Роль аутофагии и поляризации макрофагов в процессах хронического воспаления и регенерации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Причиной многих тяжелых недугов, в том числе диабета, ожирения, остеопороза и нейродегенеративных заболеваний является хроническое воспаление, которое развивается в жировой ткани, костях или головном мозге. Такое воспаление возникает из-за смещения поляризации макрофагов (микроглии) в сторону провоспалительного фенотипа М1. В настоящее время доказано, что поляризацию макрофагов определяет внутриклеточный уровень аутофагии в макрофаге. Модулируя аутофагию, можно вызвать переключение активностей макрофагов в сторону М1 или М2. Обобщив накопленный в литературе материал, мы полагаем, что активация аутофагии репрограммирует макрофаг в сторону М2, заменяя его белковое содержимое, рецепторный аппарат и включая иной тип метаболизма. Термин “репрограммирование” наиболее подходит для этого процесса, поскольку за ним следует смена функциональной активности макрофага, а именно переключение от цитотоксической провоспалительной активности на антивоспалительную (регенеративную). Модуляция аутофагии может быть подходом к терапии онкозаболеваний, нейродегенеративных расстройств, остеопороза, диабета и других тяжелых заболеваний.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Г. Зубова

Институт цитологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: egretta_julia@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. В. Моршнева

Институт цитологии РАН

Email: egretta_julia@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Agrawal I., Jha S. 2020. Mitochondrial dysfunction and Alzheimer’s disease: role of microglia. Front. Aging Neurosci. V. 12. P. 252.
  2. Ahmed B., Sultana R., Greene M.W. 2021. Adipose tissue and insulin resistance in obese. Biomed. Pharmacother. V. 137. P. 111315. https://doi.org /10.1016/j.biopha.2021.111315
  3. Aoki S., Shimizu K., Ito K. 2020. Autophagy-dependent mitochondrial function regulates osteoclast differentiation and maturation. Biochem. Biophys. Res. Commun. V. 527. P. 874.
  4. Azam S., Haque M.E., Kim I.S., Choi D.K. 2021. Microglial turnover in ageing-related neurodegeneration: therapeutic avenue to intervene in disease progression. Cells. V. 10. P. 150.
  5. Blagosklonny M.V. 2011. Progeria, rapamycin and normal aging: recent breakthrough. Aging. V. 3. P. 685.
  6. Blagosklonny M.V. 2018. Does rapamycin slow down time? Oncotarget. V. 9. P. 30210. https://doi.org /10.18632/oncotarget.25788
  7. Cao L., He C. 2013. Polarization of macrophages and microglia in inflammatory demyelination. Neurosci. Bull. V. 29. P. 189.
  8. Carroll B., Dunlop E.A. 2017. The lysosome: a crucial hub for AMPK and mTORC1 signalling. Biochem. J. V. 474. P. 1453.
  9. Chen W., Chen Y., Liu Y., Wang X.J. 2022. Autophagy in muscle regeneration: potential therapies for myopathies. Cachexia Sarcopenia Muscle. V. 13. P. 1673.
  10. Cheng J., Liao Y., Dong Y., Hu H., Yang N., Kong X., Li S., Li X., Guo J., Qin L., Yu J., Ma C., Li J., Li M., Tang B., Yuan Z. 2020. Microglial autophagy defect causes parkinson disease-like symptoms by accelerating inflammasome activation in mice. Autophagy. V. 16. P. 2193–2205. https://doi.org /10.1080/15548627.2020.1719723
  11. Chylikova J., Dvorackova J., Tauber Z., Kamarad V. 2018. M1/M2 macrophage polarization in human obese adipose tissue. Biomed. Pap. Med. Fac. Univ. Palacky Olomouc Czech. Repub. V. 162. P. 79.
  12. Cui X., Morales R.T., Qian W., Wang H., Gagner J.P., Dolgalev I., Placantonakis D., Zagzag D., Cimmino L., Snuderl M., Lam R.H.W., Chen W. 2018. Hacking macrophage-associated immunosuppression for regulating glioblastoma angiogenesis. Biomaterials. V. 161. P. 164.
