游离于血液中的
单核细胞(
monocyte)及存在于
体腔和各种组织中的
巨噬细胞(macrophage)均来源于
骨髓干细胞,它们具有很强的吞噬能力,且
细胞核不分叶,故命名为单核吞噬细胞系统(mononuclearphagocytesystem
MPS)。
单核巨噬细胞是一类主要的
抗原呈递细胞,在
特异性免疫应答的诱导与调节中起着关键的作用。
系统简介
单核吞噬细胞系统(mononeuclear phagocyte system)又称单核巨噬细胞系统,是
高等动物体内具有强烈吞噬能力的
巨噬细胞,及其前身细胞所组成的一个细胞系统,是
机体防御结构的重要组成部分。
巨噬细胞
细胞质内含丰富
溶酶体、
线粒体及粗糙
内质网,
细胞表面形成小突起和胞膜皱褶。静止时称固着巨噬细胞,有
趋化因子时便成为游走巨噬细胞,能进行
变形运动及吞噬活动。人的巨噬细胞能生活数月至数年。许多疾病能引起单核吞噬细胞系统大量增生,表现为肝、脾、
淋巴结肿大。功能为吞噬清除体内病菌异物及衰老伤亡细胞;活化T.B.
淋巴细胞免疫反应。在细菌或其他因子刺激下能分泌
酸性水解酶、
中性蛋白酶、
溶菌酶和其他
内源性热原等。该系统包括
单核细胞,
结缔组织跟
淋巴组织中的
巨噬细胞、肝的
库普弗细胞、肺的
尘细胞、
神经组织的
小胶质细胞、
骨组织的
破骨细胞和骨髓中的原单核细胞、
幼单核细胞,单核细胞穿出血管壁进入其他组织中,分别分化为上述各种细胞。
主要特征
单核细胞一般为圆形,直径约10-20μm;
巨噬细胞大小不等,直径约10-30μm或更大,常有
伪足,呈
多形性。单核/巨噬细胞有圆形或椭圆形的核,
胞浆中富含
溶酶体及其他各种细胞器。
细胞的表面分子
1.
表面受体MPS
细胞表面有多达80种以上
受体分子,它们与相应的
配体结合,分别表现感应与效应功能。包括捕获病原异物,加强调理、趋化、
免疫粘连、吞噬、介导
细胞毒作用等。例如,
免疫球蛋白Fc受体(FcγRⅠ即CD64、FcγRⅡ即
CD32、FcγRⅢ即CD16)
补体受体(CD1即CD35、CD3即CD11b/18或Mac-1)可以分别与IgG的Fc段及
补体C3b片段结合,从而促进
单核巨噬细胞的活化和
调理吞噬功能。此外,单核/
巨噬细胞还表达各种
细胞因子、
激素、
神经肽、多糖、
糖蛋白、
脂蛋白及
脂多糖的受体,从而可感应多种调控其功能的刺激信号。
2.
表面抗原MPS
细胞表面具有多种抗原分子,它们对MPS细胞的鉴定与功能有重要意义。例如,MPS细胞表达MHC抗原,尤其MHC-Ⅱ类抗原是巨噬细胞发挥抗原呈递作用的关键性
效应分子;单核/巨噬细胞还表达多种
粘附分子(abhesionmolecule),如
选择素L(L-selectin)、细胞间粘附分子(intercellularadhesionmoleculeCAM)和血管细胞粘附分子(vascylarcelladhesionmoleculeVCAM)等,它们介导MPS细胞与其他细胞或外基质间的粘附作用,从而参与炎症与免疫应答过程。应用
单克隆抗体鉴定出许多
单核吞噬细胞的表面
分化抗原,如OKM-1、Mac-120、MO1-4等,但这些抗原也可能表达在其他起源于
髓样干细胞的细胞(如
中性粒细胞)表面。另外,成熟的
单核细胞可表达
高密度的
CD14,这是一种相对特异的单核细胞表面标志。
组成机构
包括分散在全身各器官组织中的
巨噬细胞、
单核细胞及幼稚单核细胞。共同起源于
造血干细胞,在骨髓
中分化发育,经
幼单核细胞发育成为单核细胞,在血液内停留12~102小时后,循血流进入
结缔组织和其他器官,转变成巨噬细胞.
