Monociti e macrofagi: funzione dei macrofagi e dei monociti, origine e condizioni correlate / Monocytes and Macrophages: Macrophage and Monocyte Function, Origin and Related Conditions

Monociti e macrofagi: funzione dei macrofagi e dei monociti, origine e condizioni correlate / Monocytes and Macrophages: Macrophage and Monocyte Function, Origin and Related Conditions

Segnalato dal Dott. Giusepe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Figura 1: diagramma che mostra il percorso di differenziazione per lo sviluppo di monociti e macrofagi. /  Diagram showing the differentiation pathway for the development of monocytes and macrophages.

Esplora cosa sono i monociti ed i macrofagi, le loro funzioni nel corpo e le condizioni ad essi correlate.

Facciamo affidamento sui componenti del nostro sistema immunitario adattivo ed innato che lavorano insieme per prevenire le malattie, consentire un corretto sviluppo, rinnovarsi e ripararsi quando necessario e mantenere il corretto funzionamento dei nostri sistemi corporei.

In questo articolo, ci concentriamo su due tipi correlati di cellule immunitarie: i monociti ed i macrofagi. Discutiamo cosa sono i monociti ed i macrofagi, come vengono generati, le loro funzioni nel corpo e le condizioni ad essi correlate.

Cosa sono i monociti e cosa sono i macrofagi?

Monociti e macrofagi sono tipi di globuli bianchi, in particolare leucociti o fagociti mononucleati. Fanno parte del sistema immunitario innato che fornisce la prima linea di difesa contro i microrganismi invasori e le particelle estranee. Furono descritti per la prima volta nel 1882 dal medico russo Élie Metchnikoff, per il quale vinse il premio Nobel, insieme a Paul Ehrlich, nel 1908.

La maggior parte deriva da cellule staminali emopoietiche localizzate nel midollo osseo, che devono prima differenziarsi in cellule progenitrici mieloidi comuni e successivamente in progenitori granulociti-macrofagi. Questo tipo di cellula può diventare un progenitore dei granulociti (poi eventualmente un basofilo, neutrofilo od eosinofilo ) oppure, tramite un monoblasto e poi un promonocita, un monocito e successivamente un macrofago (Figura 1).

Sia i monociti che i macrofagi successivamente differenziati sono grandi e agranulari con un citoplasma relativamente chiaro. I monociti hanno un nucleo a forma di rene, più irregolare nei macrofagi.  I macrofagi sono tipicamente di forma ameboide e hanno un citoplasma abbondante che può contenere vacuoli o vasi fagocitici. Una volta rilasciati dal midollo osseo nel flusso sanguigno, i monociti circolanti generalmente vivono solo un paio di giorni e rappresentano circa il 2-8% dei globuli bianchi circolanti . Una volta differenziati, i macrofagi possono vivere per mesi nelle sedi dei tessuti. 

È importante notare che alcuni macrofagi non si sviluppano da monociti, ma derivano da progenitori embrionali, ad esempio le cellule di Kupffer nel fegato, e sono spesso descritti come macrofagi residenti nei tessuti.

Funzioni dei monociti e dei macrofagi

Funzione dei monociti

Storicamente si considerava che la funzione primaria dei monociti fosse quella di agire come un pool di cellule che percepivano l'ambiente e rifornivano il pool di macrofagi e cellule dendritiche (DC) localizzati nei tessuti. Più recentemente, tuttavia, è stato stabilito che sono altamente eterogenei e svolgono molteplici funzioni. Tre popolazioni primarie si distinguono per la loro funzione nell'omeostasi e nella malattia e per l'espressione di marcatori di superficie.

Funzione dei macrofagi

Probabilmente la prima idea che mi viene in mente sulla funzione dei macrofagi è il loro coinvolgimento nella risposta immunitaria innata e nel processo di fagocitosi. Sono altamente efficaci nel riconoscere, fagocitare e digerire batteri, virus e cellule morte, rimuovendoli così dal corpo. 

Tuttavia, è diventato sempre più chiaro che si tratta di una popolazione di cellule altamente eterogenea che svolge un ruolo molto più ampio nella risposta immunitaria adattativa, nello sviluppo e nelle molteplici funzioni omeostatiche.