  13. Davies L.C., Jenkins S.J., Allen J.E., Taylor P.R. 2013. Tissue-resident macrophages. Nat. Immunol. V. 14. P. 986.
  14. Fenn A.M., Henry C.J., Huang Y., Dugan A., Godbout J.P. 2012 Lipopolysaccharide-induced interleukin (IL)-4 receptor-α expression and corresponding sensitivity to the M2 promoting effects of IL-4 are impaired in microglia of aged mice. Brain Behav. Immunol. V. 26. P. 7667.
  15. Florencio-Silva R., Sasso G.R., Simões M.J., Simões R.S., Baracat M.C., Sasso-Cerri E., Cerri P.S. 2017. Osteoporosis and autophagy: what is the relationship? Rev. Assoc. Med. Bras. V. 63. P. 173.
  16. Fujisaka S., Usui I., Nawaz A., Takikawa A., Kado T., Igarashi Y., Tobe K. 2016. M2 macrophages in metabolism. Diabetol. Int. V. 7. P. 342.
  17. Ghosh A.K., Mau T., O’Brien M., Garg S., Yung R. 2016. Impaired autophagy activity is linked to elevated ER-stress and inflammation in aging adipose tissue. Aging (Albany NY). V. 8. P. 2525.
  18. Glick D., Barth S., Macleod K. 2010. Autophagy: cellular and molecular mechanisms. J. Pathol. V. 221. P. 3.
  19. Green D.R., Llambi F. 2015. Cell death signaling. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. V. 7. P. a006080. https://doi.org / 10.1101/cshperspect.a006080
  20. Guo Y., Lin C., Xu P., Wu S., Fu X., Xia W., Yao M. 2016. AGEs induced autophagy impairs cutaneous wound healing via stimulating macrophage polarization to M1 in diabetes. Sci. Rep. V. 6. P. 36416. https://doi.org / 10.1038/srep36416
  21. Guo Y., Feng Y., Cui X., Wang Q., Pan X. 2019. Autophagy inhibition induces the repolarisation of tumour-associated macrophages and enhances chemosensitivity of laryngeal cancer cells to cisplatin in mice. Cancer Immunol. Immunother. V. 68. P. 1909.
  22. Han X., Sun S., Sun Y., Song Q., Zhu J., Song N., Chen M., Sun T., Xia M., Ding J., Lu M., Yao H., Hu G. 2019. Small molecule-driven NLRP3 inflammation inhibition via interplay between ubiquitination and autophagy: implications for Parkinson disease. Autophagy. V. 15. P. 1860.
  23. Hesketh M., Sahin K.B., West Z.E, Murray R.Z. 2017. Macrophage phenotypes regulate scar formation and chronic wound healing. Int. J. Mol. Sci. V. 18. P. 1545. https://doi.org /10.3390/ijms18071545
  24. Jha M.K., Lee W.H. 2016. Functional polarization of neuroglia: Implications in neuroinflammation and neurological disorders. Suk. K. Biochem. Pharmacol. V. 103. P. 1.
  25. Jin M.M., Wang F., Qi D., Liu W.W., Gu C, Mao C.J., Yang Y.P., Zhao Z., Hu L.F., Liu C.F. 2018. A critical role of autophagy in regulating microglia polarization in neurodegeneration. Front. Aging Neurosci. V. 10. P. 378.
  26. Kabeya Y., Mizushima N., Ueno T., Yamamoto A., Kirisako T., Noda T., Kominami E., Ohsumi Y., Yoshimori T. 2000. LC3, a mammalian homologue of yeast Apg8p, is localized in autophagosome membranes after processing. EMBO J. V. 19. P. 5720.
  27. Kametaka S., Okano T., Ohsumi M., Ohsumi Y. 1998. Apg14p and Apg6/Vps30p form a protein complex essential for autophagy in the yeast, Saccharomyces cerevisiae. J. Biol. Chem. V. 273. P. 22284.
  28. Kang Y.H., Cho M.H., Kim J.Y., Kwon M.S., Peak J.J., Kang S.W., Yoon S.Y., Song Y. 2016. Impaired macrophage autophagy induces systemic insulin resistance in obesity. Oncotarget. V. 7. P. 35577.
  29. Kapetanovic R., Bokil N.J., Sweet M.J. 2015. Innate immune perturbations, accumulating DAMPs and inflammasome dysregulation: A ticking time bomb in ageing. Ageing Res. Rev. V. 24. Pt A. P. 40.
