Rola makrofagów w reakcjach immunologicznych okresu okołoporodowego

Układ immunologiczny obejmuje wiele tkanek, komórek i rozpuszczalnych w płynach ustrojowych cząsteczek: przeciwciał, cytokin, mediatorów zapalnych, składników dopełniacza. Działa i wspólnie funkcjonuje ze wszystkimi innymi układami organizmu, takimi jak układ neuroendokrynny, oddechowy, pokarmowy, moczowo-płciowy, mięśniowo-szkieletowy. Elementy tego układu znajdują się w każdej części ciała, wiele z nich przemieszcza się po całym organizmie, często zmierzając w określonym kierunku. Naczelną pozycję w odpowiedzi immunologicznej zajmują leukocyty, do których zaliczamy: limfocyty B produkujące przeciwciała, limfocyty T produkujące cytokiny, fagocyty oraz niektóre komórki pomocnicze np. bazofile. Komórki fagocytujące, to ważna grupa leukocytów. Obejmuje ona monocyty, makrofagi czyli tkankowe monocyty oraz wielopłatowe neutrofile. Komórki te wiążą mikroorganizmy, neutralizują je, a następnie niszczą. Działają jako pierwsza linia obrony – rozpoznają obce antygeny. Choć fagocytoza może dotyczyć różnych cząsteczek i komórek, największe znaczenie dla organizmu ma niszczenie drobnoustrojów. Fagocyty korzystają z pomocy innych elementów układu immunologicznego. Limfocyty B produkują przeciwciała opłaszczające antygeny i ułatwiające ich zniszczenie (opsonizacja), limfocyty T – cytotkiny, zwrotnie aktywujące fagocyty. Cząstki układu dopełniacza mogąc wiązać się z powierzchnią mikroorganizmu również ułatwiają proces fagocytozy. Sprawne działanie układu odpornościowego to działanie zbiorowe, zależne od wzajemnych interakcji składników komórkowych i humoralnych. Układ rozwija się od pierwszych tygodni życia płodowego i nadal po urodzeniu. Większość komórek wywodzi się z niezróżnicowanych macierzystych komórek hemopoetycznych tzw. komórek pnia (ang. HSC – haemopoetic stem cells). U płodu są one obecne początkowo w woreczku żółtkowym, a następnie w wątrobie, śledzionie i szpiku. Po urodzeniu znajdują się tylko w szpiku. Komórki te pod wpływem czynników mikrośrodowiskowych, między innymi interakcji między komórkami zrębu, działania cytokin, różnicują się w kierunku czterech linii komórkowych:

– linia erytroidalna,

– linia megakariocytowa,

– linia mieloidalna (granulocyty i fagocyty jednojądrzaste),

– linia limfoidalna (limfocyty).

Relatywnie mała ilość pluripotentnych komórek progenitorowych – komórek pnia, mających zdolność samoodnowy i różnicowania, daje początek dużej liczbie funkcjonalnie różnych komórek. Pierwszą komórką wywodzącą się z komórki pnia jest komórka zdolna do tworzenia kolonii – CFU (colony forming unit). CFU-GEMM to mielopoetyczna komórka macierzysta, która różnicuje się w kierunku wszystkich komórek krwi z wyjątkiem limfocytów. Komórki te pod wpływem czynników stymulujących powstawanie kolonii – CSF (ang. colony stimulating factor) oraz pod wpływem interleukin pochodzących głównie ze zrębowych komórek szpiku proliferują do:

– CFU-GM – prekursora granulocytów i monocytów,

– CFU-B – prekursora bazofili,

– CFU-E – prekursora eozynofili,

– BFO-E – prekursora szybko rozmnażających się kolonii erytroidalnych.

Linia limfoidalna pochodzi z odrębnej limfoidalnej komórki macierzystej (ryc. 1).

