2021年7月30日　株式会社ニッピ様　招待セミナー講演演題　「Morphology of Human Macrophages」伊純明寛 [ Macrophage Morphology ] 免疫応答の実行役として重要な役割を担うMacrophage ですが、局在する組織や生理状態によってその機能や形態は大きく異なります。 本日はそんなMacrophage について生理機能にどのような役割を持ち、また疾患によってどのような異常が現れるのか。特にその形態学的な特徴を中心に概説していきたいと思います。

1. The Morphology of Human Macrophages.
2021年7月30日
伊純 明寛
a . i s u m i @ c e l l b i o . i n f o
[ Macrophage Morphology ]
免疫応答の実行役として重要な役割を担う
Macrophageですが、局在する組織や生理状態に
よってその機能や形態は大きく異なります。
本日はそんなMacrophageについて生理機能に
どのような役割を持ち、また疾患によってどのよ
うな異常が現れるのか。特にその形態学的な特徴
を中心に概説していきたいと思います。
株式会社ニッピ様 招待セミナー

2. 目次
1. Macrophageとは何か． p. 03
2. 様々な組織のMacrophageと病態生理との関わり． p. 19
- 血管Mφ p. 20
- Microglia p. 25
- 肺胞Mφ p. 30
- Kupffer細胞 p. 36
- 脂肪組織Mφ p. 41
- 破骨細胞 p. 44
3. 腫瘍特異的な稀少Macrophage． p. 50
- TMFs, Tumor Macrophage Fusion Cells p. 51
- CAMLs, Cancer Associated Macrophage Like Cells p. 53
4. Summary p. 55
p. 2

3. 1．Macrophageとは何か．
p. 3

4. Macrophageとは何か．
Ref.
Cell Signaling Technology (CST)
p. 4

5. Macrophageとは何か．
免疫応答の実行役．
-創傷初期の炎症による集簇
-炎症後の治癒促進
-リンパ球や樹状細胞との協調
創傷初期から治癒まで全般に渡って
中心的かつ多岐に渡る役割．
創傷や異物に応答して集簇する貪食細胞。
Ref.
Semin Immunopathol . 2015 Mar;37(2):131-9. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25398200/
p. 5

6. Phenotype分類．
Phenotype 集簇時期 機能
1型Macrophage (M1φ) 創傷直後から炎症収束まで 異物排除（貪食）、炎症性サイトカイン分泌
2型Macrophage (M2φ) 炎症収束から組織再生まで 組織修復、抗炎症性サイトカイン分泌
Phenotypeによって集簇時期や機能が異なるため、創傷部位の組織が今まさ
に炎症を来しているのか、あるいは組織再生が行われているのか状態を判断す
ることが出来る。
創傷治癒の例
～24 hrs.
好中球の集簇
創傷
～48 hrs.
M1φの集簇 M2φへの転換
炎症 再生
p. 6

7. 生体適合性評価におけるPhenotype鑑別例
インプラントやステントなどのような人工素材を組織へ埋植する生体材料の
開発分野における評価例．
• M1φ集簇が主であれば、埋植物が異物と見做されており、炎症が惹起されて
いることを示す。
⇒ 生体材料として適さない素材。
• M2φ集簇が主であれば、埋植物周囲で組織が再生修復されていることを示す。
⇒ 生体材料として適する素材。
Ref.
Int J Nanomedicine. 2015; 10: 3193–3201. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25995629/
良い生体材料。
炎症を来さず
3 weeksで修復。
p. 7

8. M1⇔M2 Transdifferentiation
どちらの表現型が強いかを示す，あくまで示性的なもの．
明確に固定されているものではない．
グラデーションを描きながら動的に変化していく．
M0
M1
M2b
M2c
M2a
M2d
• 例A．
創傷治癒や腫瘍化におけるM1→M2
• 例B．
感染症や再炎症におけるM2→M1
p. 8

9. Phenotype間の形態学的差異
Ref.
PLoS One. 2017 Aug 17;12(8):e0183572. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28817687/
• M0-Mφ
血管外へ漏れ出た直後のPhenotype．
転がりやすいようMonocyte由来のコロコロした形態を保持．
• M1-Mφ
炎症性Phenotype．
異物を貪食するために手を伸ばした不定形のアメーバ状形態．
• M2-Mφ
組織修復性Phenotype．
傷口を被覆して修復を促進するため接着に適したより延伸的な形態．
M0 M1 M2
p. 9

