Иммунометаболические свойства тканерезидентных альвеолярных макрофагов зависят от особенностей культивирования ex vivo

Аннотация

Альвеолярные макрофаги (АМ) представляют основную популяцию иммунных клеток в легких, обеспечивающих поддержание гомеостаза и первую линию иммунной защиты при различных респираторных заболеваниях. Большинство исследований сосредоточено на изучении макрофагов, дифференцированных из костномозговых предшественников in vitro. Однако онтогенез тканерезидентных макрофагов и микроокружение в легких существенно определяют их свойства и функции, что принципиально отличает АМ от клеток, полученных in vitro. Использование АМ ex vivo, максимально сохраняющих свой исходный фенотип и пролиферативный потенциал, представляется наиболее физиологичным и информативным подходом для изучения различных аспектов врожденных иммунных реакций при различных заболеваниях легких. Совершенствование методов их выделения и культивирования остается важной задачей для получения релевантных данных о функциях этих клеток. В данном исследовании оценивали влияние ферментативной обработки, как наиболее часто используемого способа, для открепления культивируемых АМ на их фенотип. Было установлено, что ферментативная обработка приводила к снижению продукции альвеолярными макрофагами GM‑CSF и VEGF, медиаторов дифференцировки и созревания миелоидных клеток и ангиогенеза соответственно, как в неактивированном состоянии, так и в ответ на один из самых распространенных аллергенов – экстракт домашнего пылевого клеща (HDM). Ферментативная обработка способствовала формированию провоспалительного фенотипа, который выражался в повышенной продукции IL‑6, а также хемокинов CCL4 и CCL5, привлекающих моноциты и лимфоциты в сайт воспаления, наряду с тенденцией к увеличению экспрессии М1‑ассоциированных генов, таких как Nos2 и Cd38, в ответ на HDM. Таким образом, открепление тканерезидентных АМ ферментативным способом способствует М1‑поляризации, что предопределяет более выраженный ответ на аллерген in vitro. Представленные данные подчеркивают недостатки ферментативной обработки АМ, повышающей риск возникновения артефактов и влияющей на достоверность экспериментальных результатов.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Вклад авторов

Е.О.Г., С.А.Н., М.С.Д. – концепция, руководство работой; О.А.Н., Е.О.Г. – написание текста; О.А.Н. – иллюстрирование; О.А.Н., А.С.Я., Т.В.П. – получение экспериментальных данных и обработка результатов; С.А.Н., М.С.Д., Е.О.Г. – редактирование статьи.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 19-75-30032). Эксперименты с использованием технологии мультиплексного анализа Luminex xMAP были проведены в Университете «Сириус» в рамках Соглашения 18‑03 от 10.09.2024.

Благодарности

Работы по мультиплексному анализу проводили на базе Ресурсного центра клеточных технологий и иммунологии Лабораторного комплекса Университета «Сириус» при технической поддержке Астраханцевой И.В. и Богдановой Д.А.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены. Работу с лабораторными животными осуществляли в строгом соответствии с нормами FELASA, получив одобрение Комитета по биоэтике ИМБ РАН (Протокол № 3 от 27.10.22).

Список литературы

1. Bain, C. C., and MacDonald, A. S. (2022) The impact of the lung environment on macrophage development, activation and function: diversity in the face of adversity, Mucosal Immunol., 15, 223-234, https://doi.org/10.1038/s41385-021-00480-w.

2. Woo, Y. D., Jeong, D., and Chung, D. H. (2021) Development and functions of alveolar macrophages, Mol. Cells, 44, 292-300, https://doi.org/10.14348/molcells.2021.0058.

3. Hussell, T., and Bell, T. J. (2014) Alveolar macrophages: plasticity in a tissue-specific context, Nat. Rev. Immunol., 14, 81-93, https://doi.org/10.1038/nri3600.

4. Huang, X., Cao, M., and Xiao, Y. (2023) Alveolar macrophages in pulmonary alveolar proteinosis: origin, function, and therapeutic strategies, Front. Immunol., 14, 1195988, https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1195988.

5. Devkota, S. P., Onah, C., Joshi, P. R., Adhikari, S., and Baral, P. (2024) Optimized method for higher yield of alveolar macrophage isolation for ex vivo studies, Heliyon, 10, e37221, https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e37221.

6. Toda, G., Yamauchi, T., Kadowaki, T., and Ueki, K. (2021) Preparation and culture of bone marrow-derived macrophages from mice for functional analysis, STAR Protoc., 2, 100246, https://doi.org/10.1016/j.xpro.2020.100246.