I macrofagi producono e rilasciano varie citochine che possono stimolare l’infiammazione, reclutando altri tipi di cellule tra cui monociti, neutrofili, cellule endoteliali, cellule T, DC, mastociti e fibroblasti nel sito di infezione o lesione e modulando l’attività delle cellule vicine.  Inoltre, sono in grado di elaborare gli antigeni e di presentarli ad altre cellule immunitarie, come le cellule T. Questo processo è essenziale per attivare la risposta immunitaria adattativa ed avviare una reazione immunitaria adeguata contro gli agenti patogeni.

Svolgono un ruolo cruciale nella regolazione delle risposte immunitarie per mantenere l’omeostasi immunitaria e prevenire un’infiammazione eccessiva o danni ai tessuti immunomediati. Sia gli effetti proinfiammatori che quelli antinfiammatori sono attivati ​​dai macrofagi a seconda del contesto della risposta immunitaria.

Altre funzioni omeostatiche attribuite ai macrofagi includono il mantenimento di livelli costanti di ferro, bilirubina, calcio, lipidi ed aminoacidi. I macrofagi sono coinvolti anche nei processi di rimodellamento e riparazione dei tessuti a seguito di lesioni od infezioni. Eliminano i detriti, producono fattori di crescita che stimolano la proliferazione cellulare e la rigenerazione dei tessuti ed orchestrano la risoluzione dell'infiammazione. 

Infine, contribuiscono in vari modi allo sviluppo di vari sistemi, essendo coinvolti nell'embriogenesi e nell'organogenesi, tra cui il sistema immunitario, il sistema neurale ed il sistema vascolare, nonché nello sviluppo e nel rimodellamento osseo, nel rimodellamento dei tessuti e nell'omeostasi. 

Monociti vs macrofagi

Cosa significa monociti assoluti?

I monociti assoluti, noti anche come conta assoluta dei monociti, si riferiscono al numero di monociti presenti in un dato volume di sangue, normalmente per microlitro o millilitro. Viene generalmente misurato come parte di un esame emocromocitometrico completo (CBC), che fornisce informazioni sui componenti cellulari del sangue e sullo stato della malattia. I livelli normali sono compresi tra 0,2 e 0,8 × 10 9 /L.

 

Condizioni legate ai monociti ed ai macrofagi

I cambiamenti nella funzione dei monociti e dei macrofagi possono essere associati a varie malattie. Di seguito vengono discusse alcune malattie legate all'aumento od alla diminuzione dei livelli di ciascun tipo di cellula od ad anomalie funzionali.

 

Condizioni che causano livelli elevati di monociti (monocitosi) 

1. Le infezioni batteriche, virali, fungine o parassitarie possono portare ad un aumento dei monociti come parte della risposta immunitaria. È spesso associata ad infezioni subacute o croniche come tubercolosi, brucellosi, sifilide e tripanosomiasi.
2. Condizioni autoimmuni infiammatorie croniche come l'artrite reumatoide, la malattia infiammatoria intestinale (IBD) ed il lupus eritematoso sistemico possono causare monocitosi a causa della disregolazione immunitaria.
3. La sarcoidosi può portare alla formazione di granulomi in vari organi ed ad elevati livelli di monociti.
4. Alcuni tumori possono portare ad un aumento della conta dei monociti; questi includono la leucemia monocitica o mielomonocitica acuta, la leucemia mielomonocitica cronica ed un'ampia varietà di neoplasie mieloidi.
5. La monocitosi può essere associata ad alcune sindromi mielodisplastiche caratterizzate da uno sviluppo ed una funzione anormali delle cellule del sangue nel midollo osseo.
6. Anche alcuni farmaci possono causare monocitosi, come l’ampicillina ed il tetracloroetano.

Condizioni associate a livelli ridotti di monociti (monocitopenia) 

La monocitopenia è meno comune della monocitosi ma può essere associata ad una varietà di cause, tra cui anemia aplastica, sindromi mielodisplastiche, infezioni gravi dovute al reclutamento di monociti nel sito di infezione, alcune carenze nutrizionali (folato) e terapie antitumorali tra cui chemioterapia e radioterapia. Alcuni rari disturbi congeniti come la sindrome MonoMAC, causata dalla mutazione del gene GATA-2 , possono portare a grave monocitopenia.