10. 起源 | Macrophageはどこからやってくるのか？
• 血中をパトロールしていた単核球 (monocyte) が
血管壁を透過してMacrophageへ分化したもの．
- CD11b (+) / F4/80 (-) Mφ
• 発生段階が臓器が出来たころから既に組織特異的に
常在していたもの．
- CD11b (-) / F4/80 (+) Mφ
Myeloid Lineage Mφ
⇒ 骨髄由来
Resident Mφ
⇒ 卵黄嚢および胎児肝細胞由来
p. 10

11. 起源 | Macrophageはどこからやってくるのか？
• 血中をパトロールしていた単核球 (monocyte) が血管壁を透過して
Macrophageへ分化したもの．
- CD11b (+) / F4/80 (-) Myeloid Lineage Mφ
Ref.
J Leukoc Biol . 2015 Sep;98(3):319-32. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26162402/
p. 11

12. 起源 | Macrophageはどこからやってくるのか？
• 発生段階が臓器が出来たころから既に組織特異的に常在していたもの．
- CD11b (-) / F4/80 (+) Resident Mφ
 腎臓，肺胞，脾臓，肝臓，神経，皮膚ランゲルハンス細胞
⇒ 卵黄嚢および胎児肝細胞由来
（幾つかの臓器常在性Mφは循環Monocyteからも補給される．）
Ref.
J Control Release . 2016 Oct 28;240:202-211. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26686082/
p. 12

13. 起源 | 特徴的Marker
CD11b (+)
Myeloid Lineage Mφ
⇒ 骨髄由来
Resident Mφ
⇒ 卵黄嚢および胎児肝細胞由来
F4/80 (+)
どちらもPan-Mφ Markerとして記載されているが，
Originによって発現が異なる点に注意．
p. 13

14. 他の免疫細胞との協調① | 好中球
創傷治癒の例
～24 hrs.
好中球の集簇
創傷
～48 hrs.
M1φの集簇 M2φへの転換
炎症 再生
• 炎症初期に好中球とM1φが共に集簇．
• 相互作用により協調的に炎症を惹起．
p. 14

15. 他の免疫細胞との協調① | 好中球とNETosis誘導
• 創傷へ集簇した好中球が網状クロマチン構造物 NETs,
Neutrophil Extracellular Trapsを放出，バクテリアを絡め取る．
• NETsがFind-Me-SignalとなりMφの集簇を誘導し炎症を惹起．
Ref.
Nat Rev Immunol . 2018 Feb;18(2):134-147. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28990587/
J Cell Biol. 2012 Sep 3;198(5):773-83. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22945932/
p. 15

16. 他の免疫細胞との協調② | Helper T細胞
Ref.
Int J Mol Sci. 2017 Jul 17;18(7):1545. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28714933/
Phenotype 集簇時期 機能
1型Macrophage (M1φ) 創傷直後から炎症収束まで 異物排除（貪食）、炎症性サイトカイン分泌
2型Macrophage (M2φ) 炎症収束から組織再生まで 組織修復、抗炎症性サイトカイン分泌
• 集簇したMφによりサイトカイン分泌．
p. 16

17. 他の免疫細胞との協調② | Helper T細胞
Ref.
Nat Immunol . 2010 Oct;11(10):889-96. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20856220/
Phenotype 集簇時期 機能
1型Macrophage (M1φ) 創傷直後から炎症収束まで 異物排除（貪食）、炎症性サイトカイン分泌
2型Macrophage (M2φ) 炎症収束から組織再生まで 組織修復、抗炎症性サイトカイン分泌
• Mφからのサイトカインを受容したHelper T細胞から更にサイト
カインが分泌され，正のFeedbackによりMφ集簇が加速．
⇒ サイトカインストーム
p. 17

18. 他の免疫細胞との協調
創傷治癒の例
～24 hrs.
好中球の集簇
創傷
～48 hrs.
M1φの集簇 M2φへの転換
炎症 再生
NETosis
TH1 cell
Feedback
TH2 cell
Feedback
• 死細胞の減少
• VEGF, bFGF, HGF, …
p. 18