单核吞噬细胞系统的细胞,有骨髓中的
定向干细胞、
原单核细胞、
幼单核细胞,血液内的
单核细胞和多种器官中的巨噬细胞。后者包括结缔组织的巨噬细胞,肝的
Kupffer细胞,肺的
尘细胞,
淋巴结和脾的巨噬细胞,
胸膜腔和
腹膜的巨噬细胞,
神经组织的
小胶质细胞以及
骨组织的
破骨细胞等。它们的特点是均来源于血中的单核细胞,
细胞核为单个,
细胞膜表面具有抗体和
补体的受体,有活跃的
吞噬作用等。
重要作用
单核吞噬细胞
系统的功能,除吞噬、清除异物和衰老伤亡的细胞外,
巨噬细胞在
免疫应答中还具有重要作用:它是主要的
抗原呈递细胞,在免疫应答的起始阶段,巨噬细胞能捕获和处理抗原,巨噬细胞能把抗原最具特征性的分子基因(
抗原决定基)予以保留,并与巨噬细胞自身的MHC-II类分子结合,形成
抗原肽-MHC分子复合物,将抗原肽呈递给T细胞,促进免疫应答,故巨噬细胞是抗原呈递细胞(antigen presenting cell, APC);在免疫应答的效应阶段,它又能聚集于病灶周围,成为破环
靶细胞和吞噬细菌的重要成分。此外,此系统还具有分泌多种生物活性物质(如
溶菌酶、
补体、
肿瘤生长抑制因子)等功能。
生理特点
一般性质
单核吞噬细胞系统(
单核吞噬细胞结构)MPS细胞又称大
吞噬细胞,它具有吞噬细胞的一般特征,如何通过
吞饮摄入液体异物,也可通过吞噬摄取颗粒性异物,还可识别某些化学
刺激物的浓度,表现出
定向运动的能力,即具有
趋化性。MPS细胞在吞噬异物后,细胞内会发生一系列代谢改变,如糖代射增强,能量产生增加,
活性氧生成增多等。MPS细胞
胞浆中还含有非特异性
酯酶、碱性
磷酸二酯和
过氧化物酶等。在
细胞分化和激活过程中,这些酶的量及细胞内的定位可发生改变。此外,由于MPS细胞表达丰富的
粘附分子,对玻璃与塑料制品具有强的
粘附性,故又被称为粘附细胞(adherentcell),借助这个特性可将MPS细胞与
淋巴细胞分离。
细胞的激活
MPS细胞在
环境因素刺激下,可发生形态、膜分子表达以及
细胞代谢与功能的短暂、
可逆性变化,这一过程称为MPS细胞的激活,也是它有别于其他
吞噬细胞(如
中性粒细胞)的一个重要特征。与分化过程不同,活化是在病理条件下表现出的可逆性功能状态。
单核吞噬细胞的激活是一个复杂的多步骤过程,在不同的活化阶段,涉及不同刺激因子的作用,细胞形态及功能也发生相应的改变。以
巨噬细胞(Mф)为例,体内的Mф一般处于
静止状态,病原体等异物通过
直接接触激发Mф内的生理
生化反应。环核苷酸第二信使cAmp/cGMP水平升高,使静止态Mф转变为应答性Mф。后者在
IFN-γ等刺激因子启动下转变为致敏的Mф,然后在
脂多糖或某些
细胞因子作用下转变为活化的Mф。在上述变化过程中,Mф表现出形态改变(
浆膜呈不规则波浪形,
细胞器增加,膜分子表达改变),代谢增强(胞内
蛋白质合成与
ATP生成增加,
磷酸戊
糖代谢增强)以及功能增强(吞噬率及吞噬速度增高,杀菌及杀瘤能力增强,分泌活性及抗原呈递能力增强)等。
细胞的分泌活性
MPS细胞是一类重要的
分泌细胞。在许多组织和器官中,MPS细胞是
分泌性蛋白的主要来源,其分泌物种类之多在体内仅
肝细胞才能与之相比。一般情况下,活化的MPS细胞才有活跃的分泌能力。现已发现MPS细胞可分泌多达100种以上的酶类和其他生物活性物质。这些物质的分子量不一,从分子量仅32的
超氧阴离子至分子量达440000的
纤维粘连蛋白;功能也各异,参与从促进细胞生长到导致
细胞死亡的全部活动。此外,由于MPS细胞的体内分布广泛、可以移动,以及其分泌产物作用的多样性,这种分泌活性具有重要的生理与病理意义。
细胞功能