Mielopoeza rozpoczyna się w wątrobie płodu około szóstego tygodnia ciąży. Pojedyncze komórki pnia, a także CFU-GEMM (komórka progenitorowa dla szeregu granulocytarnego, erytrocytarnego, megakariocytowego i monocytarnego) występują w woreczku żółtkowym już w 5 tygodniu życia płodowego. Krążąca krew przenosi pluripotentne komórki pnia z woreczka żółtkowego do wątroby. Wprawdzie 6-tygodniowy zarodek ma zawiązki szpiku, ale do 4 miesiąca życia płodowego nie stanowią one aktywnego ośrodka hematopoezy. Pierwsze komórki pnia zasiedlają szpik około 8 tygodnia życia płodowego; proces ten trwa do około 22 tygodnia. Obojczyki są pierwszymi kośćmi, w których rozpoczyna się hematopoeza. Pierwsze komórki wywodzące się z komórki pnia to właśnie CFU-GEMM. Dopiero po około 2 tygodniach powstaje limfoidalna komórka macierzysta, dająca początek limfocytom. Limfoidalne komórki macierzyste migrują do zawiązka grasicy, gdzie różnicują się pod wpływem mikrośrodowiska nabłonka do limfocytów grasiczych zwanych tymocytami.

Komórką prekursorową dla monocytów jest CFU-GM. Pod wpływem M-CSF (monocyte-colony stimulating factor), GM-CSF (granulocyte/monocyte colony stimulating factor) i IL-3 różnicuje się do monoblasta, a następnie do promonocyta i dojrzałego monocyta. Czas życia monocyta w szpiku jest krótki. Promonocyty opuszczają szpik kostny, wędrując z krwią jako monocyty. W całkowitej puli krążących monocytów możemy, podobnie jak w przypadku neutrofili, wyróżnić pulę krążącą i marginalną, uruchamianą w razie potrzeby. Pod wpływem czynników chemotaktycznych składników dopełniacza, komórki fagocytujące mogą gromadzić się w miejscu zakażenia. We krwi przebywają krótko, od 36 do 104 godzin. Po kilku dniach opuszczają łożysko naczyniowe, przechodząc przez śródbłonek naczyń. W tkankach różnicują się w makrofagi, tworząc tam pulę komórek trzykrotnie większą od krążących monocytów. Krążące monocyty stale uzupełniają populację osiadłych makrofagów tkankowych, gdzie przeżywają nawet do dwóch lat. Monocyty, które wywędrowały z naczyń, nigdy już nie wracają do krwiobiegu.

Monocyty występujące we krwi i makrofagi tkankowe określa się wspólną nazwą układu monocytomakrofagowego. Komórki zasiedlające tkanki i dojrzewające tam pod wpływem czynników tkankowych niszczą antygeny znajdujące się w krążeniu, a makrofagi węzłów chłonnych – niszczą antygeny dostarczane z limfą (ryc. 2).

W przeciwieństwie do makrofagów, mikrofagi czyli granulocyty żyją krótko. Okres półtrwania we krwi wynosi 6-8 godzin, czas życia w tkankach zaledwie 1-2 dni. Średnica dojrzałego granulocyta wynosi 12-15 mikrometrów, monocyta 15-20. Stąd podział fagocytów na mikro- i makrofagi. Monocyty są dojrzalszymi fagocytami. Nie tylko usuwają obce antygeny z krwi i tkanek, ale również prezentują antygen limfocytom T. Fagocytują mikroorganizmy, komórki nowotworowe, a także martwe i zużyte komórki ciała. Wiążą się z nimi dzięki specjalnym receptorom. Są wśród nich receptory MFR wiążące się z cukrami komórek bakteryjnych. Cząstki CD 14 na powierzchni komórek są receptorami dla białka wiążącego lipopolisacharydy (LPG), występującego w surowicy i pokrywającego Gram--ujemne bakterie. Monocyty mają również receptory Fc dla immunoglobulin G oraz E, a także receptory dla dopełniacza. Antygeny MHC, klasy II występujące na pewnych monocytach są ważne dla prezentacji antygenu limfocytom T. Monocyty mają również receptory dla cytokin (IL-2, IL-4, IFN gamma). Cytokiny produkowane przez limfocyty T aktywują makrofagi, które z kolei rozpoczynają produkcję własnych cytokin (IFN, IL-1, TNF alfa, IL-6). IL-1 produkowana m.in. przez makrofagi stymuluje produkcję białek ostrej fazy w wątrobie, indukuje gorączkę (mniejszej ilości monocytów u wcześniaków przypisuje się brak odczynów gorączkowych w tej grupie dzieci w przebiegu infekcji). IL-1 aktywuje leukocyty oraz zwiększa ich adhezję do komórek śródbłonka. Produkowana między innymi przez monocyty IL-6 jest jednym z centralnych czynników regulujących mechanizmy obronne. Stymuluje syntezę białek ostrej fazy. Pobudza różnicowanie limfocytów T do limfocytów cytotoksycznych oraz limfocytów B do plazmocytów produkujących przeciwciała, podwyższa temperaturę ciała. Razem z IL-3, IL-6 stymuluje proliferację i różnicowanie pluripotencjalnych komórek macierzys-tych szpiku, pobudza krwiotworzenie. Ma szczególnie duży wpływ na CFU-GM, co prowadzi do neutrofilii w pierwszej fazie zakażenia. Jeśli nawet nie są w stanie usunąć intruzów z krwi i płynów tkankowych, wyzwalają odpowiedź immunologiczną przez prezentację antygenu limfocytom T. Makrofagi biorą również udział w regulacji procesów krwiotworzenia, produkując liczne hemopoetyczne czynniki wzrostu. Wykazano, że odgrywają istotną rolę w produkcji erytropoetyny. Podsumowując rolę monocytów można stwierdzić, że ich znaczenie w reakcjach immunologicznych jest ogromne.

