単球細胞の概要

単球は1882年にIlya Metchnjkoffにより最初に報告され、それ以来、ヒトの健康と病気において重要な意味を持つことが明らかにされています[1]。単球は、恒常性、病原体感染と除去、および炎症において重要な役割を果たす白血球サブセットです。単球は、マウスでは全白血球の約4%、ヒトでは10%を占めます[2、3]。骨髄中の前駆細胞から産生され発達した後、単球は血管、骨髄、および脾臓の中を循環します。単球は定常状態では増殖しません。通常の発達過程にあるか病原体感染によるものかにかかわらず、単球は末梢組織に遊走すると、樹状細胞またはマクロファージに分化します。可塑性と異質性は、これにより免疫学的因子の変化に応じて機能的表現型を迅速に調整できるため、単球の代表的な特徴です。

単球は単核食細胞系（MPS）のメンバーであり、これはすべての食作用性の高い単核細胞とその前駆体の包括的な分類です[3、4、5]。MPSは、多形核顆粒球以外のすべての骨髄性免疫細胞で構成されています。MPSの細胞の起源と系統は、特異的な細胞マーカーの発現に基づいて前駆体と分化した細胞集団を特定できる多色蛍光活性化細胞選別（FACS）が利用可能になるまで、十分に理解されていませんでした[4、5]。単球分化の最新のモデルでは、骨髄性の限定的な可能性を持つ造血幹細胞（HSC）由来の前駆体から循環血中の単球を得ることを提案しています[4、5]。骨髄における単球分化中のその後のコミットメント段階には、一般的な骨髄前駆体（CMP）、顆粒球マクロファージ前駆体（GMP）、マクロファージおよびDC前駆体（MDP）が関与します（図1）[5、6]。

ヒト単球マーカー

CD14、CD16 (Fcγ RIII)、CD64 (Fcγ RI)、およびケモカイン受容体CD192とCX3CR1の発現により、ヒト末梢血単球集団は3つの異なるサブセット（標準的、中間体、および非標準的）に定義されます（表1）。これらの亜集団は、異なるレベルのHLA-DRおよびCD195、ならびに受容体TNFR1（CD120a）およびTNFR2（CD120b）によりさらに特徴づけることができます。TNFR1の発現は中間体単球で最も高い一方で、TNFR2の発現は非標準的な単球で最も高くなります[5、6、7、8]。

表1.ヒト単球のマーカー。

マウス単球マーカー

マウス単球には、Ly6C、CD11b、およびケモカイン受容体CD192とCX3CR1の細胞表面発現により定義される3つの異なる亜集団（表2）もあります。さらに、高いレベルのCD115発現により、末梢血単球と顆粒球、およびCD11b（Mac-1）も発現するリンパ球が識別されます[5、6、8]。

表2.マウス単球のマーカー。

ケモカインと単球の輸送

CCR2

CCL2（MCP1としても知られる）とCCL7（MCP3としても知られる）は、CCR2に結合し、Ly6C^Bright単球の動員を媒介するCCケモカインです[9、10、12]。CCR2の発現は数種類の細胞に限られるにもかかわらず、ほとんど（すべてではない）の有核細胞は、炎症誘発性サイトカインによる活性化またはさまざまな微生物分子による自然免疫受容体の刺激に応答してCCL2を発現します。多くの感染症ではCCL2が発現し、血清中および炎症組織内でCCL2の循環血中レベルが高くなります。CCL2は二量体になり、組織のグリコサミノグリカンと会合して、単球を感染部位または炎症部位に導く濃度勾配を確立します。このモデルを裏付ける形で、単球の動員は、二量体化またはグリコサミノグリカンとの会合を阻止するCCL2のアミノ酸置換により損なわれます。