19. 2．様々な組織のMacrophageと
病態生理との関わり．
p. 19

20. 血管Mφ
p. 20

21. 血管Mφ
Ref.
J Leukoc Biol . 2015 Sep;98(3):319-32. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26162402/
Human Monocytes https://www.monocyte.eu/
• 骨髄由来Monocyteが循環（CD11b (+)）．
• 血管内を転がりやすいようコロコロした形態．
• 血管壁にも組織常在性Mφ（F4/80 (+)）．
David Hockley, NIBSC,
Potters Bar, UK
p. 21

22. 血管Mφと病態生理（動脈硬化, Atheloscrelosis）
Ref.
J Leukoc Biol . 2015 Sep;98(3):319-32. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26162402/
1. 血管壁にプラークが沈着するとMonocyte/Macrophageが貪食。
2. しかしながらプラークはMφが消化しきれず細胞内に蓄積．
3. Mφ死後に未消化のプラークが堆積して増悪．
4. 閉塞性動脈硬化症
p. 22

23. 血管Mφと病態生理（動脈硬化, Atheloscrelosis）
Ref.
Science . 2015 Jul 17;349(6245):237-8. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26185231/
Macrophage集簇の過程で好中球とも相互作用し，
更にMacrophage集簇と未消化脂肪沈着が増悪．
• NETosisを介したMacrophageの集簇加速．
• NETによる結晶化コレステロールの巻き込み・集塊形成．
p. 23

24. 血管Mφと病態生理（動脈硬化, Atheloscrelosis）
Ref.
Atherosclerosis . 2019 Aug;287:100-111. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31247346/
HFD (High Fat Diet)
マウスモデル
1. 血管内皮に脂肪沈着．
2. 貪食細胞の浸潤．
3. 貪食細胞の細胞死と
Necrotic Core周囲への
脂肪沈着増悪．
4. 塞栓形成．
p. 24

25. Microglia
p. 25

26. Microglia
• 神経組織におけるResident Mφ．
• 血液脳関門により免疫細胞が少ない神経組織における防御を担う．
Ref.
Parkinsonsnewstoday https://parkinsonsnewstoday.com/2017/01/20/aberrant-astrocytes-may-lead-parkinsons-other-neurodegenerative-diseases/
• Neuron
興奮伝達
• Oligodendrocytes
支持体
• Astrocyts
隣接血管からNeuronへの
栄養供給とBBB形成
• Microglia
免疫防御
p. 26

27. Microglia
• 定常状態（Ramified型）と炎症状態（Amoeboid型）に分かれる．
• 炎症が惹起されるほど肥厚化する．
Ref.
Geroscience . 2017 Apr;39(2):199-220. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28238188/
J Neuroinflammation . 2015 Jan 20;12:11. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25600517/
Amoeboid型 Ramified型
（参考）ラットモデル
p. 27

28. Microgliaと病態生理（脳梗塞とGlial Scar形成）
• 虚血 (Ischemia) に陥った脳ではM0 (Ramified) から M1 (Amoeboid)
へ転換したMicrogliaがAstrocyteを活性化．
Ref.
Geroscience . 2017 Apr;39(2):199-220. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28238188/
p. 28

29. Microgliaと病態生理（脳梗塞とGlial Scar形成）
• 活性化Astrocyteは線維 (GFAP) 産
生が活発化しながらIschemia領域
へ浸潤．
• 線維症 (Glial Scar) を形成．
• 線維症を融解することは困難．
難治化の原因に．
Ref.
Trends Neurosci . 2009 Dec;32(12):638-47. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19782411/
Proteomics . 2014 Mar;14(4-5):378-98. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24124134/
M0-like (Ramiphied) 型から
M1-like (Amoeboid) 型への
Microgliaの活性化が起点．
p. 29

30. 肺胞Mφ
p. 30

31. 肺胞Macrophage
局在部位によりPhenotypeが異なる．
（引用）メルクマニュアル
集簇部位 Dominant Phenotype
Alveolus (Resident) M2φ (M0φ)
Bronchiole (Resident) M1φ
（Alveolar Mφ）
A. Non-treated resident Mφ．
B. Actibated M1-Mφ
Ref.
Int J Nanomedicine . 2015 Apr 23;10:3115-29. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25960651/
p. 31