MPS细胞具有重要的生物作用,不仅参与非
特异性免疫防御,而且是特异性
免疫应答中一类关键的细胞,广泛参与免疫应答、
免疫效应与
免疫调节。
病原微生物侵入机体后,在激发免疫应答以前即可被MPS细胞吞噬并清除,这是机体非特异免疫
防御机制的重要环节。由于其吞噬能力较强,故有人将MPS细胞称为机体的清道夫。在
致病微生物激发机体产生特异性抗体后,覆盖于
病原体表面的
IgG及
补体激活片段C3b可与MPS
细胞表面的FcR及CR1结合,发挥
调理作用,使病原体更易被吞噬。被吞入的细菌可被细胞内的某些酶类或
活性氧所杀灭;另一方面,在对异物颗粒的吞噬、杀灭过程中,可能出现酶体外漏现象,从而造成对邻近正常组织的损伤。
免疫处自稳功能
机体生长、代谢过程中不断产生衰老与死亡的细胞以及某些衰变的物质,它们均可被单核
吞噬细胞吞噬、消化和清除,从而维持
内环境稳定。
MPS细胞构成机体
肿瘤免疫的重要一环。一般认为只有激活的
巨噬细胞才能有效地发挥杀瘤效应,其机制可能是:①吞噬
肿瘤细胞;②借助抗瘤抗体的
ADCC作用杀伤
瘤细胞;③产生
TNf及
IL-1等
细胞因子,直接或间地发挥杀瘤作用;④产生某些酶及
活性氧分子直接杀伤或抑制肿瘤
细胞生长。
MPS细胞是最重要的一类
抗原呈递细胞。外来抗原经
单核吞噬细胞处理后呈递给T细胞,这是诱发免疫应答的
先决条件。此外,在抗原呈递过程中MPS细胞产生的IL-1也是TH活化不可缺少的刺激信号。
免疫调节功能
MPS细胞在
免疫调节中发挥重要的作用。由于激活程度及分泌产物的不同,MPS细胞的免疫调节作用有双相性;另一方面,体内各种因素也可通过影响
单核吞噬细胞的膜分子表达等途径调节MPS细胞功能状态。
1.正相调节作用MPS细胞可通过下列途径启动和增强免疫应答,包括:①抗原呈递作用,诱导免疫应答启动;②分泌具有免疫增强作用的各类生物活性物质,如IL-1、
TNF-a、
补体成分、各类
生长因子等。
2.负相调节作用
巨噬细胞过度激活可成为抑制性巨噬细胞,后者可分泌多种可溶性抑制物如
前列腺素、
活性氧分子等,抑制淋巴
细胞增殖反应或直接损伤
淋巴细胞。
3.体内各种因素通过调控MPS细胞功能状态而发挥
免疫调节作用多种
神经肽及激素样物质如
P物质、
皮质激素、
性激素等均可通过相应受体而调控巨噬细胞的功能状态;另外,某些神经肽与
细胞因子(如IL-1、TNF-a、
IFN-γ)可诱导巨噬细胞
MHC-Ⅱ类抗原的表达,从而调控其抗原呈递功能。
其他功能
MPS细胞还广泛参与炎症、止血、
组织修复、再生等过程。
分化发育
MPS细胞起源于骨髓,其分化与更新受
细胞因子复杂网络的调控。在某些细胞因子,如多
集落刺激因子(multi-colonystimulatingfactormulti-
CSF)、
巨噬细胞集落刺激因子(
macrophage-CSFGM-CSF)等的刺激下,骨髓中的
髓样干细胞经原
单核细胞(monoblast)、前单核细胞(pre-monocyte)分化发育为单核细胞并进入血流。
外周血单核细胞占
白细胞总数1%-3%,它在血流中仅存留几小时至数十小时,然后粘附到
毛细血管内皮,穿过
内皮细胞接合处,移行至全身各组织并发育成熟为
巨噬细胞。
组织损伤和炎症可加速单核细胞向组织移行。巨噬细胞在组织中寿命可达数月至数年。在不同组织中存留的巨噬细胞由于局部
微环境的差异,其形态及
生物学特征均有所不同,名称也各异。一般认为除少数单核细胞或
低分化的巨噬细胞外,成熟的巨噬细胞很少有或没有增殖能力,并不断被骨髓
前体细胞分化的细胞所补充。另外,单核吞噬细胞系统
细胞的分化发育还可受各种
细胞因子如
IL-2、
IL-4以及
干扰素等影响。