Condizioni legate ai macrofagi

1. Sindrome da attivazione dei macrofagi (MAS): la MAS è una complicanza grave e pericolosa per la vita di alcune malattie autoimmuni, come l'artrite idiopatica giovanile sistemica in cui un'attivazione incontrollata e una proliferazione dei macrofagi porta a un'infiammazione diffusa. 
2. Linfoistiocitosi emofagocitica (HLH): questa malattia pericolosa per la vita, rara ed aggressiva è caratterizzata da un'eccessiva attivazione dei macrofagi e delle cellule T citotossiche, che porta ad iperinfiammazione. Può essere genetico od acquisito e può essere associato ad infezioni, malattie autoimmuni o tumori maligni. 
3. Istiocitosi a cellule di Langerhans (LCH): LCH è una condizione idiopatica associata alla proliferazione delle cellule di Langerhans che può portare a danni ai tessuti in tutto il corpo, inclusi fegato, milza, midollo osseo ed occhi. 
4. Sarcoidosi: questa condizione complessa, idiopatica, è associata all'accumulo sia di linfociti attivati ​​che di macrofagi, che portano alla formazione di granulomi in tutto il corpo. Normalmente non è pericolosa per la vita ma può diventare cronica. 
5. Macrofagi associati al tumore (TAMS): i macrofagi sono in grado di infiltrarsi nei tumori ed, a seconda del sottotipo, possono avere sia attività di soppressione del tumore sia promuoverne l'insorgenza, indurre metastasi e prevenire risposte antitumorali. 
6. Condizioni infiammatorie croniche: l'artrite reumatoide, il lupus eritematoso sistemico e le malattie infiammatorie intestinali comportano un'infiammazione cronica alla quale partecipano attivamente i macrofagi. Sono coinvolti anche nella patologia dell'aterosclerosi.
7. Infezioni: l'infezione da parte di alcuni agenti patogeni può portare a modifiche nella funzione dei macrofagi. Ad esempio, il virus dell’immunodeficienza umana (HIV) infetta e colpisce i macrofagi, contribuendo alla disfunzione del sistema immunitario. 
8. Malattia di Niemann-Pick (NP): la NP si riferisce a un raro gruppo di disordini metabolici autosomici recessivi in ​​cui è presente un accumulo di lipidi nei lisosomi. È associato alla degradazione od al trasporto degli sfingolipidi, a seconda del tipo di mutazione che causa la malattia, e provoca un accumulo di sfingomielina nella linea dei fagociti monociti/macrofagi. I segni clinici della malattia variano a seconda del tipo di NP, ma comprendono ingrossamento del fegato e della milza, trombocitopenia, problemi ossei e neurologici. 
9. Malattia di Gaucher (GD):  La GD è un gruppo di malattie rare, autosomiche recessive, associate a mutazioni nell'enzima glucocerebrosidasi, che portano all'accumulo di glucosilceramide nei macrofagi, noti come cellule di Gaucher. Queste cellule possono infiltrarsi ed accumularsi in vari tessuti, causando ingrossamento del fegato e della milza, spostamento del midollo osseo, sanguinamento, alterazioni scheletriche e trombocitopenia. È stato anche associato al morbo di Parkinson. 

Storicamente sia i monociti che i macrofagi erano considerati popolazioni omogenee di leucociti incaricate di rimuovere i corpi invasori dai nostri sistemi. Tuttavia, dati più recenti hanno fatto luce sull’eterogeneità sia dei monociti che dei macrofagi, sui loro molteplici ruoli nelle risposte immunitarie innate ed adattative e sulle molteplici funzioni omeostatiche.

ENGLISH

Explore what monocytes and macrophages are, their functions in the body and conditions related to them.

We rely on the components of our adaptive and innate immune systems working in conjunction to prevent disease, allow correct development, renew and repair when needed and keep our body systems functioning correctly.

In this article, we focus on two related types of immune cell – the monocyte and the macrophage. We discuss what monocytes and macrophages are, how they are generated, their functions in the body and conditions related to them.

