Makrophagen, M1 und M2, Polarisation und Funktion

Was ist ein Makrophage?

Makrophagen sind in der Tat eine Art Phagozyten, die für die Aufnahme und Zerstörung von Fremdpartikeln und Zelltrümmern verantwortlich sind. Sie sind größere Zellen mit mehr Zytoplasma und kommen in verschiedenen Geweben im ganzen Körper vor, wo sie als Teil der angeborenen Immunantwort dienen. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der körpereigenen Abwehrmechanismen, indem sie Zelltrümmer und Fremdstoffe verschlingen und verdauen. Krankheitserreger und sogar Krebszellen. Dieser als Phagozytose bezeichnete Prozess beinhaltet die Internalisierung externer Wirkstoffe in die Makrophagenzelle.

Neben ihrer phagozytischen Fähigkeit fungieren Makrophagen auch als starke Signalzentralen im Immunsystem. Sie setzen Entzündungsmoleküle und Mediatoren, sogenannte Zytokine, frei, die als Botenstoffe für andere Immunzellen dienen und eine koordinierte Reaktion auf Infektionen steuern. Bemerkenswerte Beispiele dieser Zytokine sind TNF (Tumornekrosefaktor), IL-1, IL-6, IL-8 und IL-12.

Darüber hinaus tragen Makrophagen aktiv zur Bekämpfung von Infektionen bei, indem sie antimikrobielle Mediatoren wie Komplementproteine und reaktive Sauerstoffspezies produzieren. Diese antimikrobiellen Wirkstoffe beseitigen wirksam die Krankheitserreger, die während der Phagozytose aufgenommen wurden. Es ist wichtig zu beachten, dass Makrophagen von Blutmonozyten abgeleitet sind, bei denen es sich um nicht spezialisierte Zellen des angeborenen Immunsystems im Knochenmark handelt. Die Differenzierung von Monozyten in Makrophagen erfolgt als Reaktion auf spezifische Reize, die an der Infektionsstelle auftreten.

Wichtige Erkenntnisse

1. Makrophagen sind wichtige Immunzellen, die Krankheitserreger verschlingen und Zytokine absondern und eine wichtige Rolle bei der Abwehr und Gewebereparatur spielen.

2. Sie kommen in verschiedenen Formen vor, einschließlich der Subtypen M1 und M2, die jeweils unterschiedliche Funktionen bei Entzündung und Heilung haben.

Was scheiden Markophagen aus?

Makrophagen, eine lebenswichtige Art weißer Blutkörperchen, spielen eine Schlüsselrolle bei der Immunantwort und spielen eine entscheidende Rolle bei der Bekämpfung bakterieller und viraler Infektionen. Eine ihrer Hauptfunktionen ist die Phagozytose, bei der sie schädliche Mikroorganismen verschlingen und neutralisieren. Als Ergebnis dieses Prozesses setzen Makrophagen essentielle Signalmoleküle frei, die Zytokine und Chemokine genannt werden.

Zytokine, eine Klasse von Proteinen, die von Makrophagen abgesondert werden, helfen bei der Regulierung und Koordinierung der Immunantwort. Gleichzeitig wirken Chemokine als Chemoattraktoren, die andere Immunzellen zum Infektionsort leiten und so die körpereigene Abwehr stärken. Diese von Makrophagen abgeleiteten Zytokine und Chemokine können in drei Hauptgruppen eingeteilt werden: proinflammatorisch, entzündungshemmend und regulatorisch. Proinflammatorische Zytokine und Chemokine lösen die Entzündungsreaktion aus, einen entscheidenden Abwehrmechanismus zur Bekämpfung von Infektionen. Umgekehrt spielen entzündungshemmende Gegenstücke eine Rolle bei der Lösung des Entzündungsprozesses und der Förderung der Heilung.

Darüber hinaus modulieren regulatorische Zytokine und Chemokine die gesamte Immunantwort und sorgen so für eine ausgewogene und kontrollierte Reaktion auf fremde Eindringlinge. Die Bedeutung von Makrophagen-abgeleiteten Zytokinen und Chemokinen liegt in ihrer doppelten Rolle: der Orchestrierung der Auslösung und Auflösung der Immunantwort. Durch ihre Funktion als essentielle Mediatoren im Immunsystem spielen aus Makrophagen stammende Zytokine und Chemokine eine Schlüsselrolle beim Schutz des Körpers vor Infektionen. Ihr Beitrag ist von größter Bedeutung für die Aufrechterhaltung einer robusten Immunabwehr und die Förderung der allgemeinen Gesundheit.