  30. Kapoor N., Niu J., Saad Y., Kumar S., Sirakova T., Becerra E., Li X., Kolattukudy P.E. 2015. Transcription factors STAT6 and KLF4 implement macrophage polarization via the dual catalytic powers of MCPIP. J. Immunol. V. 194. P. 6011.
  31. Kawamata T., Kamada Y., Kabeya Y., Sekito T., Ohsumi Y. 2008. Organization of the pre-autophagosomal structure responsible for autophagosome formation. Mol. Biol. Cell. V. 19. P. 2039.
  32. Kawano A., Ariyoshi W., Yoshioka Y., Hikiji H., Nishihara T., Okinaga T. 2019. Docosahexaenoic acid enhances M2 macrophage polarization via the p38 signaling pathway and autophagy. J. Cell Biochem. V. 120. P. 12604–12617.
  33. Klionsky D.J., Abdel-Aziz A.K., Abdelfatah S., Abdellatif M., Abdoli A., Abel S., Abeliovich H., Abildgaard M.H., Abudu Y.P., Acevedo-Arozena A., Adamopoulos I.E., Adeli K., Adolph T.E., Adornetto A., Aflaki E., et al. 2021. Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (4th edition). Autophagy. V. 17. P. 1.
  34. Kuo W.T., Chang J.M., Chen C.C., Tsao N., Chang C.P. 2022. Autophagy drives plasticity and functional polarization of tumor-associated macrophages. IUBMB Life. V. 74. P. 157.
  35. Lee D.E., Bareja A., Bartlett D.B., White J.P. 2019. Autophagy as a therapeutic target to enhance aged muscle regeneration. Cells. V. 8. P. 183.
  36. Lee J.W., Park S., Takahashi Y., Wang H.G. 2010. The association of AMPK with ULK1 regulates autophagy. PLoS. One. V. 5. P. e15394.
  37. Liu K., Zhao E., Ilyas G., Lalazar G., Lin Y., Haseeb M., Tanaka K.E., Czaja M.J. 2015. Impaired macrophage autophagy increases the immune response in obese mice by promoting proinflammatory macrophage polarization. Autophagy. V. 11. P. 271.
  38. Liu R., Cui J., Sun Y., Xu W., Wang Z., Wu M., Dong H., Yang C., Hong S., Yin S., Wang H. 2021. Autophagy deficiency promotes M1 macrophage polarization to exacerbate acute liver injury via Atg5 repression during aging. Cell Death Discov. V. 7. P. 397.
  39. Lu B., Huang L., Cao J., Li L., Wu W., Chen X., Ding C. 2021. Adipose tissue macrophages in aging-associated adipose tissue function. J. Physiol. Sci. V. 71. P. 38.
  40. Mauthe M., Orhon I., Rocchi C., Zhou X., Luhr M., Hijlkema K.J., Coppes R.P., Engedal N., Mari M., Reggiori F. 2018. Chloroquine inhibits autophagic flux by decreasing autophagosome-lysosome fusion. Autophagy. V. 14. P. 1435.
  41. Mazher M., Moqidem Y.A., Zidan M., Sayed A.A., Abdellatif A. 2023. Autophagic reprogramming of bone marrow-derived macrophages. Immunol. Res. V. 71. P. 229.
  42. Metchnikoff E. 1892. Lecons sur la pathologie comparee de L’inflammation. Masson: Paris.
  43. Miron V.E., Boyd A., Zhao J.W., Yuen T.J., Ruckh J.M., Shadrach J.L., van Wijngaarden P., Wagers A.J., Williams A., Franklin R.J.M., Ffrench-Constant C. 2013. M2 microglia and macrophages drive oligodendrocyte differentiation during CNS remyelination. Nat. Neurosci. V. 16. P. 1211.
  44. Moehle M.S., West A.B. 2015. M1 and M2 immune activation in Parkinson’s disease: foe and ally? Neurosci. V. 302. P. 59.
  45. Montaseri A., Giampietri C., Rossi M., Riccioli A., Del Fattore A., Filippini A. 2020. The role of autophagy in osteoclast differentiation and bone resorption function. Biomolecules. V. 10. P. 1398.
  46. Nawaz A., Tobe K. 2019. M2-like macrophages serve as a niche for adipocyte progenitors in adipose tissue. J. Diabetes Investig. V. 10. P. 1394.