7. Svedberg, F. R., Brown, S. L., Krauss, M. Z., Campbell, L., Sharpe, C., Clausen, M., Howell, G. J., Clark, H., Madsen, J., Evans, C. M., Sutherland, T. E., Ivens, A. C., Thornton, D. J., Grencis, R. K., Hussell, T., Cunoosamy, D. M., Cook, P. C., and MacDonald, A. S. (2019) The lung environment controls alveolar macrophage metabolism and responsiveness in type 2 inflammation, Nat. Immunol., 20, 571-580, https://doi.org/10.1038/s41590-019-0352-y.

8. Chen, S., So, E. C., Strome, S. E., and Zhang, X. (2015) Impact of detachment methods on M2 macrophage phenotype and function, J. Immunol. Methods, 426, 56-61, https://doi.org/10.1016/j.jim.2015.08.001.

9. Lai, T. Y., Cao, J., Ou-Yang, P., Tsai, C. Y., Lin, C. W., Chen, C. C., Tsai, M. K., and Lee, C. Y. (2022) Different methods of detaching adherent cells and their effects on the cell surface expression of Fas receptor and Fas ligand, Sci. Rep., 12, 5713, https://doi.org/10.1038/s41598-022-09605-y.

10. Isayama, F., Moore, S., Hines, I. N., and Wheeler, M. D. (2016) Fas regulates macrophage polarization and fibrogenic phenotype in a model of chronic ethanol-induced hepatocellular injury, Am. J. Pathol., 186, 1524-1536, https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2016.02.006.

11. Busch, C. J., Favret, J., Geirsdottir, L., Molawi, K., and Sieweke, M. H. (2019) Isolation and long-term cultivation of mouse alveolar macrophages, Bio Protoc., 9, e3302, https://doi.org/10.21769/BioProtoc.3302.

12. Chen, Y., Li, F., Hua, M., Liang, M., and Song, C. (2023) Role of GM-CSF in lung balance and disease, Front. Immunol., 14, 1158859, https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1158859.

13. Yurakova, T. R., Gubernatorova, E. O., Gorshkova, E. A., Nosenko, M. A., Nedospasov, S. A., and Drutskaya, M. S. (2022) HDM induces distinct immunometabolic phenotype in macrophages in TLR4-dependent manner, Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis., 1868, 166531, https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2022.166531.

14. Кондратьева Т. К., Кондратьева Е. В., Апт А. С. (2025) Ранние фазы туберкулезной инфекции: иммунный ответ и генетический контроль хозяина, Инфекция и иммунитет, 15, 431-445, https://doi.org/10.15789/2220-7619-EPO-17880.

15. Kearns, M. T., Dalal, S., Horstmann, S. A., Richens, T. R., Tanaka, T., Doe, J. M., Boe, D. M., Voelkel, N. F., Taraseviciene-Stewart, L., Janssen, W. J., Lee, C. G., Elias, J. A., Bratton, D., Tuder, R. M., Henson, P. M., and Vandivier, R. W. (2012) Vascular endothelial growth factor enhances macrophage clearance of apoptotic cells, Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol., 302, L711-L718, https://doi.org/10.1152/ajplung.00116.2011.

16. Paine, R., 3rd, Morris, S. B., Jin, H., Wilcoxen, S. E., Phare, S. M., Moore, B. B., Coffey, M. J., and Toews, G. B. (2001) Impaired functional activity of alveolar macrophages from GM-CSF-deficient mice, Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol., 281, L1210-L1218, https://doi.org/10.1152/ajplung.2001.281.5.L1210.

17. Shibata, Y., Berclaz, P. Y., Chroneos, Z. C., Yoshida, M., Whitsett, J. A., and Trapnell, B. C. (2001) GM-CSF regulates alveolar macrophage differentiation and innate immunity in the lung through PU.1, Immunity, 15, 557-567, https://doi.org/10.1016/s1074-7613(01)00218-7.

18. Bonfield, T. L., Raychaudhuri, B., Malur, A., Abraham, S., Trapnell, B. C., Kavuru, M. S., and Thomassen, M. J. (2003) PU.1 regulation of human alveolar macrophage differentiation requires granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol., 285, L1132-L1136, https://doi.org/10.1152/ajplung.00216.2003.

19. Wohnhaas, C. T., Bassler, K., Watson, C. K., Shen, Y., Leparc, G. G., Tilp, C., Heinemann, F., Kind, D., Stierstorfer, B., Delic, D., Brunner, T., Gantner, F., Schultze, J. L., Viollet, C., and Baum, P. (2024) Monocyte-derived alveolar macrophages are key drivers of smoke-induced lung inflammation and tissue remodeling, Front. Immunol., 15, 1325090, https://doi.org/10.3389/fimmu.2024.1325090.