CCR1とCCR5

単球はCCR1とCCR5も発現し、これらの受容体は共有リガンドCCL3（MIP1αとしても知られる）やCCL5などさまざまなケモカインに結合します[11、12]。In vitro遊出（血管外移動）アッセイでは次のことが示されています：（1）CCR1は主に剪断流の存在下で単球の停止を媒介する；（2）CCR5は単球“拡散”の要因になる；（3）CCR1とCCR5はどちらも、CCL5に向かう経内皮走化性を支えている。これらの所見は、2つの受容体が単球動員において特殊な役割を果たしていることを示唆しています。表3には、単球動員に関与するケモカイン分子の要約を記載しています。

表3.単球輸送に関与するケモカイン受容体。

接着分子と単球輸送

単球の動員は、白血球の接着と輸送の一般的なパラダイムに従います。これには、ローリング、接着、および遊走が関与します。単球など白血球の遊走は、インテグリンおよび他の接着分子に依存します。マウスのLY6C^Hi単球は、L-セレクチン、P-セレクチン糖タンパク質リガンド1（PSGL1）、リンパ球機能関連抗原1（LFA1、α_Lβ₂インテグリンとしても知られる）、マクロファージ受容体1（MAC1、インテグリンα_Mβ₂としても知られる）、血小板内皮細胞接着分子（PECAM1）、および最晩期抗原4（VLA4、インテグリンα₄β₁としても知られる）を発現します。これらはすべて、白血球の接着と遊走の要因となります[13]。

休止中の真皮血管の内皮細胞に沿ったLY6C^Low単球によるパトロールは、インテグリンLFA1により媒介されます。これに対して、LY6C^Hi単球の早期動員はLFA1欠損に影響されません。これらの結果により、特徴的な単球サブセットの接着の機序は、組織の種類および炎症状態に応じて異なる場合があることが示唆されます[13]。表4には、単球動員に関与する接着分子の要約を記載しています。

表4.単球輸送に関与する接着分子。

単離

ヒト初代単球は、末梢血単核細胞（PBMC）から単離できます。PBMCは、密度勾配遠心によりヒトの血液または末梢白血球パックから単離できます。単球は、Invitrogen Dynabeads無傷ヒト単球キットを使用してPBMCから単離できます。このキットにより、ネガティブ単離によりPBMCから純粋かつ生存可能な単球を単離します。このキットはT細胞、B細胞、NK細胞、樹状細胞、顆粒球、および赤血球を枯渇させる一方で、ネガティブに単離されたヒト単球はサンプル中に残ります。細胞選別機器が利用可能な場合は、CD14、CD64、およびCD192をヒト単球の特異的マーカーとして使用できます。

培養

ヒト初代単球はin vitroで培養できますが、血清またはM-CSFの存在下で培養単球は5日以内にマクロファージに分化し始めるため、注意をしなければなりません。単球は付着細胞と非付着細胞の混合物として増殖し、付着細胞の割合は培地と活性化刺激（添加されている場合）に依存します。自家血清を使用する場合は、5% FBSを添加したGibco Advanced RPMI 1640培地などのRPMI 1640培地をお勧めします。
 

IL-34とCSF-1は、恒常性条件下で単球の分化と生存を促進する一方で、炎症時にはGM-CSFにより制御されます。単球はケモカイン（CCL2、CCL3、CCL5）の濃度勾配に反応して末梢血細胞から組織に遊走し、そこで刺激に応じてマクロファージ、骨髄樹状細胞、または破骨細胞に分化します。単球は、病原体に対する自然免疫応答に不可欠なTNF-α、IL-1β、IL-6、およびIL-8などの炎症誘発性サイトカインの供給源です。マルチプレックスイムノアッセイは、血漿、血清、または細胞培養液中の単球関連サイトカイン産生を測定する効果的な方法をもたらします。Invitrogenマルチプレックスアッセイでは、あらかじめ構成されたパネルの他に、マルチプレックスパネルをカスタム構成するための使いやすいオンライン選択ツールを提供します。

表5：単球の分化、動員、および分泌に関与する重要なサイトカイン。

マルチプレックスイムノアッセイ