  47. Nikodemova M., Small A.L., Kimyon R.S., Watters J.J. 2016. Age-dependent differences in microglial responses to systemic inflammation are evident as early as middle age. Physiol. Genomics. V. 48. P. 336.
  48. Nayak D., Roth T.L., McGavern D.B. 2014. Microglia development and function. Annu. Rev. Immunol. V. 32. P. 367.
  49. Orihuela R., McPherson C.A., Harry G.J. 2016. Microglial M1/M2 polarization and metabolic states. Br. J. Pharmacol. V. 73. P. 649.
  50. Peled M., Fisher E.A. 2014. Dynamic aspects of macrophage polarization during atherosclerosis progression and regression. Front. Immunol. V. 5. P. 579.
  51. Perandini L.A., Chimin P., Lutkemeyer D.D.S, Câmara N.O.S. 2018. Chronic inflammation in skeletal muscle impairs satellite cells function during regeneration: can physical exercise restore the satellite cell niche? FEBS J. V. 285. P. 1973.
  52. Pomilio C., Gorojod R.M., Riudavets M., Vinuesa A., Presa J., Gregosa A., Bentivegna M., Alaimo A., Alcon S.P., Sevlever G., Kotler M.L., Beauquis J., Saravia F. 2020. Microglial autophagy is impaired by prolonged exposure to β-amyloid peptides: evidence from experimental models and Alzheimer’s disease patients. Geroscience. V. 42. P. 613.
  53. Rojas J., Salazar J., Martínez M.S., Palmar J., Bautista J., Chávez-Castillo M., Gómez A., Bermúdez V. 2015. Macrophage heterogeneity and plasticity: impact of macrophage biomarkers on atherosclerosis. Hindawi Publ. Corporation Scientifica. P. 851252. https://doi.org/ 10.1155/2015/851252
  54. Schlundt C., Fischer H., Bucher C.H., Rendenbach C., Duda G.N., Schmidt-Bleek K. 2021.The multifaceted roles of macrophages in bone regeneration: A story of polarization, activation and time. Acta Biomat. V. 133. P. 46.
  55. Serý O., Povová J., Míšek I., Pešák L., Janout V. 2013. Molecular mechanisms of neuropathological changes in Alzheimer’s disease: a review. Folia Neuropathol. V. 51. P. 1.
  56. Singh L.P., Yumnamcha T., Swornalata Devi T. 2018. Mitophagic flux deregulation, lysosomal destabilization and NLRP3 inflammasome activation in diabetic retinopathy: potentials of gene therapy targeting TXNIP and the redox system. Ophthalmol. Res. Rep. V. 3. P. ORRT-126.
  57. Stone A.E.L., Green R., Wilkins C., Hemann E.A., Gale M. 2019. RIG-I-like receptors direct inflammatory macrophage polarization against West Nile virus infection. Jr. Nat. Commun. V. 10. P. 3649.
  58. Su T.T. 2018. Cellular plasticity, caspases and autophagy; that which does not kill us, well, makes us different. Open Biol. 2018. V. 8. P. 180157. https://doi.org /10.1098/rsob.180157
  59. Suzuki K., Akioka M., Kondo-Kakuta C., Yamamoto H., Ohsumi Y. 2013. Fine mapping of autophagy-related proteins during autophagosome formation in Saccharomyces cerevisiae. J. Cell Sci. V. 126. P. 2534.
  60. Urwanisch L., Luciano M., Horejs-Hoeck J. 2021. The NLRP3 inflammasome and its role in the pathogenicity of leukemia. Int. J. Mol. Sci. V. 22. P. 1271. https://doi.org /10.3390/ijms22031271
  61. Van Eijk M., Aerts J.M.F.G. 2021. The unique phenotype of lipid-laden macrophages. Int. J. Mol. Sci. V. 22: P. 4039. https://doi.org /10.3390/ijms22084039
  62. Xue Y., Nie D., Wang L.J., Qiu H.C., Ma L., Dong M.X., Tu W.J., Zhao J. 2021. Microglial polarization: novel therapeutic strategy against ischemic stroke. Aging Dis. V. 12. P. 466.
