mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-FAF-2713mimmun-2713Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSФиброгенный и фибролитический потенциал различно активированных макрофагов человекаFibrogenic and fibrolytic potential of differently activated human macrophageshttps://orcid.org/0000-0003-0884-0226МаксимоваА. А.MaksimovaA. A.

Максимова Александра Александровна  – кандидат медицинских наук, младший научный сотрудник лаборатории клеточной иммунотерапии

630099, г. Новосибирск, ул. Ядринцевская, 14

Aleksandra A. Maksimova, PhD (Medicine), Junior Research Associate, Laboratory of Cellular Immunotherapy

14 Yadrintsevskaya St  Novosibirsk 630099

parkinson.dses@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3290-7910СахноЛ. В.SakhnoL. V.

Сахно Людмила Васильевна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории клеточной иммунотерапии

Новосибирск

Liudmila V. Sakhno, PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Cellular Immunotherapy

Novosibirsk

lsahno53@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6895-938XОстанинА. А.OstaninA. A.

Останин Александр Анатольевич – доктор медицинских наук, главный научный сотрудник лаборатории клеточной иммунотерапии

Новосибирск

Aleksandr A. Ostanin, PhD, MD (Medicine), Chief Research Associate, Laboratory of Cellular Immunotherapy

Novosibirsk

ostanin62@mail.ruФГБНУ «Научно-исследовательский институт фундаментальной и клинической иммунологии»РоссияResearch Institute of Fundamental and Clinical ImmunologyRussian Federation202301062023253453458Copyright © Максимова А.А., Сахно Л.В., Останин А.А., 20232023Максимова А.А., Сахно Л.В., Останин А.А.Maksimova A.A., Sakhno L.V., Ostanin A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/2713

Макрофаги участвуют в регуляции фиброгенеза и процессе синтеза/деградации внеклеточного матрикса. Одним из способов реализации данной функции является продукция ими фиброгенных и фибролитических факторов, включая фибронектин, ламинин, коллаген, а также протеазы внеклеточного матрикса. Продукция большинства из них хорошо изучена в экспериментальных моделях на животных, однако в отношении макрофагов человека все еще остается много неясностей. Поэтому целью настоящего исследования являлось изучение содержания протеаз внеклеточного матрикса (ММР-2 и MMP-9, катепсина L), их ингибиторов (TIMP-1) и коллагена (I типа) в супернатантах различно активированных макрофагов человека. Нами было проведено сравнение макрофагов, дифференцированных M-CSF или GM-CSF и далее поляризованных в M1 липополисахаридом, в M2a – IL-4 и в M2c – дексаметазоном. Макрофаги получали из моноцитов периферической крови условно здоровых доноров. Содержание ММР, TIMP, катепсина и коллагена определяли с помощью соответствующих наборов иммуноферментного анализа. Согласно полученным результатам, дифференцировочные факторы играют более важное значение для продукции вышеперечисленных веществ по сравнению с поляризующими стимулами (липополисахарид, IL-4, дексаметазон). При этом макрофаги, дифференцированные M-CSF, проявляли преимущественно антифиброгенную активность благодаря выраженной продукции ММР, тогда как GM-CSF-индуцированные культуры, напротив, характеризовались профиброгенными свойствами за счет высокого уровня TIMP-1 и коллагена I типа. M1, M2a и M2c, индуцированные M-CSF, различались только по уровню продукции MMP-2, причем M2a активнее продуцировали данную металлопротеиназу по сравнению с другими подтипами. Среди GM-CSF-дифференцированных макрофагов более высокий уровень продукции TIMP-1 и, в меньшей степени, коллагена I типа был характерен для М1, тогда как супернатанты М2с отличались минимальной концентрацией указанных факторов. Что касается уровня продукции катепсина L, то он был относительно постоянным и не зависел от условий генерации макрофагов (дифференцировочных и поляризующих сигналов). Таким образом, полученные нами данные помогают идентифицировать подтипы макрофагов с антиили профиброгенным потенциалом и могут быть полезны для разработки клеточной терапии заболеваний, связанных с нарушением регуляции фиброгенеза.