Noworodek rodzi się z dużą liczbą fagocytów: granulocytów obojętnochłonnych i monocytów oraz komórek NK (natural killers). Selektywna leukocytoza jest m.in. wynikiem wzrostu we krwi poziomu katecholamin i kortyzolu w czasie porodu. Jest zjawiskiem dobroczynnym dla noworodka i ma wyrównać niedobory jakościowe procesu fagocytozy. Krew pępowinowa zawiera dużo komórek prekursorowych, głównie CFU-GM oraz CFU-G. Monocytoza krwi pępowinowej jest szczególnie wysoka między 38 a 39 tygodniem ciąży. W pobliżu terminu porodu można więc mówić o fizjologicznej monocytozie okresu noworodkowego. Być może wiąże się to z pewnymi zjawiskami immunologicznymi towarzyszącymi prawidłowemu porodowi. Niektórzy autorzy udowadniają, iż poród fizjologiczny związany jest z aktywacją procesów immunologicznych w obrębie płodu i łożyska. Aktywacja układu monocytomakrofagowego może być jednym z mechanizmów wywołujących poród (10). Wzrost IL-6 w krążeniu płodowym, której źródłem są głównie płodowe monocyty, ma prowadzić do indukcji porodu.

Proces aktywacji monocytów prawdopodobnie jest zainicjowany przez matczyne limfocyty T penetrujące łożysko w końcowym okresie ciąży, w wyniku osłabienia bariery łożyskowej. Komórki matczyne rozpoznają obce antygenowo komórki płodu. Konsekwencją tego procesu jest zainicjowanie odpowiedzi immunologicznej z uwolnieniem cytokin (IL-2, IFN gamma, TNF alfa) przez limfocyty T matki oraz aktywacja makrofagów (10). Wykluczono udział płodowych limfocytów w tym procesie. Funkcja ich jest niedojrzała głównie na skutek gorszej produkcji cytokin. Limfocyty płodowe gorzej odpowiadają na obce antygeny, głównie na skutek braku „doświadczenia”. We krwi płodowej dominują limfocyty pomocnicze, limfocytów cytotoksycznych jest mniej. Innym mechanizmem indukującym uwalnianie IL-6 z płodowych makrofagów, tym razem bez udziału matczynych limfocytów T, może być łączenie immunoglobulin matczynych z receptorem Fc płodowych makrofagów. Zjawisko to występuje w końcowym okresie ciąży, kiedy komórki płodu mogą przechodzić do krążenia matki i pobudzają matczyne limfocyty B do sekrecji specyficznych HLA-immunoglobulin. Immunoglobuliny te dostając się do krążenia płodu, łączą się z Fc-receptorem monocytów płodowych i indukują reakcję zapalną z uwolnieniem IL-6.

