肺胞マクロファージ

一酸化窒素（NO）はげっ歯類における免疫調節の主要な供給源であり、肺胞マクロファージ内の酵素一酸化窒素合成酵素2型（NOS2）によって産生される。^{[ 14 ]} NOは、T細胞増殖に不可欠なインターロイキン-2（IL-2）受容体の産生に関与するキナーゼのチロシンリン酸化を阻害する。 ^{[ 13 ]}しかし、ヒトではNOS2活性の検証が困難であった。^{[ 14 ]}

ヒト誘導型一酸化窒素合成酵素（iNOS）のプロモーターがリポ多糖（LPS）＋インターフェロンγ（IFNγ）によるNO活性化に反応しないことには、2つの説明がある。^{[ 14 ]} 1つ目は、マウスNOS2遺伝子のLPS/IFNγ誘導発現を調節するエンハンサーエレメントのヒト相同体には、不活性化ヌクレオチド変異が多数存在する。2つ目は、NOS2遺伝子の最適な発現に必要な核因子（LPS誘導性核因子κB/Rel複合体）がヒトマクロファージには存在しないためである。^{[ 14 ]} NOS2の検証が困難なのは、げっ歯類のAMと比較して、ヒトAMにおける発現がはるかに厳密に制御されているためであると考えられる。^{[ 14 ]} NOS2は自己調節フィードバックループの一部であり、アレルゲンまたは誘発物質が炎症性サイトカインの産生を刺激し、それがNOの産生を刺激し、NOがサイトカインの産生を下方制御します。^{[ 14 ]}ラットでは、NOは顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（GM-CSF）を介した樹状細胞の成熟を阻害し、ヒトでは、環状GMP依存性メカニズムを介してTNF-αを介したヒト樹状細胞の成熟を阻害します。^{[ 14 ]} NOは炎症部位でのヒト樹状細胞の抗原内在化能力を延長し、抗原特異的免疫応答につながる初期段階を調節します。^{[ 14 ]}

NO産生は喘息の病態に関係していると考えられている。喘息患者では気道上皮細胞におけるiNOSの発現が増加し、呼気中の酸化窒素濃度が上昇している。^{[ 14 ]}

他の多くの免疫調節因子が単離されており、その中で最も重要なのはプロスタグランジンとサイトカインである。PGE2はマクロファージから誘導され、記述された最初の免疫調節物質である。^{[ 14 ]} PGE2は末梢血リンパ球のIL-10転写とタンパク質産生を増幅するだけでなく、マクロファージとT細胞を不活性化する機能も持つ。^{[ 14 ]} PGE2は細胞膜成分であるアラキドン酸から誘導される免疫調節エイコサノイドであり、アラキドン酸カスケード、すなわちシクロオキシゲナーゼとPGE2シンターゼ酵素によるアラキドン酸の連続的な酸素化と異性化によって処理される。^{[ 16 ]} PGE2による標的細胞の調節は、EP1、EP2、EP3、EP4と呼ばれる4つの細胞膜関連Gタンパク質共役Eプロスタノイド（EP）受容体を介したシグナル伝達によって起こる。^{[ 16 ]} PGE2 は、EP2 および EP4 受容体シグナル伝達を介して細胞内環状アデノシン一リン酸 (cAMP) エフェクターの産生を刺激する能力により Fcγ 介在性貪食を阻害し、AM による細菌殺傷および ROI 産生を阻害します。^{[ 11 ] [ 16 ]} EP2 および EP4 受容体は、主に刺激性 G タンパク質 (Gs) を介してシグナル伝達を行い、アデニル酸シクラーゼ (AC) 活性とそれに続く cAMP 形成を増加させます。^{[ 11 ]} cAMP は、2 つの下流エフェクター分子、プロテインキナーゼ A (PKA) および cAMP によって直接活性化される交換タンパク質 (Epac-1 および -2) の活性化を介して複数の細胞機能に影響を与えるセカンドメッセンジャーです。^{[ 11 ]} Epac-1 および PKA は、AM による細菌殺傷の阻害に関与する重要な因子です。^{[ 11 ]} PKAの効果は、多くの細胞タンパク質、特に転写因子であるcAMP応答エレメント結合タンパク質（CREB）のセリンおよびトレオニン残基をリン酸化する能力に由来する。cAMP/PKA/CREB軸はTNF-α放出の阻害を媒介する。^{[ 11 ]} AMによる貪食された細菌の殺傷は、NADPHオキシダーゼを介したROIの放出の減少など、いくつかの異なる殺菌メカニズムに依存している。^{[ 9 ] [ 11 ]} NADPHオキシダーゼによるROIの生成は、FcRを介した貪食後の重要な殺菌メカニズムである。^{[ 11 ]}PGE2は、リガンド結合によりGs共役EP2受容体とEP4受容体の両方を活性化し、cAMP産生を刺激し、続いて下流のcAMPエフェクターであるPKAとEpac-1を活性化します。これらの両方が、NADPHオキシダーゼ成分であるp47phoxのリン酸化とファゴソーム膜への移行を阻害し、呼吸バーストを抑制します。^{[ 11 ]}