32. 肺胞Macrophage
• 肺胞Mφは動かないと思われていた．
• 肺胞の表面積に対して常在Mφの数が少なすぎる．
• 異物排除は主に好中球の役割と思われていた．
• 意外とMφが動き回ることで少ないMφ数でも広い守備範囲を
担っていることが最近判明．
Ref.
Cell . 2020 Oct 1;183(1):110-125.e11. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32888431/
p. 32

33. 肺胞Macrophageと病態生理（COPD）
Ref.
Sci Rep 7, 13392 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-13888-x
（引用）メルクマニュアル
COPDではどちらのPhenotypeも集簇する。
集簇部位 Dominant Phenotype
Alveolus (Resident) M2φ → (COPD) M1φ
Bronchiole (Resident) M1φ → (COPD) M2φ
p. 33

34. 肺胞Macrophageと病態生理（COPD）
Ref.
Sci Rep 7, 13392 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-13888-x
（引用）メルクマニュアル
Alveolar M1φ Recruitment in COPD.
集簇部位 Dominant Phenotype
Alveolus (Resident) M2φ → (COPD) M1φ
Bronchiole (Resident) M1φ → (COPD) M2φ
Normal COPD
▼ CD68+/iNOS- M2φ-like RM, Ⅴ CD68+/iNOS+ M1φ
p. 34

35. 肺胞Macrophageと病態生理（COPD）
Ref.
Sci Rep 7, 13392 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-13888-x
（引用）メルクマニュアル
Alveolar M2φ Recruitment in COPD.
集簇部位 Dominant Phenotype
Alveolus (Resident) M2φ → (COPD) M1φ
Bronchiole (Resident) M1φ → (COPD) M2φ
M1 CD68+/iNOS+ M2 CD163+/arginase-1+
p. 35

36. Kupffer細胞
p. 36

37. Kupffer細胞
Ref.
Annu Rev Biomed Eng . 2019 Jun 4;21:219-239. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31167098/
• 肝臓の血管は中心静脈から広がった類洞 (洞様毛細血管, Sinusoid)．
• 類洞は大きく開孔した有窓構造 (Fenestrae) を持つ．
• Kupffer細胞（クッパー細胞）は類洞に局在する肝臓常在性Mφ．
p. 37

38. Kupffer細胞
Ref.
Chem Soc Rev . 2015 Dec 7;44(23):8576-607. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26390044/
• 有窓構造 (Fenestrae) を持った類洞血管．
• 開孔した血管壁から漏出した様々な物質を貪食することで
肝機能に寄与．
p. 38

39. Kupffer細胞
Ref.
J Autoimmun . 2010 Feb;34(1):15-22. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19744829/
• 血管から漏出したLeukocytesたちとも同居しています．
p. 39

40. Kupffer細胞と病態生理（肝炎）
Ref.
Sci Rep . 2018 Apr 23;8(1):6415. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29686325/
Gut . 2009 Jun;58(6):846-58. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19074178/
• 細胞死に応答してM1-like Kupffer細胞へ分化．
• Kupffer細胞からのサイトカイン分泌．
• 肝星細胞が活性化され，線維化．
• ECM沈着により肝線維症を発症．
(Mouse)
M0-KC
M1-KC
p. 40

41. 脂肪組織Mφ
p. 41

42. 脂肪組織Macrophage
Ref.
Arterioscler Thromb Vasc Biol . 2008 Sep;28(9):1654-9. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18566296/
J Cardiol . 2014 Apr;63(4):250-9. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24355497/
• 健常人では少ないながらM2-Mφが常在．
• 肥満等により特徴的なMφへ分化・集簇．
（王冠状の形態からCLS, Crown-Like Structureと呼ばれる．）
p. 42

43. 脂肪組織Macrophageと病態生理（肥満と糖尿病）
Ref.
Nutr Diabetes . 2012 Mar 5;2(3):e30. doi: 10.1038/nutd.2012.3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23449529/
Int J Mol Sci . 2020 Aug 21;21(17):6030. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32825788/
• 肥満により脂肪細胞の細胞死に応答してM2→M1分化，
Monocyte由来M1-Mφ集簇．
• 脂肪細胞のインスリン抵抗性を惹起して高インスリン
血症を誘導．
• 膵臓のインスリン分泌能低下，II型糖尿病の発症．
p. 43