Macrophages are involved in the regulation of fibrogenesis and turnover of the extracellular matrix. One way to perform this function is through the production of profibrotic and fibrolytic factors including fibronectin, laminin, collagen, and extracellular matrix proteases. The production of most of them has been well studied in experimental models; however, much remains unclear regarding human macrophages. Therefore, the aim of this study was to study the content of extracellular matrix proteases (MMP-2 and MMP-9, cathepsin L), their inhibitors (TIMP-1), and collagen (type I) in supernatants of differently activated human macrophages. We compared macrophages differentiated by M-CSF or GM-CSF and further polarized in M1 with lipopolysaccharide, in M2a with IL-4, and in M2c with dexamethasone. Macrophages was obtained from peripheral blood monocytes. The content of MMPs, TIMP, cathepsin, and collagen was determined using appropriate ELISA kits. The results obtained demonstrate that differentiation factors are more important for the production of the above factors compared to polarizing stimuli (lipopolysaccharide, IL-4, dexamethasone). Moreover, macrophages differentiated by M-CSF showed predominantly antifibrotic activity because of pronounced MMPs production, while GM-CSF-induced cultures, on the contrary, were characterized by profibrotic properties due to the high level of TIMP-1 and type I collagen. M1, M2a, and M2c, induced by M-CSF, differed only in MMP-2 production, and M2a produced this metalloproteinase more than other subtypes. In the case of GM-CSF-differentiated cells, a higher level of production of TIMP-1 and, to a lesser extent, type I collagen was characteristic of M1, whereas M2c have minimal concentration of them among GM-CSF-induced macrophage subtypes. Concerning the level of cathepsin L production was relatively constant and did not depend on the generation conditions (differentiation and polarizing signals). Thus, the data obtained help to identify macrophage subtypes with anti- or profibrotic potential and may be useful for the development of cell therapy for diseases associated with fibrogenesis dysregulation.

