Пенистые клетки , также называемые нагруженными липидами макрофагами , представляют собой тип клеток, содержащих холестерин . Они могут образовывать бляшки , которые могут привести к атеросклерозу и спровоцировать инфаркт миокарда и инсульт . [1] [2] [3]
Пенистые клетки представляют собой насыщенные жиром клетки с макрофагоподобным фенотипом М2 . Они содержат липопротеины низкой плотности (ЛПНП) и их можно быстро обнаружить, исследуя жировую бляшку под микроскопом после ее удаления из организма. [4] Они названы так потому, что липопротеины придают клетке пенистый вид. [5]
Несмотря на связь с сердечно-сосудистыми заболеваниями, они могут не быть опасными по своей сути. [6]
Некоторые пенистые клетки происходят из гладкомышечных клеток и имеют ограниченный макрофагоподобный фенотип. [7] [8] [9]
Образование пенистых клеток запускается рядом факторов, включая неконтролируемое поглощение модифицированных липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), усиление этерификации холестерина и нарушение механизмов, связанных с высвобождением холестерина. [2] Пенистые клетки являются важным компонентом атеросклеротических поражений, которые образуются, когда циркулирующие моноцитарные клетки рекрутируются в участок атеросклеротического поражения или жировые отложения на стенках кровеносных сосудов. [10] Рекрутингу способствуют молекулы P-селектин и E-селектин , молекула межклеточной адгезии 1 ( ICAM-1 ) и молекула адгезии 1 сосудистых клеток ( VCAM-1 ). [11]
В ответ на воспалительные сигналы рекрутирования моноциты способны проникать через артериальную стенку посредством трансэндотелиальной миграции, как они могут даже в здоровых артериях. Попадая в субэндотелиальное пространство , воспалительные процессы вызывают дифференцировку моноцитов в зрелые макрофаги . [11] Затем макрофаги способны интернализировать модифицированные липопротеины, такие как βVLDL (бета-липопротеин очень низкой плотности), AcLDL (ацетилированный липопротеин низкой плотности) и OxLDL (окисленный липопротеин низкой плотности), посредством их связывания с рецепторами-мусорщиками (SR), такими как CD36 и SR-A на поверхности макрофагов. [2] Эти рецепторы-мусорщики действуют как « рецепторы распознавания образов » (PRR) на макрофагах и отвечают за распознавание и связывание oxLDL, что, в свою очередь, способствует образованию пенистых клеток посредством интернализации этих липопротеинов. [12]
Эндоцитоз с покрытыми ямками , фагоцитоз и пиноцитоз также ответственны за интернализацию липопротеинов. [13] После интернализации очищенные липопротеины транспортируются в эндосомы или лизосомы для деградации, в результате чего эфиры холестерина (CE) гидролизуются до неэстерифицированного свободного холестерина (FC) под действием лизосомальной кислой липазы (LPL). Свободный холестерин транспортируется в эндоплазматический ретикулум , где он повторно этерифицируется с помощью ACAT1 (ацил-КоА:холестерол-ацилтрансфераза 1) и впоследствии сохраняется в виде капель цитоплазматической жидкости. Эти капли ответственны за пенистый вид макрофагов и, следовательно, за название пенистых клеток. [2] На этом этапе пенистые клетки могут либо разрушаться за счет деэтерификации и секреции холестерина, либо способствовать дальнейшему развитию пенистых клеток и образованию бляшек – процесс, который зависит от баланса свободного холестерина и этерифицированного холестерина. [2]
Холестерин липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) (ХС-ЛПНП — также известный как «плохой» холестерин) и особо модифицированные формы холестерина ЛПНП, такие как окисленный, гликированный или ацетилированный ЛПНП, содержатся в пенистой клетке — маркере атеросклероза. [3] Поглощение только ЛПНП не вызывает образования пенистых клеток; однако совместная интернализация холестерина ЛПНП с модифицированными ЛПНП в макрофагах может привести к развитию пенистых клеток. Модифицированные ЛПНП влияют на внутриклеточный транспорт и метаболизм нативных ЛПНП, так что не все ЛПНП необходимо модифицировать для образования пенистых клеток при высоких уровнях ЛПНП. [13]
Поддержание пенистых клеток и последующее прогрессирование образования бляшек обусловлено секрецией хемокинов и цитокинов макрофагами и пенистыми клетками. Пенистые клетки секретируют провоспалительные цитокины, такие как интерлейкины: IL-1, IL-6; фактор некроза опухоли (TNF); хемокины: хемокин-лиганд 2, CCL5, CXC-хемокин-лиганд 1 (CXCL1); а также факторы удержания макрофагов. [12] Макрофаги в области атеросклеротического легиона имеют пониженную способность к миграции, что дополнительно способствует образованию бляшек, поскольку они способны секретировать цитокины, хемокины, активные формы кислорода (АФК) и факторы роста, которые стимулируют модифицированное поглощение липопротеинов и гладкомышечные клетки сосудов. (VSMC) пролиферация. [11] [6] [14] СГМК также могут накапливать эфиры холестерина. [6]
При хронической гиперлипидемии липопротеины агрегируют в интиме кровеносных сосудов и окисляются под действием свободных радикалов кислорода , генерируемых либо макрофагами , либо эндотелиальными клетками. Макрофаги поглощают окисленные липопротеины низкой плотности (ЛПНП) путем эндоцитоза через рецепторы-мусорщики, которые отличаются от рецепторов ЛПНП. Окисленные ЛПНП накапливаются в макрофагах и других фагоцитах , которые затем называются пенистыми клетками. [15] Пенистые клетки образуют жировые прожилки бляшек атеромы в интиме оболочек артерий.
