Macrophage polarization in degenerative and inflammatory diseases of the nervous system

Makrofagi to komórki efektorowe układu odpornościowego pełniące kluczową rolę w odporności wrodzonej, ale też w utrzymaniu homeostazy i w regeneracji tkanek. Ich charakterystyczną cechą jest duża plastyczność fenotypowa pozwalająca na pełnienie różnych, często przeciwstawnych ról. Taką zmianę fenotypu określono polaryzacją i wyróżniono polaryzację klasyczną (M1) pełniącą głównie rolę prozapalną i w obronie przeciwko patogenom oraz polaryzację alternatywną (M2, w tym podtypy: M2a, M2b, M2c i TAM), która odpowiada za wygaszanie zapalenia i regenerację tkanki. W centralnym układzie nerwowym makrofagami tkankowymi są komórki mikrogleju, a w sytuacjach patologicznych mogą do niego napływać również makrofagi powstałe z monocytów krążących we krwi. Choroby neurodegeneracyjne, autoimmunologiczne i uszkodzenia mechaniczne często są związane z reakcją układu odpornościowego, która może mieć różny wpływ na tkankę nerwową. Do omawianych zagadnień należą: udar niedokrwienny i krwotoczny mózgu, uszkodzenie rdzenia kręgowego, choroba Alzheimera, stwardnienie zanikowe boczne i stwardnienie rozsiane. Większość z tych patologii wiąże się ze specyficznym gradientem czasowym lub przestrzennym i proporcją makrofagów M1 i M2. Zauważono, że makrofagi M1 mogą działać neurotoksycznie przez wysoką produkcję reaktywnych form tlenu i tlenku azotu. Ponadto, ze względu na różnice w produkcji cytokin, czynników wzrostu, przez bezpośrednie oddziaływania międzykomórkowe oraz różną zdolność do fagocytozy, fenotyp makrofagów może wpływać na przeżywalność neuronów i oligodendrocytów, wzrost aksonów, remielinizację oraz szczelność bariery krew-mózg. Zagadnienie wpływu polaryzacji makrofagów/mikrogleju na tkankę nerwową, choć nie w pełni zbadane, jest jednak obiecujące ze względu na to jak wiele może wnieść do rozumienia roli leukocytów w rozwoju chorób i regeneracji układu nerwowego oraz przez swoje potencjalne zastosowanie w opracowywaniu nowych leków.

Macrophages are effector immune cells playing a key role in innate immunity and also in maintaining homeostasis and tissue regeneration. Their characteristic trait is their high phenotypic plasticity allowing them to play different, often opposing roles. This phenotypic switch has been termed ‘polarization’ and distinguished were the following: classical polarization (M1) with a mainly proinflammatory and host-defense related role and alternative polarization (M2 with subtypes: M2a, M2b, M2c and TAM) which is mostly responsible for inflammation resolving and tissue regeneration. Tissue macrophages in the central nervous system are microglial cells, but in pathological situations CNS tissue can also be infiltrated by macrophages derived from blood-circulating monocytes. Neurodegenerative diseases, mechanical injuries and autoimmune diseases are often associated with an immune system response which can exert different effects on the nervous tissue. Described diseases include: ischemic and hemorrhagic stroke, spinal cord injury, Alzheimer’s disease, amyotrophic lateral sclerosis and multiple sclerosis. Most of these pathologies are associated with a certain temporal or spatial gradient and proportions between macrophage phenotypes. M1 macrophages can be neurotoxic through their production of reactive oxygen intermediates and nitric oxide. Moreover, it was observed that through different production of cytokines, growth factors, direct cell-to-cell contact and different ability to phagocyte, macrophage phenotypes can affect neuronal and oligodendrocyte survival, axon growth, remyelination and the blood-brain barrier permeability. This topic, however not yet fully understood, is nevertheless promising as it can help to understand the role of leukocytes in the development of diseases and regeneration in the nervous system and because of the possibility of applying this knowledge to developing new treatments.