Makrophagenpolarisierung durch T-Helferzellen

Morphologie von Makrophagen

Die Untersuchung der Makrophagenmorphologie erfolgt durch verschiedene Färbetechniken, bei denen bestimmte Farbstoffe verwendet werden, um verschiedene Aspekte dieser Zellen hervorzuheben und ihre Beobachtung unter dem Mikroskop zu erleichtern.

Eine häufig verwendete Färbetechnik ist die Wright-Giemsa-Färbung, bei der eine Kombination von Farbstoffen den Makrophagen eine violette oder blaue Farbe verleiht. Diese Methode eignet sich besonders zur Untersuchung der Struktur von Makrophagen-Zellmembranen. Andererseits wird bei der May-Grunwald-Giemsa-Färbung eine andere Farbstoffmischung verwendet, was dazu führt, dass Makrophagen rosa oder rot erscheinen. Forscher verwenden diese Methode häufig, um die innere Struktur von Makrophagen zu untersuchen, einschließlich der Lage ihres Kerns und anderer Organellen.

Unabhängig von der verwendeten Färbetechnik liefert die Untersuchung der Makrophagenmorphologie wertvolle Einblicke in die Mechanismen, mit denen diese Zellen den Körper gegen Krankheiten verteidigen.

M1- und M2-Makrophagen

M1- und M2-Makrophagen sind zwei unterschiedliche Funktionszustände oder Phänotypen von Makrophagen. Diese Zustände repräsentieren die vielfältigen Rollen, die Makrophagen bei der Immunantwort und der Gewebehomöostase spielen können. Die Bezeichnungen „M1“ und „M2“ werden häufig verwendet, um die Klassifizierung von Makrophagen anhand ihrer Funktionen zu vereinfachen. In Wirklichkeit können Makrophagen jedoch ein Spektrum an Aktivitäten und Eigenschaften aufweisen, die möglicherweise nicht genau in diese Kategorien passen.

M1-Makrophagen werden oft als „klassisch aktivierte“ Makrophagen bezeichnet. Sie werden typischerweise durch entzündungsfördernde Signale wie Interferon-Gamma (IFN-Gamma) und mikrobielle Produkte wie Lipopolysaccharid (LPS) induziert. M1-Makrophagen haben eine starke Fähigkeit, entzündungsfördernde Zytokine wie Tumornekrosefaktor-alpha (TNF-alpha), Interleukin-1 beta (IL-1beta) und Interleukin-6 (IL-6) zu produzieren. Sie töten Krankheitserreger wirksam ab, fördern Entzündungen und lösen Immunreaktionen gegen Infektionen oder fremde Eindringlinge aus. M1-Makrophagen spielen auch eine Rolle bei der Förderung von Gewebeschäden bei bestimmten entzündlichen Erkrankungen.

M2-Makrophagen werden oft als „alternativ aktivierte“ Makrophagen bezeichnet. Sie können durch entzündungshemmende Signale wie Interleukin-4 (IL-4), Interleukin-13 (IL-13) oder Immunkomplexe induziert werden. M2-Makrophagen haben entzündungshemmende Eigenschaften und sind an der Gewebereparatur, dem Umbau und der Auflösung von Entzündungen beteiligt. Sie produzieren entzündungshemmende Zytokine wie Interleukin-10 (IL-10) und den transformierenden Wachstumsfaktor Beta (TGF-beta), die dabei helfen, Entzündungen zu dämpfen und die Gewebeheilung zu fördern. M2-Makrophagen spielen auch eine Rolle bei der Regulierung von Immunantworten und der Förderung der Geweberegeneration.

M2b-Makrophagen, manchmal auch als regulatorische Makrophagen (Mregs) bezeichnet, zeichnen sich dadurch aus, dass sie erhebliche Mengen des entzündungshemmenden Zytokins Interleukin-10 (IL-10) und relativ geringe Mengen des entzündungsfördernden Zytokins Interleukin-12 (IL-12) produzieren. . M2b-Makrophagen sind an der Regulierung von Immunantworten und der Förderung der Toleranz beteiligt.

M2c-Makrophagen, oft als deaktivierte Makrophagen oder Makrophagen in der Auflösungsphase bezeichnet, setzen erhebliche Mengen an IL-10 und einem weiteren entzündungshemmenden Zytokin frei, dem transformierenden Wachstumsfaktor Beta (TGF-β). Diese Makrophagen sind wichtig, um Entzündungen zu dämpfen, die Gewebereparatur zu fördern und zur Auflösung von Immunantworten nach einer Infektion oder Verletzung beizutragen. M2c-Makrophagen werden durch Glukokortikoide (eine Klasse von Steroidhormonen mit entzündungshemmenden Eigenschaften) und TGF-β induziert, die als Reaktion auf entzündungshemmende Signale freigesetzt werden können.