IL-4 は、T ヘルパー 2 型 (Th2) 細胞の発達において重要な役割を果たす多機能性サイトカインです。IL-4 は、ナイーブ CD4-T 細胞から成熟 Th2 型細胞への分化、および免疫応答の発達中の IgE および IgG4 への免疫グロブリン (Ig) クラススイッチに重要です。^{[ 17 ] [ 18 ]} Ig は、哺乳類にのみ存在する抗体のクラスであり、補体活性化、貪食のためのオプソニン化、および毒素の中和によって体を保護することにより、アレルギー反応および多くの種類の病原体に対する防御において重要な役割を果たします。^{[ 18 ]}

IL-4とIL-10はどちらも、ヒトAMによるメタロプロテイナーゼ（コラーゲンやその他の細胞外タンパク質を分解するエンドペプチダーゼ）の産生を減少させることが示されている。^{[ 14 ] [ 15 ]} IL-4はマクロファージの生物学的機能に対して、刺激的または抑制的のいずれかである二重の効果を持つ。^{[ 15 ]} IL-4はMHCクラスII抗原（外因性経路の一部としてCD4-T細胞とのみ相互作用する細胞外タンパク質複合体）およびMac-1（自然補体系の一部である表面受容体）の発現を増強し、貪食を促進する。^{[ 15 ]}また、IL-4は、PGE2の産生に重要な酵素であるプロスタグランジンHシンターゼ-2（PGHS-2）の発現を減少させることにより、PGE2の産生を阻害することも示されている。^{[ 14 ]}しかし、IL-4はTNF-α、IL-1、IL-6の産生を阻害する。これらはすべて炎症反応において重要なサイトカインである。^{[ 15 ]}

IL-10 は炎症誘発性サイトカイン TNF-α および INF-γ の分泌を阻害し、T 細胞、NK 細胞、および AM の増殖を抑制します。^{[ 14 ]} IL-10 は TGF-β と同様の免疫調節メカニズムを共有しています。^{[ 14 ]}両方のサイトカインはヒト肺胞マクロファージのアポトーシス率を低下させ、間接的に肺胞マクロファージを介した T 細胞増殖の抑制を増強すると考えられています。^{[ 14 ]}細菌産物による活性化により、アポトーシスの基礎率が著しく増加します。アポトーシスは特にサイトカインの存在によって制御されます。IFNγ はアポトーシス率を増加させますが、IL-10 および TGF-β はそれを減少させます。^{[ 14 ]}しかし、IL-10 は免疫系に対して逆効果であり、実際には外来病原体による感染を促進することが示されています。 IL-10 の細菌および寄生虫感染における役割は、宿主の免疫系を回避する戦略として発見されている。^{[ 19 ]} 肺胞マクロファージの膜を貫通して侵入し、肺胞マクロファージ内で増殖・複製することで、肺胞マクロファージを宿主細胞として利用する細菌が存在する。通常、この感染は、肺胞マクロファージ内の酵素を活性化して細菌を破壊する T 細胞によって排除されるが、これらの細菌は、サイトカインシグナル伝達ネットワークを自分たちに有利なように変化させることが示されている。抑制性サイトカインである IL-10 は、細胞内レジオネラ・ニューモフィラ複製に対する IFNγ の保護効果を完全に逆転させることにより、ヒト肺胞マクロファージおよび単球の感染を促進する。^{[ 19 ]}エルシニア・エンテロコリチカは、Toll様受容体2およびCD14（TLR4を介したLPSシグナル伝達の補助表面タンパク質）を介してIL-10を誘導する病原性抗原LcrVを放出することも示されており、その結果、IFNγおよびTNF-αの抑制が引き起こされる。^{[ 19 ]}

