• Kupffer-Zellen: Leber - Initiieren die Immunantworten und den Lebergewebeumbau. Kupffer-Zellen sind die am häufigsten vorkommenden Gewebemakrophagen, da sie 80-90% von ihnen ausmachen.
• Mikroglia: Zentrales Nervensystem - Beseitigung alter oder toter Neuronen und Kontrolle der Immunität im Gehirn.
• Milzmakrophagen (Randzone, metallophile und rote Pulpa-Makrophagen): Milz-Randzone, rote und weiße Pulpa - Beseitigung von dysfunktionalen oder alten roten Blutkörperchen.

Homöostase

Makrophagen spielen eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gewebeöostase und bei der Geweberegeneration nach Verletzungen. Homöostase z.B. Beim Menschen wurde die Gewebezellumsatzrate auf mehr oder weniger 1 Million Zellen pro Sekunde pro Tag geschätzt: Die Entfernung von apoptotischen Zellen wird ständig hauptsächlich von Makrophagen bereitgestellt, die sich in Geweben befinden, durch einen immunologisch stillen Prozess, der als Efferozytose bekannt ist. Eines der Kennzeichen dieses Prozesses ist die Freisetzung von entzündungshemmenden Zytokinen, die die Entwicklung von Entzündungen verhindern. Defekte in der Clearance von apoptotischen Zellen sind direkt mit der Entwicklung von Entzündungen und Autoimmunerkrankungen verbunden.

Geweberegeneration z. B. Wenn ein Entzündungsprozess durch die Störung der Gewebeöostase ausgelöst wird, werden aus Knochenmark gewonnene Monozyten, die im Blutkreislauf zirkulieren, von der Entzündungsstelle angezogen. An der Entzündungsstelle differenzieren sich Monozyten zu Makrophagen, die mit ansässigen Zellen zusammenarbeiten, um die Immunität aufrechtzuerhalten oder die Auflösung von Entzündungen und die Geweberegeneration zu fördern.

Rolle in pathologischen Prozessen

Es wird zunehmend akzeptiert, dass Makrophagen eine entscheidende Rolle bei vielen Krankheiten spielen, die mit chronischen Entzündungen verbunden sind, einschließlich Atherosklerose, Fettleibigkeit, Diabetes, Krebs, Hautkrankheiten und sogar neurodegenerativen Erkrankungen. Es ist daher nicht verwunderlich, dass Makrophagen bei menschlichen Krankheiten in den letzten Jahren erhebliches Interesse gewonnen haben. Das Makrophagen Aktivierungssyndrom wird durch die Auswirkungen einer massiven Makrophagen Aktivierung verursacht, wie sie z. B. bei systemischen SARS-CoV-2-assoziierten Komplikationen (akutes Atemnotsyndrom (ARDS), disseminiertes intravaskuläres Gerinnungssyndrom, Ödeme und Lungenentzündung beobachtet wird.

Atherosklerose ist eine chronische Erkrankung, die mit dem Eintritt von Monozyten in das Subendothel und der anschließenden Differenzierung in Makrophagen beginnt. Makrophagen sind die wichtigsten Immunzellen in atherosklerotischen Plaques und sind am dynamischen Fortschreiten atherosklerotischer Plaques beteiligt. Die häufenden Beweise haben gezeigt, dass sich ansässige Makrophagen unter Mikroumgebungsreizen vermehren und die Plaque-Makrophagen Akkumulation in allen Stadien der Atherosklerose dominieren können.

Hepatische Makrophagen Populationen umfassen verschiedene Arten von Zellen mit plastischen Eigenschaften, die sich in verschiedene Phänotypen differenzieren können, um ihre Eigenschaften als Reaktion auf verschiedene Reize zu modulieren. Sie regulieren oft die Aktivität anderer Zellen und spielen bei vielen Lebererkrankungen eine wichtige Rolle. Als Reaktion auf diese pathologischen Situationen werden sie aktiviert und setzen Zytokine und Chemokine frei. Sie können zirkulierende Monozyten anziehen und Funktionen ausüben, die die Symptome verschlimmern können.

• Adenoviren, HIV und die Bakterien, die Tuberkulose verursachen, sind Beispiele für Mikroben, die Krankheiten verursachen, indem sie Makrophagen infizieren.
• Makrophagen im Fettgewebe können Entzündungen verursachen, die dazu führen, dass Fettzellen gegen Insulin resistent werden. Dies kann zur Entwicklung von Diabetes führen.
• Chronische Entzündungen, die durch Makrophagen verursacht werden, können auch zur Entwicklung und zum Wachstum von Krebszellen beitragen.