M2d-Makrophagen sind ein Subtyp mit proangiogenen Eigenschaften, das heißt, sie fördern das Wachstum neuer Blutgefäße. Diese Makrophagen sezernieren IL-10, TGF-β und den vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF), einen Schlüsselfaktor bei der Stimulierung der Angiogenese. M2d-Makrophagen werden durch den A2-Adenosinrezeptoragonisten IL-6 (A2R) aktiviert.

Makrophagen-ELISA-Kits

Makrophagenfunktion

Makrophagen spielen eine entscheidende Rolle bei der Identifizierung von Krankheitserregern, indem sie Mustererkennungsrezeptoren (PRRs) nutzen, spezialisierte Moleküle, die auf bestimmte Komponenten auf der Oberfläche dieser Eindringlinge abzielen. Unter diesen Rezeptoren kommen insbesondere Toll-like-Rezeptoren (TLRs) auf der Oberfläche von Makrophagen vor.

Wenn die Makrophagen bestimmte Moleküle wie LPS, Peptidoglycan oder Flagellin auf der Oberfläche von Krankheitserregern erkennen, initiieren sie die Phagozytose dieser Eindringlinge. Anschließend setzen sie eine Reihe entzündungsfördernder Moleküle frei, die eine entscheidende Rolle bei der Rekrutierung verschiedener Immunzellen an der Infektionsstelle spielen und so die Entfernung der fremden Organismen erleichtern.

Makrophagen weisen eine bemerkenswerte Fähigkeit auf, durch fast jedes Gewebe zu wandern und zu zirkulieren, ständig nach Krankheitserregern zu suchen und abgestorbene Zellen zu beseitigen. Ihre Differenzierung wird durch das Gewebe beeinflusst, in dem sie leben, wodurch sie sich an bestimmte Mikroumgebungen anpassen können. Die folgenden Informationen beschreiben verschiedene Arten spezialisierter Makrophagen, die in verschiedenen Geweben vorkommen.

Alveolarmakrophagen

Alveolarmakrophagen, eine Unterart der Lungenmakrophagen, befinden sich in den Alveolen der Lunge. Diese spezialisierten Makrophagen spielen eine entscheidende Rolle bei der Beseitigung von Krankheitserregern, toxischen Substanzen und Allergenen, denen es gelingt, die mechanischen Abwehrkräfte der Atemwege zu umgehen. Zusätzlich zu ihren Abwehrfunktionen tragen Alveolarmakrophagen aktiv zur Erhaltung der Lungengesundheit bei, indem sie abgestorbene und absterbende Zellen sowie andere Zelltrümmer beseitigen.

Tumorassoziierte Makrophagen (TAMs)

Tumorassoziierte Makrophagen (TAMs) spielen eine zentrale Rolle bei der Erleichterung der Tumormetastasierung durch die Etablierung einer immunsuppressiven Tumormikroumgebung (TME). In diesem Zusammenhang steuern TAMs die Produktion von Zytokinen, Chemokinen und Wachstumsfaktoren. Darüber hinaus lösen sie die Freisetzung hemmender Immun-Checkpoint-Proteine in T-Zellen aus. Dieses komplizierte Zusammenspiel gipfelt in der Schwächung der T-Zellfunktion und schafft so ein Umfeld, das das Fortschreiten des Tumors und die Metastasierung begünstigt. TAMs sind eine bestimmte Untergruppe von Makrophagen, die Tumore in das TME rekrutieren, um ein immunsuppressives Milieu zu schaffen, das es dem Tumor ermöglicht, sich der Immunüberwachung zu entziehen und zu gedeihen.

Makrophagen in der Mikroumgebung des Neuroblastom-Tumors

Das aggressive Neuroblastom (NB) weist häufig eine besonders vaskuläre und immunsuppressive Tumormikroumgebung (TME) auf, die hauptsächlich von Makrophagen bewohnt wird. Diese Einstellung erleichtert die Umwandlung dieser Makrophagen in „tumorassoziierte Makrophagen“ (TAMs), die durch ein ausgeprägtes phänotypisches und funktionelles M2-Profil gekennzeichnet sind.

M2-Makrophagen spielen eine zentrale Rolle bei der Orchestrierung mehrerer entscheidender entzündungshemmender Funktionen, einschließlich Gewebereparatur, Angiogenese und Fibrose, insbesondere bei Gewebeverletzungen. Ihre Beteiligung kann jedoch im Rahmen der Tumorentstehung und -progression pathogen werden. Diese Makrophagen tragen häufig zu nachteiligen Prozessen wie Tumorinvasion, Abbau der extrazellulären Matrix und Unterdrückung des adaptiven Immunsystems bei.