Immunologiczne zjawiska towarzyszące spontanicznemu porodowi nie występują w przypadku elektywnego cięcia cesarskiego lub porodu indukowanego. Nie zaobserwowano również aktywacji monocytów w przypadku samoistnego porodu przedwczesnego. Porody przedwczesne są następstwem działania matczynego układu immunologicznego. Towarzyszący porodom przedwczesnym wysoki poziom cytokin zapalnych jest raczej wynikiem obecności patogenów w płynie owodniowym oraz toczącego się chorioamnionitis. Wiele bakterii (szczególnie mikroorganizmów beztlenowych) syntetyzuje fosfolipazę A, enzym inicjujący syntezę prostaglandyn. Fosfolipaza uwalnia kwas arachidonowy (prekursor prostaglandyn) z fosfolipidów błon komórkowych i doczesnej. Również infekcje ciężarnych toczące się poza układem rodnym mogą stymulować czynność skurczową macicy, poprzez uwalnianie do krwiobiegu cytokin i prostaglandyn mogących indukować czynność skurczową macicy (szczególnie infekcje gorączkowe).

Monocytozie krwi pępowinowej towarzyszy wysoki poziom M-CSF (monocyte colony stimulating factor) (4, 10). Czynnik ten nie przechodzi przez łożysko, a więc stężenia stwierdzane we krwi pępowinowej pochodzą wyłącznie od płodu (4). Czynnik ten nie tylko stymuluje różnicowanie i namnażanie prekursorów makrofagów, ale także pobudza dojrzałe monocyty do produkcji G-CSF i GM-CSF. IL-6 silnie indukuje procesy namnażania w szpiku kostnym – być może wysokie stężenia powyższych czynników oraz towarzysząca porodowi neutrofilia i monocytoza są wynikiem okołoporodowego wzrostu IL-6 (4, 6, 10). W porównaniu ze zdrowymi, noworodki z powikłaniami okołoporodowymi takimi jak przedwczesne pęknięcie błon płodowych, zamartwica, MAS, mają znacznie podwyższone stężenia M-CSF (monocyte-colony stimulating factor) (4). Podobne zjawisko występuje u płodu w przypadku anemii matczynej. Podwyższonemu poziomowi M-CSF w tych sytuacjach towarzyszy wzrost liczby neutrofilii, co jest zjawiskiem korzystnym dla tych dzieci, szczególnie wrażliwych na infekcje bakteryjne i grzybicze. Nie obserwowano w tych przypadkach wprost proporcjonalnego do poziomu M-CSF wzrostu liczby monocytów.

Wysoki poziom monocytów w okresie noworodkowym obserwowany był od dawna. Pierwsza praca dotycząca tego zagadnienia ukazała się w piśmiennictwie medycznym już w 1935 roku. Zakres wartości spotykanych w literaturze wynosi od 0 do 1900 komórek w milimetrze sześciennym. Liczba tych komórek rośnie w pierwszych 60 godzinach życia, potem obserwuje się powolny ich spadek. Odsetek monocytów w rozmazie krwi obwodowej w końcu 1 miesiąca życia wynosi średnio 4-5%, w 1 półroczu – 3%.

Wzrost liczby monocytów w pierwszej dobie jest zjawiskiem prawidłowym. W pewnych sytuacjach klinicznych monocytoza może być szczególnie wysoka.

1. Konflikt serologiczny w układzie ABO. Monocytoza obserwowana jest w ciągu pierwszych 3 dni życia i jest następstwem uogólnionej hiperplazji szpiku (6, 12). Hemoliza stymuluje szpik, a poprzez działanie na wspólny progenitor komórkowy (CFU-GEMM = mielopoetyczna komórka macierzysta, która różnicuje się w kierunku granulocytów, erytrocytów, makrofagów i megakariocytów) prowadzić może do monocytozy i neutrofilii.