What are monocytes and what are macrophages?

Monocytes and macrophages are types of white blood cell, specifically leukocytes or mononuclear phagocytes. They are part of the innate immune system that provides the front line of defense against invading microorganisms and foreign particles. They were first described by the Russian physician Élie Metchnikoff in 1882, for which he was awarded the Nobel prize, along with Paul Ehrlich, in 1908.

The majority are derived from bone marrow-located hematopoietic stem cells, which must first differentiate into common myeloid progenitor cells and then subsequently into granulocyte–macrophage progenitors. This cell type can either become a granulocyte progenitor (then eventually a basophil, neutrophil or eosinophil), or, via a monoblast and then a promonocyte, a monocyte and subsequently a macrophage (Figure 1).

Both monocytes and their subsequently differentiated macrophages are large and agranular with a relatively clear cytoplasm. Monocytes have a kidney shaped nucleus, which is more irregular in macrophages. Macrophages are typically amoeboid in shape and have an abundant cytoplasm that may contain vacuoles or phagocytic vessels. Once released from the bone marrow into the bloodstream, circulating monocytes generally live for only a couple of days and account for approximately 2–8% of circulating white blood cells. Once differentiated, macrophages may live for months in tissue locations.

It is important to note that certain macrophages do not develop from monocytes, instead being derived from embryonic progenitors, for example Kupffer cells in the liver, and are often described as tissue-resident macrophages.

Monocyte and macrophage functions

Monocyte function

The primary function of monocytes was considered historically to be to act as a pool of cells that sensed the environment and replenished the pool of tissue located macrophages and dendritic cells (DCs). More recently, however, it has been determined that they are highly heterogeneous and serve multiple functions. Three primary populations are distinguished by their function in homeostasis and disease and by the expression of surface markers.

Macrophage function

Probably the first idea about the function of macrophages that comes to mind is their involvement in the innate immune response and the process of phagocytosis. They are highly effective at recognizing, engulfing and digesting bacteria, viruses and dead cells, thus removing them from the body.

However, it has become increasingly clear that they are a highly heterogeneous population of cells that play a much more wide ranging role in the adaptive immune response, development and multiple homeostatic functions.

Macrophages produce and release various cytokines that can stimulate inflammation, recruiting other cell types including monocytes, neutrophils, endothelial cells, T cells, DCs, mast cells and fibroblasts to the site of infection or injury, and modulate the activity of nearby cells. Additionally, they are capable of processing antigens and presenting them to other immune cells, such as T cells. This process is essential for activating the adaptive immune response and initiating an appropriate immune reaction against pathogens.

They play a crucial role in regulating immune responses to maintain immune homeostasis and prevent excessive inflammation or immune-mediated tissue damage. Both pro-inflammatory and anti-inflammatory effects are instigated by macrophages depending on the context of the immune response.

Other homeostatic functions that have been attributed to macrophages include maintaining constant levels of iron, bilirubin, calcium, lipids and amino acids. Macrophages are also involved in tissue remodeling and repair processes following injury or infection. They clear debris, produce growth factors that stimulate cell proliferation and tissue regeneration and orchestrate the resolution of inflammation.

Finally, they contribute in a number ways to the development of various systems, being involved in embryogenesis and organogenesis, including the immune system, the neural system and the vascular system as well as in bone development and remodeling, tissue remodeling and homeostasis.

Monocyte vs macrophage

What does absolute monocytes mean?

Absolute monocytes, also known as the absolute monocyte count, refers to the number of monocytes present in a given volume of blood, normally per microliter or milliliter. It is typically measured as part of a complete blood count (CBC) test, which provides information about the cellular components of blood and disease status. Normal levels are between 0.2–0.8 × 109/L.

Conditions related to monocytes and macrophages

Changes in monocyte and macrophage function can be associated with various diseases. Some diseases linked to increased or decreased levels of each cell type or to abnormalities in function are discussed below.