CD86-Makrophagen

Eines der Moleküle, die an der Kostimulation von T-Zellen beteiligt sind, heißt CD86, auch bekannt als B7-2. CD86 ist ein Typ-I-Membranprotein, das zur Immunglobulin-Superfamilie gehört. Es wird auf Antigen-präsentierenden Zellen (einschließlich Makrophagen, B-Zellen und DCs) exprimiert, um die für die T-Zell-Aktivierung notwendigen kostimulatorischen Signale bereitzustellen.

Wenn ein Makrophage auf einen Krankheitserreger trifft, phagozytiert er den Krankheitserreger und präsentiert dann Teile davon (Antigene) auf seiner Oberfläche. CD86 wird auf der Oberfläche von Makrophagen exprimiert und hilft bei der Bereitstellung der kostimulatorischen Signale, die T-Zellen aktivieren. T-Zellen helfen dann dabei, die Immunantwort zu koordinieren und den Erreger zu eliminieren.

Ohne CD86 könnten Makrophagen die T-Zellen nicht richtig kostimulieren und die Immunantwort wäre beeinträchtigt. Daher ist CD86 ein essentielles Molekül für die Makrophagenfunktion und das gesamte Immunsystem.

Makrophagen bei Arteriosklerose

Makrophagen spielen bei atherosklerotischen Läsionen eine wichtige Rolle. Sie sind aktiv an der Aufnahme und Akkumulation von Lipoproteinen beteiligt, wodurch Schaumzellen entstehen, die mit Lipidtröpfchen gefüllt sind. Die Ansammlung von Schaumzellen trägt zur Lipidspeicherung und zum Wachstum von atherosklerotischem Plaque bei. Makrophagen sind wichtig für die Entstehung und das Fortschreiten der Atherosklerose und können ein Ziel für therapeutische Interventionen sein.

Makrophagenpolarisierung

Es gibt zwei Haupttypen von Makrophagen: M1 und M2. M1-Makrophagen sind entzündungsfördernd und helfen, Infektionen zu bekämpfen, während M2-Makrophagen entzündungshemmend sind und die Heilung fördern.

Makrophagen können als Reaktion auf verschiedene Reize entweder in einen M1- oder M2-Zustand polarisiert werden. Beispielsweise löst die Exposition gegenüber bakteriellen Produkten oder Zytokinen (Signalmoleküle, die von Immunzellen produziert werden) die M1-Polarisierung aus, während die Exposition gegenüber Viren oder Glukokortikoiden (Steroidhormone, die als Reaktion auf Stress freigesetzt werden) die M2-Polarisierung auslöst.

Sobald ein Makrophage in einen M1- oder M2-Zustand polarisiert wurde, bleibt er für den Rest seines Lebens in diesem Zustand. Dies liegt daran, dass die M1- und M2-Zustände durch unterschiedliche Genexpressionsmuster gekennzeichnet sind. M1-Makrophagen beispielsweise exprimieren hohe Mengen an entzündungsfördernden Zytokinen wie IL-6 und TNF-alpha, während M2-Makrophagen hohe Mengen an entzündungshemmenden Zytokinen wie IL-10 und IL-1RA exprimieren.

Die Zustände M1 und M2 schließen sich nicht gegenseitig aus. Makrophagen können in einem gemischten Zustand existieren, in dem sie sowohl M1- als auch M2-Gene exprimieren. Abhängig von den Reizen, denen sie ausgesetzt sind, neigen sie jedoch normalerweise zu dem einen oder anderen Zustand.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Makrophagen integrale Bestandteile des Immunmilieus darstellen und vielfältige Einflüsse in verschiedenen biologischen Kontexten ausüben. Ihre wachsame Überwachungsaktivität im Gewebe, gepaart mit ihren komplexen immunregulatorischen und phagozytischen Funktionen, unterstreicht ihre zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Immunhomöostase. Darüber hinaus unterstreicht die Fähigkeit der Makrophagen, verschiedene Substrate zu erkennen und zu verinnerlichen, sowie ihre differenzierte Beteiligung an der Gestaltung der Mikroumgebung von Tumoren ihre dynamischen und vielseitigen Eigenschaften. Ein umfassendes Verständnis der Makrophagenfunktionalität erweitert nicht nur unser Verständnis der immunologischen Feinheiten, sondern eröffnet auch Perspektiven für innovative Therapiemöglichkeiten in einem Spektrum pathologischer Szenarien.

13th Sep 2024 Shanza Riaz

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