Was sind Makrophagen? Struktur, Arten

Was sind Makrophagen?

Makrophagen Definition

Makrophagen sind mononukleäre Zellen, die als professionelle Phagozyten fungieren, um sterbende, tote oder schädliche Krankheitserreger zu entfernen. Makrophagen sind eine Art weiße Blutkörperchen des Immunsystems, in denen sie Partikel verschlingen und verdauen, die von anderen Blutzellen als Antigene nachgewiesen werden.

  • Dies sind größere phagozytische Zellen, die im Wesentlichen in allen Gewebetypen vorkommen, und ihre Struktur und Form hängen vom Reifungsstadium der Zellen ab.
  • Makrophagen, die in verschiedenen Organen gefunden werden, haben unterschiedliche Namen, wie die Makrophagen der Lunge Alveolarmakrophagen genannt werden, während diejenigen in der Leber Kupffer-Zellen genannt werden.
  • Obwohl die Phagozytose die Hauptfunktion von Makrophagen ist, spielen diese auch eine wesentliche Rolle bei der unspezifischen Abwehr sowie bei der adaptiven Immunität.
  • Makrophagen sind wichtige Blutzellen, die in fast allen Aspekten der Biologie eines Organismus eine wichtige Rolle spielen, da verschiedene Untergruppen von Makrophagen an verschiedenen Funktionen im Körper beteiligt sind.
  • Makrophagen im Körper werden durch Differenzierung von Monozyten in Geweben erzeugt, die dann durch Durchflusszytometrie oder immunhistochemische Färbung identifiziert werden können .
  • Makrophagen fließen weiter durch das Blut, wo sie in alle Gewebe wandern und dort zirkulieren, nach Krankheitserregern patrouillieren oder tote Zellen und Ablagerungen beseitigen.
  • Makrophagen bestehen aus einer speziellen Gruppe von Rezeptoren, die als Toll-like-Rezeptoren bezeichnet werden und Produkte von Bakterien und anderen Mikroorganismen erkennen.

Struktur von Makrophagen

  • Die Morphologie von Makrophagen hängt vom verschiedenen Aktivitätszustand der Zellen ab. Die Größe der Zellen liegt zwischen 10 und 30 um im Durchmesser.
  • Das Zytoplasma eines Makrophagen enthält Vakuolen und Granulate, die basophiler Natur sind. Der Kern ist eiförmig und hat einen Durchmesser von etwa 6 bis 12 um.
  • In einem Phasenkontrastmikroskop enthalten Peritonealmakrophagen hellgraues diffuses Zytoplasma mit dunkelgrauen stäbchenförmigen Mitochondrien.
  • Die Peripherie des Zytoplasmas enthält feinkörnige und fehlende Strukturen wie endoplasmatische Retikula und angeheftete Ribosomen.
  • Drei verschiedene Arten von Vesikeln sind im Zytoplasma in Form von pinozytischen Vesikeln sichtbar, wobei Organellen unterschiedlicher Größe ein körniges Diner-Material enthielten.
  • Es können Ribosomen beobachtet werden, die an den äußeren Teil der Kernmembran gebunden sind, der mit den endoplasmatischen Retikula kontinuierlich ist.
  • Die dichten Körnchen im Zytoplasma sind meist sekundäre Lysosomen, die aus endozytischen Vakuolen stammen. 
  • Bei entzündlichen Makrophagen werden schlanke zytoplasmatische Extensionen beobachtet, die eng mit benachbarten Epithelioidzellen verflochten bleiben.
  • Einige Beobachtungen könnten sogar auf riesige Granulomzellen als Folge der Fusion bereits vorhandener Makrophagen hinweisen.

Wie wirken Makrophagen gegen Krankheitserreger? (Immunität)

 Die Hauptaufgabe von Makrophagen ist die Homöostase, bei der die Zellen den Wirt vor fremden Eindringlingen schützen und nekrotische und apoptotische Trümmer nach der Verletzung beseitigen. Makrophagen erfüllen diese Funktionen durch vier verschiedene Mechanismen; Wahrnehmung, Chemotaxis, Phagozytose und Reparatur sowie adaptive Stimulation.

  1. Wahrnehmung
  • Viele Makrophagen verbleiben als patrouillierende Zellen im Blutkreislauf. Diese Makrophagen verwenden verschiedene intrazelluläre und Zelloberflächenmustererkennungsrezeptoren (PRRs), um ihre lokale Umgebung zu erfassen.
  • Wenn diese Rezeptoren geeignete Partikel detektieren, erzeugen sie Signale, die die Makrophagenantwort detektieren.
  • Die angeborenen Rezeptoren von Makrophagen können molekulare Muster erkennen, die solche Muster über eine Reihe von Spezies hinweg nachweisen können.
  • Die von Makrophagen detektierten Erfassungsgruppen können in zwei Gruppen eingeteilt werden; Krankheitserreger- und Gefahrensignale sowie modifizierte Wirtsproteine ​​und Zelltrümmer.
  • Die TLR-Rezeptorfamilie (Toll-like Receptors) ist mit 14 Mitgliedern die am weitesten verbreitete Gruppe von Molekülen zur Erkennung von Krankheitserregern. 
  • Zusätzlich zum Nachweis von Antigenen induzieren diese Rezeptoren auch entzündliche Signale durch die Expression von Zytokinen wie IL-6, TNF-α und IL-2.
  • Makrophagen auch express Zelloberfläche F c Rezeptoren wie F c Gamma- und F c epsilon. Diese Rezeptoren binden an Antikörper, die bereits an Antigene gebunden sind, was zu einer Phagozytose führt.
  1. Chemotaxis
  • Nach dem Nachweis eines Antigens stimulieren Makrophagen die Expansion aktivierter T-Zellen und die Sekretion von Chemokinen, um andere Effektorzellen zu rekrutieren, was zu Neutralisation und Clearance führt.
  • Einige der gebräuchlichen Chemokine, die von aktivierten Makrophagen freigesetzt werden, sind CCL-3, CCL-4, CCL-5, CXCL-9 usw.
  • Andere Chemokine wie CCL-17 und CCL-22 ziehen Th2-Lymphozyten und natürliche Killerzellen sowie Eosinophile und Basophile an.