макрофагиматричные металлопротеиназыколлагенкатепсинфиброзантифиброгенная активностьmacrophagesmatrix metalloproteinasecollagencathepsinfibrosisanti-fibrotic activityThis work was financed from the budget of Research Institute of Fundamental and Clinical Immunology (reg. number 122011800324-4)ReferencesAristorena M., Gallardo-Vara E., Vicen M., de Las Casas-Engel M., Ojeda-Fernandez L., Nieto C., Blanco F.J., Valbuena-Diez A.C., Botella L.M., Nachtigal P., Corbi A.L., Colmenares M., Bernabeu C. MMP-12, Secreted by proinflammatory macrophages, targets endoglin in human macrophages and endothelial cells. Int. J. Mol. Sci., 2019, Vol. 20, no. 12, 3107. doi: 10.3390/ijms20123107.Aristorena M., Gallardo-Vara E., Vicen M., de Las Casas-Engel M., Ojeda-Fernandez L., Nieto C., Blanco F.J., Valbuena-Diez A.C., Botella L.M., Nachtigal P., Corbi A.L., Colmenares M., Bernabeu C. MMP-12, Secreted by proinflammatory macrophages, targets endoglin in human macrophages and endothelial cells. Int. J. Mol. Sci., 2019, Vol. 20, no. 12, 3107. doi: 10.3390/ijms20123107.Arpino V., Brock M., Gill S.E. The role of TIMPs in regulation of extracellular matrix proteolysis. Matrix. Biol., 2015, no. 44-46, pp. 247-254.Arpino V., Brock M., Gill S.E. The role of TIMPs in regulation of extracellular matrix proteolysis. Matrix. Biol., 2015, no. 44-46, pp. 247-254.Chi P.L., Cheng C.C., Hung C.C., Wang M.T., Liu H.Y., Ke M.W., Shen M.C., Lin K.C., Kuo S.H., Hsieh P.P., Wann S.R., Huang W.C. MMP-10 from M1 macrophages promotes pulmonary vascular remodeling and pulmonary arterial hypertension. Int. J. Biol. Sci., 2022, Vol. 18, no. 1, pp. 331-348.Chi P.L., Cheng C.C., Hung C.C., Wang M.T., Liu H.Y., Ke M.W., Shen M.C., Lin K.C., Kuo S.H., Hsieh P.P., Wann S.R., Huang W.C. MMP-10 from M1 macrophages promotes pulmonary vascular remodeling and pulmonary arterial hypertension. Int. J. Biol. Sci., 2022, Vol. 18, no. 1, pp. 331-348.Etich J., Koch M., Wagener R., Zaucke F., Fabri M., Brachvogel B. Gene expression profiling of the extracellular matrix signature in macrophages of different activation status: relevance for skin wound healing. Int. J. Mol. Sci., 2019, Vol. 20, no. 20, 5086. doi: 10.3390/ijms20205086.Etich J., Koch M., Wagener R., Zaucke F., Fabri M., Brachvogel B. Gene expression profiling of the extracellular matrix signature in macrophages of different activation status: relevance for skin wound healing. Int. J. Mol. Sci., 2019, Vol. 20, no. 20, 5086. doi: 10.3390/ijms20205086.Hamilton T.A., Zhao C., Pavicic P.G. Jr., Datta S. Myeloid colony-stimulating factors as regulators of macrophage polarization. Front. Immunol., 2014, Vol. 5, 554. doi: 10.3389/fimmu.2014.00554.Hamilton T.A., Zhao C., Pavicic P.G. Jr., Datta S. Myeloid colony-stimulating factors as regulators of macrophage polarization. Front. Immunol., 2014, Vol. 5, 554. doi: 10.3389/fimmu.2014.00554.Huang W.C., Sala-Newby G.B., Susana A., Johnson J.L., Newby A.C. Classical macrophage activation upregulates several matrix metalloproteinases through mitogen activated protein kinases and nuclear factor-κB. PLoS One, 2012, Vol. 7, no. 8, e42507. doi: 10.1371/journal.pone.0042507.Huang W.C., Sala-Newby G.B., Susana A., Johnson J.L., Newby A.C. Classical macrophage activation upregulates several matrix metalloproteinases through mitogen activated protein kinases and nuclear factor-κB. PLoS One, 2012, Vol. 7, no. 8, e42507. doi: 10.1371/journal.pone.0042507.Jager N.A., Wallis de Vries B.M., Hillebrands J.L., Harlaar N.J., Tio R.A. Distribution of matrix metalloproteinases in human atherosclerotic carotid plaques and their production by smooth muscle cells and macrophage subsets. Mol. Imaging. Biol., 2016., Vol. 18, no. 2, pp. 283-291.Jager N.A., Wallis de Vries B.M., Hillebrands J.L., Harlaar N.J., Tio R.A. Distribution of matrix metalloproteinases in human atherosclerotic carotid plaques and their production by smooth muscle cells and macrophage subsets. Mol. Imaging. Biol., 2016., Vol. 18, no. 2, pp. 283-291.Karsdal M.A., Nielsen S.H., Leeming D.J., Langholm L.L., Nielsen M.J., Manon-Jensen T., Siebuhr A., Gudmann N.S., Rønnow S., Sand J.M., Daniels S.J., Mortensen J.H., Schuppan D. The good and the bad collagens of fibrosis – Their role in signaling and organ function. Adv. Drug. Deliv. Rev., 2017, Vol. 121, pp.43-56.Karsdal M.A., Nielsen S.H., Leeming D.J., Langholm L.L., Nielsen M.J., Manon-Jensen T., Siebuhr A., Gudmann N.S., Rønnow S., Sand J.M., Daniels