通常の状態では、肺胞マクロファージは肺胞上皮細胞に密着し、αvβ6インテグリンの発現を誘導します。インテグリンは、αサブユニットとβサブユニットから構成される二量体細胞表面受容体であり、TGF-βを活性化します。^{[ 20 ] [ 21 ]} TGF-βは、細胞増殖、アポトーシス、細胞外マトリックス合成、炎症、免疫応答など、さまざまな生物学的プロセスを調節する多機能サイトカインです。^{[ 22 ]} TGF-βは、炎症性サイトカインの産生を抑制することで抗炎症活性を厳密に制御し、Tリンパ球の機能を阻害します。^{[ 23 ]}インテグリンavβ6とavβ8は、潜在型TGF-βを細胞表面に隔離し、そこで活性化は恒常性の維持における環境ストレスに対する細胞応答と密接に結び付けられます。インテグリンはまた、活性化されたTGFβをマクロファージの近傍に局在させます。^{[ 24 ]} 通常、成熟した TGFβ は、その活性を阻害する N 末端断片である潜伏関連ペプチド (LAP) との潜伏複合体として分泌されます。^{[ 22 ]}潜伏複合体は、潜伏 TGF-β 結合タンパク質に結合することによって細胞外マトリックスに共有結合します。^{[ 20 ]} TGF-β は肺でさまざまなメカニズムによって活性化され、最終的には LAP のタンパク質分解または構造変化が関与します。^{[ 24 ]} αvβ6 インテグリンは、インテグリンのリガンド結合部位として機能する TGF-β1 LAP に結合することによって TGF-β の活性化を媒介することができ、これは TGF-β 活性化装置の必須コンポーネントです。^{[ 22 ] [ 25 ]} 活性化されると、TGFβ はマクロファージの機能 (サイトカイン産生と貪食) の抑制につながります。^{[ 22 ]}活性化された TGF-β が肺胞マクロファージに発現する受容体に結合すると、受容体制御型 Small Mothers Against Decapentaplegic (R-SMAD) ホモログ 2 および 3 のリン酸化を含む下流シグナル伝達カスケードが誘導される。^{[ 7 ] [ 22 ] [ 23 ]}リン酸化された SMAD-2 および -3 は、共通メディエーター SMAD 4 (co-SMAD-4) とヘテロマー複合体を形成する。複合体が組み立てられると、インポーチン α/β の助けを借りて核孔を介して核内へ移行する。核内に入ると、これらの複合体は蓄積し、最終的に転写因子として作用し、TGF-β 標的遺伝子の発現を調節する。^{[ 23 ]}したがって、TGF-βシグナル伝達は、細胞表面の受容体から核への直接的な経路を伴う。

Toll様受容体（TLR）は、さまざまな細菌タンパク質を認識できるシグナル伝達PRRです。 ^{[ 10 ]}細菌は宿主の防御機構を回避する手段を進化させてきましたが、TLRを介して自然免疫系の細胞に認識されるリポグリカンやリポタンパク質などのPAMPを発現します。^{[ 10 ]} PAMPがTLRに結合すると、TLRは宿主細胞で炎症反応と防御反応を引き起こし、肺胞マクロファージでアクチン重合を誘導します（エンドサイトーシスと運動性の重要な構成要素）。^{[ 22 ]}肺胞マクロファージでのアクチン重合はインテグリン発現の抑制を引き起こし、その結果、TGF-βの不活性化とSMAD 2/3の基礎リン酸化レベルのダウンレギュレーションが引き起こされます。その結果、肺胞マクロファージが活性化され、肺胞上皮細胞から剥離する^{[ 22 ]} [15]。活性化されたマクロファージは貪食の準備が整い、炎症性サイトカイン（TNF-αおよびIL-6）の分泌を開始する^{[ 22 ] 。}

マクロファージのプライミングには、IFN-γとTNF-αによる呼吸バースト活性の増強が関与している。^{[ 9 ]} IFNγは、マクロファージにおけるNADPHオキシダーゼのNADPHに対する親和性の増加と、gp91phoxタンパク質の遺伝子転写およびメッセンジャー発現の速度の増加の両方を誘導する。^{[ 9 ]} TNF-αは、p47phoxおよびp67phox転写産物の発現を増加させる自己分泌刺激として作用する。呼吸バースト応答中に生成されるROIは、今度はマクロファージによるTNF-αの産生を増強する。^{[ 9 ]}

付随的な損傷を避けるためには、ガス交換をできるだけ早く回復させる必要があるため、活性化リンパ球はIFNγを分泌してマクロファージによるマトリックスメタロプロテアーゼMMP-9の産生を刺激します。^{[ 22 ]} AMは、貪食の阻害に関与する経路であるPGE2依存性PKAシグナル伝達経路を介してMMP-9を部​​分的に産生することが報告されています。^{[ 26 ]} MMP-9は潜在性TGF-βを活性化し、肺胞上皮細胞上のαvβ6インテグリンの発現を再誘導し、それによって肺胞マクロファージを休止状態に戻します。^{[ 7 ] [ 22 ] [ 26 ]} TGF-βの活性化は、その産生が間質線維芽細胞でのコラーゲン合成を刺激し、それが肺胞壁構造の回復に必要であるため有利です。^{[ 22 ]}