Пенистые клетки сами по себе не опасны, но могут стать проблемой, когда они накапливаются в определенных очагах, образуя некротический очаг атеросклероза . Если фиброзная оболочка, препятствующая выходу некротического центра в просвет сосуда, разрывается, может образоваться тромб , который может привести к эмболии , закупоривающей более мелкие сосуды. Окклюзия мелких сосудов приводит к ишемии и способствует развитию инсульта и инфаркта миокарда , двух основных причин смерти, связанной с сердечно-сосудистыми заболеваниями. [6] Однако на ранних стадиях патогенеза пенистые клетки также приобретают профиброзный фенотип, при котором они повышают стабильность образующихся бляшек за счет активации пути рецептора X печени (LXR). и повышенная экспрессия генов, связанных с внеклеточным матриксом (ECM). [16]
Пенистые клетки очень малы по размеру, и их можно достоверно обнаружить только при исследовании жировой бляшки под микроскопом после ее удаления из тела или, точнее, из сердца. Обнаружение обычно включает окрашивание участков синуса или артерии аорты маслом Red O (ORO) с последующей компьютерной визуализацией и анализом; или от окрашивания Нильским красным. Кроме того, флуоресцентная микроскопия или проточная цитометрия могут использоваться для обнаружения поглощения OxLDL, когда OxLDL метят 1,1'-диоктадецил-3,3,3'3'-тетраметилиндоцианид перхолоратом (DiI-OxLDL). [4]
Аутоиммунитет возникает, когда организм начинает атаковать сам себя. Связующим звеном между атеросклерозом и аутоиммунитетом являются плазмоцитоидные дендритные клетки (пДК). ПДК способствуют ранним стадиям формирования атеросклеротических поражений сосудов, высвобождая большое количество интерферонов 1 типа (ИНФ). Стимуляция пДК приводит к увеличению количества макрофагов, присутствующих в бляшках. Однако было показано, что на более поздних стадиях прогрессирования поражения пДК оказывают защитное действие путем активации Т-клеток и функции Treg ; что приводит к подавлению заболевания. [17]
Деградация пенистых клеток или, точнее, распад этерифицированных холестеринов, облегчается рядом рецепторов и путей оттока. Этерифицированный холестерин из капель цитоплазматической жидкости снова гидролизуется до свободного холестерина кислой холестеринэстеразой. Свободный холестерин затем может секретироваться из макрофагов путем оттока к дискам ApoA1 и ApoE через рецептор ABCA1 . Этот путь обычно используется модифицированными или патологическими липопротеинами, такими как AcLDL, OxLDL и βVLDL. FC также могут транспортироваться в отделение рециркуляции посредством оттока к ApoA1, содержащему ЛПВП (липопротеины высокой плотности), посредством водной диффузии или транспорта через рецепторы SR-B1 или ABCG1 . Хотя этот путь также может использоваться модифицированными липопротеинами, холестерин, полученный из ЛПНП, может использовать этот путь только для выведения ФК. Различия в путях выведения между типами липопротеинов в основном являются результатом разделения холестерина по разным областям. [2] [6] [18]
Пенистые макрофаги обнаруживаются также при заболеваниях, вызванных персистирующими в организме возбудителями, такими как хламидии , токсоплазмы или микобактерии туберкулеза . При туберкулезе (ТБ) бактериальные липиды не позволяют макрофагам откачивать избыток ЛПНП, заставляя их превращаться в пенистые клетки вокруг туберкулезных гранулем в легких. Холестерин является богатым источником пищи для бактерий. По мере гибели макрофагов масса холестерина в центре гранулемы превращается в творожистое вещество, называемое казеумом. [19]
Вокруг вытекшего силикона из грудных имплантатов могут образовываться пенистые клетки. [20] Нагруженные липидами альвеолярные макрофаги , также известные как легочные пенистые клетки, обнаруживаются в образцах бронхоальвеолярного лаважа при некоторых респираторных заболеваниях. [21]