2. Posocznica. Chociaż w początkowym okresie choroby taka sama część dzieci wykazuje wartości prawidłowe, podwyższone jak i obniżone, o tyle w późniejszym okresie podwyższone wartości monocytów są objawem zdrowienia, zwłaszcza u dzieci z neutropenią (podobnie u dorosłych) (3, 6).

3. Sterydoterapia prenatalna. Sterydy mają wpływ na dojrzewanie i metabolizm monocytów, zmniejszają zjawisko apoptozy. Być może zwiększają ich uwalnianie ze szpiku, tak jak to dzieje się w przypadku neutrofili. Dokładny mechanizm monocytozy po podaży sterydów nie jest znany. Zjawisko to dotyczy dzieci urodzonych przed terminem porodu, niedojrzałych. U dzieci i osobników dorosłych, podaż hormonów sterydowych prowadzi do monocytopenii. Niedojrzały szpik wcześniaków być może inaczej reaguje na bodźce zewnętrzne (6, 11).

4. Neutropenia immunologiczna. Monocytoza jest tu zjawiskiem wyrównawczym. Ponieważ granulocyty i monocyty mają te same komórki progenitorowe, stymulacja szpiku mająca wyrównać niedobory granulocytów, prowadzi do monocytozy, niekiedy również do eonzynofili.

a) neutropenia alloimmunologiczna – analogicznie do choroby hemolitycznej jest wynikiem uczulenia matki na obce dla niej antygeny neutrofili płodu. Reakcja ta może wystąpić w każdym okresie ciąży, również w I ciąży. Neutropenia rozwija się przed urodzeniem i może trwać od 1 do 5 tygodni po urodzeniu. Choroba występuje z częstością 0,5 do 2 przypadków na 1000 żywych urodzeń. Najczęstszymi antygenami płodowych neutrofili wywołującymi reakcję immunologiczną matki są NA₁ i NA₂,

b) neutropenia autoimmunologiczna – występuje u noworodków, których matki cierpią na autoimmunologiczną neutropenię idiopatyczną lub towarzyszą chorobom układowym np. SLE. Matki tych dzieci mogą nie wykazywać objawów choroby, jednak przezłożyskowy transfer matczynych antyleukocytarnych przeciwciał prowadzić może do zaburzeń ilościowych i jakościowych w układzie granulocytarnym płodu i noworodka.

5. Zakażenia wywołane przez pewne rodzaje drobnoustrojów wiążą się ze wzrostem poziomu monocytów. Są to zakażenia Listeria monocytogenes, Treponema pallidum, riketsjozy. Listeria monocytogenes to tlenowa i fakultatywnie beztlenowa bakteria G(+). Jej wewnątrzkomórkowy cykl namnażania może tłumaczyć, dlaczego stanowi ona tak duże zagrożenie dla osób z upośledzoną odpornością komórkową. Częstość infekcji u kobiet ciężarnych jest 12-17-krotnie wyższa niż w pozostałej populacji (8, 9), co jest związane z osłabieniem tego typu odporności w czasie ciąży. Transmisja drobnoustroju do organizmu płodu zachodzi drogą krwiopochodną, przezłożyskową lub wertykalnie ze skolonizowanego kanału rodnego. Mechanizm poprzez który wewnątrzkomórkowy drobnoustrój stymuluje rozmnażanie układu monocytarnego nie jest wyjaśniony. Być może, podobnie jak w przypadku zakażeń wywołanych przez Mycobacterium tuberculosum, bakteria uwalnia białko przyciągające monocyty jak i limfocyty do miejsca infekcji (9). Zjawisko to nie zawsze towarzyszy listeriozie i nie może być uważane za pewny wskaźnik tej infekcji.

6. Podaż teofiliny. Przyczyna monocytozy towarzyszącej terapii teofiliną nie jest znana. Nie udowodniono wpływu tego leku na szpik. Być może monocytoza jest u noworodków urodzonych przedwcześnie wynikiem odmiennej reakcji szpiku na zwiększony poziom kortyzolu we krwi. Metyloksantyny mają wpływ na wiele układów: oddechowy, naczynioruchowy, moczowy i nerwowy. Powodują również wzrost wydzielania wielu hormonów m.in. kortyzolu i tyroksyny.