  63. Yamate J, Izawa T, Kuwamura M. J 2023. Macrophage pathology in hepatotoxicity. Toxicol. Pathol. V. 36. P. 51. https://doi.org /10.1293/tox.2022-0112
  64. Yang L., Xiao L., Gao W., Huang X., Wei F., Zhang Q., Xiao Y. 2021. Macrophages at low-inflammatory status improved osteogenesis via autophagy regulation. Tiss. Eng. Part. A. P. 021.
  65. Yao K., Zhao Y.F. 2018. Aging modulates microglia phenotypes in neuroinflammation of MPTP-PD mice. Exp. Gerontol. V. 111. P. 86.
  66. Yuan Y., Li L., Zhu L., Liu F., Tang X., Liao G., Liu J., Cheng J., Chen Y., Lu Y. 2020. Mesenchymal stem cells elicit macrophages into M2 phenotype via improving transcription factor EB-mediated autophagy to alleviate diabetic nephropathy. Stem Cells. V. 38. P. 639.
  67. Zhang Q., Sioud M. 2023. Tumor-associated macrophage subsets: shaping polarization and targeting. Int. J. Mol. Sci. V. 24: 7493.
  68. doi: 10.3390/ijms24087493
  69. Zubova S.G., Suvorova I.I., Karpenko M.N. 2022. Macrophage and microglia polarization: focus on autophagy-dependent reprogramming. Front Biosci. (Schol Ed). V. 14: 3. doi: 10.31083/j.fbs1401003

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Иллюстрация классической М1 (провоспалительной) и альтернативной М2 (антивоспалительной) активации макрофагов. Рапамицин – иммунодепрессант, полученный из Streptomyces hygroscopicus, активатор аутофагии (АФ), его мишенью является киназный белковый комплекс mTORС1; ресвератрол – природный фитоалексин, активатор аутофагии: хлорохин – препарат из группы 4-аминохинолина, ингибитор аутофагии, блокирует связывание аутофагосомы с лизосомой. Для провоспалительного фенотипа макрофагов характерен гликолиз, а для антивоспалительного фенотипа – окислительное фосфорилирование. Классически активированные макрофаги секретируют провоспалительные цитокины (IL6, IL1α, IL1β, IL12, TNFα) при активации рецепторов, в частности к липополисахариду (ЛПС) и IFNγ. Классически активированные макрофаги синтезируют активные формы кислорода (АФК). Альтернативно активированные макрофаги секретируют противовоспалительные цитокины (IL4, IL10, IL12, TGFβ) при активации рецепторов, например, к IL4, IL13, IL10

Скачать (214KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Регуляторные пути аутофагии. Аутофагия (АФ) активируется в отсутствие ростовых факторов, например в условиях голодания. АФ ингибируется усилением передачи сигналов фактора роста через группу PI3-киназ класса I и Akt, чтобы стимулировать активность mTORС1 посредством ингибирования комплекса TSC1/TSC2 и повышения активности ГТФазы Rheb. Процесс АФ начинается с образования фагофоры. Его негативно регулирует протеинкиназа mTORС1 серин-треониновой специфичности. При недостатке питательных веществ mTORC1 диссоциирует от комплекса ULK1, и ULK1 активируется и фосфорилирует FIP200, что служит причиной образования фагофоры; образуется преинициаторный комплекс, состоящий из ULK1, FIP200 и Atg13. Сборка этого комплекса необходима для активации комплекса инициации (Beclin 1, VPS15 и VPS34, который генерирует PI3P и рекрутирует Atg7 на поверхность фагофоры). В результате активируются две системы конъюгации с участием белков семейства Atg (Atg5, Atg7, Atg10, Atg12 и др.) Эти белковые взаимодействия необходимы для замыкания и созревания аутофагосомы. Затем белок LC3-I образует комплекс с фосфатидилэтаноламином (PE) и генерирует форму LC3-II, которая связана с внешней и внутренней мембраной аутофагосомы. Это необходимо для слияния с лизосомой образованной аутофагосомы. Затем содержание аутофаголизосомы деградирует. В присутствии питательных веществ киназа mTORC1 может фосфорилировать транскрипционный фактор TFEB и ингибировать его активность, но TFEB становится гипофосфорилированным и локализуется в ядре, когда уровень питательных веществ и энергии низок. Будучи в ядре, TFEB активирует лизосомные и аутофагические гены

Скачать (564KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах