Макрофаги берут на себя роль клеток сосудов при восстановлении после ишемии

Клетки врожденного иммунитета, включая нейтрофилы и макрофаги, обладают уникальной способностью перемещаться по организму и накапливаться в местах инфекции и повреждения тканей. При ишемии макрофаги отвечают за очистку тканей от мертвых и поврежденных клеток, а также помогают в образовании новых сосудов путем паракринного выделения факторов роста и ферментов. В отличие от короткоживущих и многочисленных в первые дни после повреждения нейтрофилов, макрофаги остаются на месте повреждения и поляризуются в разные подтипы клеток в зависимости от сигналов, подаваемых микроокружением. Считается, что разные подтипы макрофагов способствуют восстановлению кровообращения различными способами, однако возможность трансдифференцировки макрофагов и способность принимать функции других клеток во взрослом организме ранее не была продемонстрирована.

Быстрое восстановление кровотока в тканях после ишемии критически важно для снижения тяжести повреждения, а также для заживления и восстановления функции тканей. Образование новых кровеносных сосудов из существующих (ангиогенез) начинается сразу после ишемии и происходит параллельно с воспалительной реакцией. Было показано, что макрофаги способствуют ангиогенезу путем выработки сосудистого эндотелиального фактора роста A (VEGF-A) и деградации внеклеточного матрикса. Для восстановления функционального кровообращения эти сосуды затем должны стабилизироваться и созреть, что требует привлечения периваскулярных муральных клеток (перицитов и гладкомышечных клеток сосудов). Этот процесс зависит от фактора роста тромбоцитов BB (PDGF-BB), секретируемого эндотелиальными клетками, и рецептора бета фактора роста тромбоцитов бета (PDGFRβ), расположенного на поверхности муральных клеток. На модели ишемического повреждения почки ранее было показано, что макрофаги привлекают перициты путем секреции PDGF-BB. На сегодняшний день существует несколько терапевтических подходов, направленных на увеличение ангиогенеза путем повышения уровня факторов роста и хемокинов, однако все они показали ограниченный клинический успех.

Исследователи из Уппсальского университета (Швеция) и коллабораторы установили, что макрофаги в ишемизированной мышце взрослого организма способны переключать свой фенотип на клетки мурального типа для восстановления функционального кровотока и заживления тканей. Для этого они провели опыты на мышиной модели ишемии.

Макрофаги накапливались в икроножной мышце на седьмой день после индукции ишемии задней конечности. При помощи иммунофлуоресценции было показано, что макрофаги находились преимущественно в периваскулярном пространстве и демонстрировали удлиненный фенотип, напоминающий морфологию муральных клеток. Анализ антигенов на поверхности этих макрофагов показал, что они экспрессировали PDGFRβ и нейральный/глиальный антиген 2 (NG2) — маркеры клеток мурального типа.

Исследователи отследили происхождение макрофагов и изучили их реакцию на ишемическое повреждение. Для этого мышей Cx3cr1^CreERT2 скрестили с мышами Rosa26-tdTomato, что привело к экспрессии tdTomato в миелоидных клетках, включая тканевые макрофаги. Для одновременного выявления экспрессии PDGFRβ in situ, линия Cx3cr1^CreERT2 × Rosa26-tdTomato была скрещена с линией репортерных мышей Pdgfrβ^eGFP. Анализ фенотипа tdTomato+ клеток здоровых мышей показал, что рекомбинированные клетки действительно являются макрофагами. При помощи визуализации in vivo также было показано, что tdTomato+ макрофаги занимали периваскулярные позиции в мышце после ишемии.

Далее ученые провели РНК-секвенирование единичных клеток. Они обнаружили, что макрофаги здоровых и ишемизированных тканей принадлежали к разным кластерам генной экспрессии. Дальнейший анализ ишемизированных мышц показал переключение субпопуляции макрофагов в сторону клеток мурального типа с пониженной экспрессией генов миелоидных клеток и повышенной экспрессией генов клеток мурального типа, включая PDGFRβ. Это наблюдение было дополнительно подтверждено при включении в анализ несплайсированных транскриптов.

Чтобы понять, насколько макрофаги необходимы для созревания сосудов, ученые удалили их из ишемизированной мышцы. Удаление макрофагов снизило количество перфузируемых сосудов, увеличило проницаемость сосудов и снизило базальную перфузию тканей.

Наконец, авторы изучили роль PDGFRβ в рекрутировании муральных клеток к кровеносным сосудам во время ангиогенеза. Для этого была создана линия мышей с нокаутом PDGFRβ в макрофагах (PDGFRβ KO). Анализ морфологии макрофагов в ишемизированных мышцах у PDGFRβ KO мышей показал, что макрофаги утрачивали удлиненную форму. Кроме того, у PDGFRβ KO макрофагов был снижен уровень NG2, еще одного маркера муральных клеток. При помощи иммуногистохимии исследователи продемонстрировали, что у мышей PDGFRβ KO на седьмой день после индукции ишемии плотность сосудов, количество отростков, сегментов сосудов и ветвлений, а также проницаемость сосудов были увеличены, что указывает на то, что удаление PDGFRβ в макрофагах приводит к образованию незрелой сосудистой сети в ишемической мышце. В совокупности эти результаты демонстрируют, что экспрессия PDGFRβ в макрофагах мышц, подверженных ишемии, необходима для инициирования фенотипического переключения в муральные клетки и является важным фактором для восстановления кровотока после повреждений.

Данное исследование показывает, что макрофаги в ишемизированной ткани взрослого организма проходят клеточную программу, чтобы по своей морфологии, транскриптому и функции стать похожими на клетки мурального типа. Такое переключение макрофагов необходимо для правильного созревания сосудов и восстановления кровотока в поврежденных тканях. То есть макрофаги — это потенциальная мишень для лучшего заживления ишемических повреждений.

Рокаглаты делают макрофаги резистентными к Mycobacterium tuberculosis