Phagozytose und Gewebereparatur

  • Der wichtigste Mechanismus der Immunantwort von Makrophagen ist die Phagozytose zur Beseitigung von geschädigten und Zelltrümmern.
  • Makrophagen beginnen mit Hilfe von Zelloberflächenrezeptoren, die ihre Ziele identifizieren können, unerwünschte Materialien zu verschlingen.
  • Die Materialien werden in Kompartimente sequestriert, die mit einem lysosomalen Kompartiment verschmelzen, das eine Reihe hochreaktiver und toxischer Moleküle enthält.
  • Einige der üblichen Verbindungen, die an der Zerstörung des phagosomalen Inhalts beteiligt sind, sind ROS und NO. Salpetersäure reguliert den ROS-Spiegel, um toxische reaktive Stickstoffspezies zu produzieren.
  • Die Rückkehr des Wirtsgewebes in den homöostatischen Zustand erfordert die Reparatur und Umgestaltung der lokalen Umgebung. Die aktivierten Makrophagen sind für Aufgaben wie die Förderung des Umbaus der extrazellulären Matrix, des Zellwachstums, der Angiogenese und der Kollagenproduktion verantwortlich.
  1. Adaptive Stimulation
  • Die adaptive Stimulation von T-Lymphozyten ist auch ein Mechanismus der Immunantwort von Makrophagen, da diese Zellen ein Mittel zur Erzeugung antigener Peptidsequenzen darstellen.
  • Diese Peptide werden T-Zellen präsentiert, um an die Zelloberflächen-MHC-Klasse-II-Rezeptoren zu binden.
  • Die Stimulation von Makrophagen führt in Verbindung mit einer zusätzlichen Signalübertragung von IL-12 oder IL-4 zur Expansion von Antigen-spezifischen T-Lymphozyten.
  • Die adaptive Stimulation von Makrophagen ist jedoch eingeschränkter als bei anderen angeborenen Immunzellen wie dendritischen Zellen, da diese nur die Expansion aktivierter T-Lymphozyten stimulieren können.

Arten von Makrophagen

Makrophagen können in einen der beiden entgegengesetzten Phänotypen eingeteilt werden; klassisch aktivierte oder M1-Makrophagen und alternativ aktivierte oder M2-Makrophagen. Makrophagen sind auch von unterschiedlicher Art, abhängig von der Art des Gewebes, auf dem sie gefunden werden. Die Klassifizierung basiert auf dem Aktivierungsphänotyp rekrutierter Makrophagen, der wiederum von der umgebenden Mikroumgebung abhängt.

  1. Klassisch aktivierte Makrophagen oder M1-Makrophagen
  • Makrophagen, die in Gegenwart von Interferon-γ mit einem tollartigen Rezeptor stimuliert werden, führen zur Bildung von M1-Makrophagen.
  • Diese Makrophagen haben eine erhöhte Fähigkeit, Antigen zu präsentieren, Stickoxid zu produzieren und eine große Anzahl von Chemokinen abzuscheiden.
  • Diese Makrophagen sind für die Abwehr von Bakterien unerlässlich, die für den Wirt infolge von Kollateralschäden, die durch die von ihnen verwendeten Abwehrmechanismen verursacht werden, schädlich sein können.
  1. Alternativ aktivierte Makrophagen oder M2-Makrophagen
  • Makrophagen, die als Ergebnis der Exposition gegenüber IL-4, IL-3 aktiviert wurden, das von CD4 + T-Zellen aus den alternativ aktivierten Makrophagen oder M2-Makrophagen produziert wurde.
  • Diese Makrophagen werden normalerweise als Reaktion auf Parasiten und Pilze produziert. Diese exprimieren hohe Mengen an cytosolischer Arginase und extrazellulären Matrix-verwandten Proteinen.
  • M2-Makrophagen haben die Fähigkeit, Entzündungen zu begrenzen und spielen auch eine wesentliche Rolle bei der Gewebereparatur und Wundheilung.

Funktionen von Makrophagen

Das Folgende sind einige der Funktionen von Makrophagen;

  1. Makrophagen sind Phagozyten, die an der Entfernung abgestorbener Zellen und Zelltrümmer als Teil der Homöostase beteiligt sind. Die Phagozytose ist einer der Hauptmechanismen der angeborenen Immunität.
  2. Makrophagen präsentieren Antigene auch anderen Immunzellen als Teil der Initiierung einer Immunantwort. Diese sezernieren auch verschiedene Chemokine und eine Vielzahl starker Substanzen, die die Aktivierung von Zellen mit adaptiver Immunität beeinflussen.
  3. Makrophagen sind auch an der Reparatur, dem Wachstum und der Regeneration von Muskeln nach der Entzündung verschiedener Stellen beteiligt.
  4. M2-Makrophagen werden auch als Wundheilungsmakrophagen bezeichnet, da sie das Ausmaß der Entzündung begrenzen und die Reparatur und Regeneration von Gewebe ermöglichen.
  5. Da Makrophagen Aasfresser sind, entfernen sie kontinuierlich tote Erythrozyten aus dem Blut. Der Prozess führt zur Speicherung von Eisen, das während des Prozesses in Form von Ferritin freigesetzt wird, und spielt somit eine Rolle bei der Eisenhomöostase.

Was sind Makrophagen? Struktur, Arten

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