Conditions that cause elevated levels of monocytes (monocytosis)

1. Bacterial, viral, fungal or parasitic infections can lead to an increase in monocytes as part of the immune response. It is often associated with subacute or chronic infections such as tuberculosis, brucellosis, syphilis and trypanosomiasis.
2. Chronic inflammatory autoimmune conditions like rheumatoid arthritis, inflammatory bowel disease (IBD) and systemic lupus erythematosus can cause monocytosis due to immune dysregulation.
3. Sarcoidosis can lead to the formation of granulomas in various organs and elevated levels of monocytes.
4. Certain cancers can lead to an elevated monocyte count; these include acute monocytic or myelomonocytic leukemia, chronic myelomonocytic leukemia and a wide variety of myeloid neoplasms.
5. Monocytosis can be associated with some myelodysplastic syndromes that are characterized by abnormal development and function of blood cells in the bone marrow.
6. Certain drugs may also cause monocytosis, such as ampicillin and tetrachloroethane.

Conditions associated with decreased levels of monocytes (monocytopenia)

Monocytopenia is less common that monocytosis but can be associated with a variety of causes, including, aplastic anemia, myelodysplastic syndromes, severe infection due to monocyte recruitment to the site of infection, some nutritional deficiencies (folate) and cancer therapies including chemotherapy and radiotherapy. Some rare congenital disorders like MonoMAC syndrome, caused by mutation in the GATA-2 gene, can lead to severe monocytopenia.

Conditions related to macrophages

1. Macrophage activation syndrome (MAS): MAS is a severe, life-threatening complication of some autoimmune diseases, such as systemic juvenile idiopathic arthritis where an uncontrolled activation and proliferation of macrophages leads to widespread inflammation.
2. Hemophagocytic lymphohistiocytosis (HLH): This life threatening, rare and aggressive disorder is characterized by excessive activation of macrophages and cytotoxic T cells, leading to hyperinflammation. It can be genetic or acquired and may be associated with infections, autoimmune diseases or malignancies.
3. Langerhans cell histiocytosis (LCH): LCH is an idiopathic condition associated with the proliferation of Langerhans cells that can lead to tissue damage throughout the body, including the liver, spleen, bone marrow and eyes.
4. Sarcoidosis: This complex, idiopathic, condition is associated with the accumulation of both activated lymphocytes and macrophages, leading to granulomas throughout the body. It is not normally life threatening but can become chronic.
5. Tumor-associated macrophages (TAMS): Macrophages are capable of infiltrating tumors and, depending upon the subtype, can have both tumor suppressing activity or can promote occurrence, induce metastasis and prevent anti-tumor responses.
6. Chronic inflammatory conditions: Rheumatoid arthritis, systemic lupus erythematosus and IBDs involve chronic inflammation where macrophages are actively participating. They are also involved in the pathology of atherosclerosis.
7. Infections: Infection by certain pathogens can lead to modifications in macrophage function. For example, the human immunodeficiency virus (HIV) infects and affects macrophages, contributing to immune system dysfunction.
8. Niemann-Pick disease (NP): NP refers to a rare group of autosomal recessive metabolic disorders where there is an accumulation of lipids in lysosomes. It is associated with either breakdown or transport of sphingolipids, depending on the type of mutation causing the disease, and causes an accumulation of sphingomyelin in the monocyte/macrophage phagocyte lineage. Clinical signs of disease vary depending upon the type of NP, but include enlargement of the liver and spleen, thrombocytopenia, bone and neurological issues.
9. Gaucher’s disease (GD): GD is a group of rare, autosomal recessive diseases associated with mutations in the glucocerebrosidase enzyme, leading to accumulation of glucosylceramide in macrophages, known as Gaucher cells. These cells can infiltrate and accumulate in various tissues, causing enlargement of the liver and the spleen, displacement of bone marrow, bleeding, skeletal alterations and thrombocytopenia. It has also been associated with Parkinson’s disease.

Historically both monocytes and macrophages were considered to be homogeneous populations of leukocytes tasked with removing invading bodies from our systems. However, more recent data has shed light on the heterogeneity of both monocytes and macrophages, their multiple roles in the innate and adaptive immune responses and multiple homeostatic functions.

Da:

https://www.technologynetworks.com/immunology/articles/monocytes-and-macrophages-macrophage-and-monocyte-function-origin-and-related-conditions-385978