44. 破骨細胞
p. 44

45. 破骨細胞 (Osteoclast)
Ref.
Eur Cell Mater . 2017 Oct 24;34:291-306. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29064533/
• 骨表面に局在するMonocyte由来Mφ．
• 古くなった骨を貪食・分解することで骨の新陳代謝を担う．
p. 45

46. 破骨細胞 (Osteoclast)
Ref.
Bone Res . 2017 Oct 17;5:17019. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29263936/
Lancet . 2011 Apr 9;377(9773):1276-87. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21450337/
• 骨芽細胞 (Osteoblast) により分化を制御される．
1. Monocyte由来Mφが骨表面へ接着．
2. 骨芽細胞からRANKL, Receptor Activator of NF-κB Ligandの分泌．
3. M1φ膜上のRANKがRANKLの受容体となり、骨芽細胞からのRANKLを受容．
4. 破骨細胞として分化，融合．
⇒ OsteoblastとOsteoclastは量的な拮抗関係．
p. 46

47. 破骨細胞 (Osteoclast)と病態生理（骨パジェット病）
Ref.
Washington University, Case Author(s): Thomas H. Vreeland,MD/J. Wallis , 8/2/94 . Rating: #D2, #Q4 http://gamma.wustl.edu/bs002te148.html
J Oral Pathol . 1981 Aug;10(4):233-47. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6459433/
N Engl J Med . 2002 Jul 18;347(3):175-84. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12124406/
• 破骨細胞と骨芽細胞がともに過度の活性化を来した病態．
• 骨分解と骨再生が極端に加速したリモデリング異常．
p. 47

48. 破骨細胞 (Osteoclast)と病態生理（骨パジェット病）
Ref.
National University of Singapore. https://medicine.nus.edu.sg/pathweb/normal-histology/bone/
Nat Rev Endocrinol . 2015 Nov;11(11):662-71. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26284446/
(Normal Bone) (Paget’s Disease of Bone)
vs
• リモデリングが加速しすぎたために新生骨の整列が追い付かず
大混乱状態のまま過剰発達．
• 外見上の骨サイズは肥厚する反面，脆弱な骨形成．
p. 48

49. 破骨細胞 (Osteoclast)と病態生理（骨パジェット病）
• 正常な破骨細胞は複数のMφが融合した多核巨大細胞．
• 骨パジェット病ではRANKL感受性の過剰応答により，
骨芽細胞からのRANKL応答過剰による細胞融合の過剰亢進．
• 夥しい数のMφ融合の果てに過剰発達した超巨大破骨細胞．
Ref.
J Bone Miner Res . 1998 Jul;13(7):1061-5. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9661069/
p. 49

50. 3．腫瘍特異的な
稀少Macrophage．
p. 50

51. TMFs, Tumor Macrophage Fusion Cells
Ref.
Int J Mol Sci. 2020 Mar 9;21(5):1872. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32182935/
J Thorac Oncol. 2020 Sep;15(9):1460-1471. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32416323/
• TMFs
腫瘍細胞とMacrophageの融合．
50-200 µmにも及ぶ巨大細胞．
1 mL血液あたり数個しか認められない稀少細胞．
p. 51

52. TMFsの発生モデル
Ref.
Oncol Rep 32: 539-547, 2014. https://doi.org/10.3892/or.2014.3264
p. 52

53. CAMLs, Cancer Associated Macrophage Like Cells.
Ref.
PNAS March 4, 2014 111 (9) 3514-3519; https://doi.org/10.1073/pnas.1320198111
• 腫瘍を攻撃するために分化した巨大融合Macrophage．
p. 53

54. CAMLs, Cancer Associated Macrophage Like Cells.
Ref.
PNAS March 4, 2014 111 (9) 3514-3519; https://doi.org/10.1073/pnas.1320198111
• 癌Stage依存的に循環数が増加．
• 腫瘍の新たなサロゲートマーカーとして検討する研究も．
p. 54

55. 4．Summary
p. 55

56. ⚫ 白血球の一種であるMacrophage．
⚫ 炎症だけでなく修復に至るまで広い領域を実行．
⚫ Phenotypeや生理状態に応答して多様な形態的特徴．
⚫見ていて楽しい．
ご静聴ありがとうございました．
SUMMARY
p. 56