S.J., Mortensen J.H., Schuppan D. The good and the bad collagens of fibrosis – Their role in signaling and organ function. Adv. Drug. Deliv. Rev., 2017, Vol. 121, pp.43-56.Lu Y., Liu S., Zhang S., Cai G., Jiang H., Su H., Li X., Hong Q., Zhang X., Chen X. Tissue inhibitor of metalloproteinase-1 promotes NIH3T3 fibroblast proliferation by activating p-Akt and cell cycle progression. Mol. Cells., 2011, Vol. 31, no. 3, pp. 225-230.Lu Y., Liu S., Zhang S., Cai G., Jiang H., Su H., Li X., Hong Q., Zhang X., Chen X. Tissue inhibitor of metalloproteinase-1 promotes NIH3T3 fibroblast proliferation by activating p-Akt and cell cycle progression. Mol. Cells., 2011, Vol. 31, no. 3, pp. 225-230.Newby A.C. Metalloproteinase production from macrophages – a perfect storm leading to atherosclerotic plaque rupture and myocardial infarction. Exp. Physiol., 2016, Vol. 101, no. 11, pp. 1327-1337.Newby A.C. Metalloproteinase production from macrophages – a perfect storm leading to atherosclerotic plaque rupture and myocardial infarction. Exp. Physiol., 2016, Vol. 101, no. 11, pp. 1327-1337.Roma-Lavisse C., Tagzirt M., Zawadzki C., Lorenzi R., Vincentelli A., Haulon S., Juthier F., Rauch A., Corseaux D., Staels B., Jude B., Van Belle E., Susen S., Chinetti-Gbaguidi G., Dupont A. M1 and M2 macrophage proteolytic and angiogenic profile analysis in atherosclerotic patients reveals a distinctive profile in type 2 diabetes. Diab. Vasc. Dis. Res., 2015, Vol. 12, no. 4, pp. 279-289.Roma-Lavisse C., Tagzirt M., Zawadzki C., Lorenzi R., Vincentelli A., Haulon S., Juthier F., Rauch A., Corseaux D., Staels B., Jude B., Van Belle E., Susen S., Chinetti-Gbaguidi G., Dupont A. M1 and M2 macrophage proteolytic and angiogenic profile analysis in atherosclerotic patients reveals a distinctive profile in type 2 diabetes. Diab. Vasc. Dis. Res., 2015, Vol. 12, no. 4, pp. 279-289.Schnoor M., Cullen P., Lorkowski J., Stolle K., Robenek H., Troyer D., Rauterberg J., Lorkowski S. Production of type VI collagen by human macrophages: a new dimension in macrophage functional heterogeneity. J. Immunol. 2008, Vol. 180, no. 8, pp. 5707-5719.Schnoor M., Cullen P., Lorkowski J., Stolle K., Robenek H., Troyer D., Rauterberg J., Lorkowski S. Production of type VI collagen by human macrophages: a new dimension in macrophage functional heterogeneity. J. Immunol. 2008, Vol. 180, no. 8, pp. 5707-5719.Simões F.C., Cahill T.J., Kenyon A., Gavriouchkina D., Vieira J.M., Sun X., Pezzolla D., Ravaud C., Masmanian E., Weinberger M., Mayes S., Lemieux M.E., Barnette D.N., Gunadasa-Rohling M., Williams R.M., Greaves D.R., Trinh L.A., Fraser S.E., Dallas S.L., Choudhury R.P., Sauka-Spengler T., Riley P.R. Macrophages directly contribute collagen to scar formation during zebrafish heart regeneration and mouse heart repair. Nat. Commun., 2020, Vol. 11, no. 1, p. 600. doi: 10.1038/s41467-019-14263-2.Simões F.C., Cahill T.J., Kenyon A., Gavriouchkina D., Vieira J.M., Sun X., Pezzolla D., Ravaud C., Masmanian E., Weinberger M., Mayes S., Lemieux M.E., Barnette D.N., Gunadasa-Rohling M., Williams R.M., Greaves D.R., Trinh L.A., Fraser S.E., Dallas S.L., Choudhury R.P., Sauka-Spengler T., Riley P.R. Macrophages directly contribute collagen to scar formation during zebrafish heart regeneration and mouse heart repair. Nat. Commun., 2020, Vol. 11, no. 1, p. 600. doi: 10.1038/s41467-019-14263-2.Ucero A.C., Bakiri L., Roediger B., Suzuki M., Jimenez M., Mandal P., Braghetta P., Bonaldo P., Paz-Ares L., Fustero-Torre C., Ximenez-Embun P., Hernandez A.I., Megias D., Wagner E.F. Fra-2-expressing macrophages promote lung fibrosis in mice. J. Clin. Invest., 2019, Vol. 129, no. 8, pp. 3293-3309.Ucero A.C., Bakiri L., Roediger B., Suzuki M., Jimenez M., Mandal P., Braghetta P., Bonaldo P., Paz-Ares L., Fustero-Torre C., Ximenez-Embun P., Hernandez A.I., Megias D., Wagner E.F. Fra-2-expressing macrophages promote lung fibrosis in mice. J. Clin. Invest., 2019, Vol. 129, no. 8, pp. 3293-3309.Zhao X., Chen J., Sun H., Zhang Y., Zou D. New insights into fibrosis from the ECM degradation perspective: the macrophage-MMP-ECM interaction. Cell. Biosci., 2022, Vol. 12, no. 1, 117. doi: 10.1186/s13578-022-00856-w.Zhao X., Chen J., Sun H., Zhang Y., Zou D. New insights into fibrosis from the ECM degradation perspective: the macrophage-MMP-ECM interaction. Cell. Biosci., 2022, Vol. 12, no. 1, 117. doi: 10.1186/s13578-022-00856-w.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.