I macrofagi cardiaci sono cellule dell'immunità innata presenti nel cuore, un organo multicellulare complesso composto da cardiomiociti (che ne costituiscono il 30%) e da altri tipi cellulari, che rappresentano il restante 70% e includono fibroblasti cardiaci, cellule stromali di supporto (detti telociti), cellule endoteliali e cellule muscolari lisce dei vasi sanguigni, cellule staminali e cellule immunitarie come i macrofagi.
Definizione e differenziazione dei macrofagi cardiaci
Queste popolazioni hanno caratteristiche e funzioni distinte e lavorano a stretto contatto per determinare le proprietà strutturali, biochimiche, meccaniche ed elettrofisiologiche essenziali per il mantenimento di un'efficace funzione miocardica. I cardiomiociti sono cellule muscolari responsabili della generazione della forza contrattile; i fibroblasti producono e rimodellano la matrice extracellulare in risposta a stimoli fisiologici o patologici; i telociti sono coinvolti nell'organizzazione tridimensionale del cuore durante le fasi iniziali dello sviluppo embrionale e nell'omeostasi del tessuto cardiaco adulto, le cellule endoteliali formano il rivestimento interno dei vasi sanguigni e delle valvole cardiache; le cellule della difesa innata, come monociti e macrofagi, invece, possono essere grossolanamente suddivise in due popolazioni: i monociti reclutati dal sangue, che sembrano avere un ruolo predominante nella riparazione delle lesioni e i macrofagi residenti, derivati dai progenitori embrionali, che sono coinvolti nell'omeostasi del tessuto cardiaco.
In seguito ad invecchiamento, l'auto-rinnovamento dei macrofagi residenti cardiaci diminuisce e questi ultimi possono essere sostituiti da quelli derivati dai monociti circolanti, anche in assenza di stimoli infiammatori o patologici.
Entrando più nel dettaglio, nell'uomo i macrofagi cardiaci di derivazione embrionale e quelli di derivazione monocitaria possono essere distinti in base all'espressione sulla loro membrana cellulare del recettore per le chemochine di tipo 2 (CCR2): i macrofagi CCR2+, che derivano dai monociti e i macrofagi CCR2-, di origine embrionale. In aggiunta a quanto già menzionato, nel 2014, uno studio focalizzato sulla mappatura dei geni ha messo alla luce il ruolo fondamentale che la presenza del CCR2 gioca nella distinzione tra i macrofagi cardiaci. Quest'ultimi infatti si suddividono in due categorie distinte in base alla presenza o assenza di questo marcatore. I macrofagi cardiaci possono essere di derivazione monocitaria oppure embrionale. Un ulteriore studio svolto nello stesso anno utilizzando la cito-fluorimetria ha portato alla luce che, il cuore sviluppato nella sua interezza trovi al suo interno: Due popolazioni di macrofagi residenti MHC-II oCCR2- e MHC-II hiCCR2- Una popolazione di macrofagi derivati da monociti soprannominata MHC-II hiCCR2+ Una popolazione di monociti MHC-II (oCCR2+) In questo studio si sono dimostrati di particolare interesse i monociti e i macrofagi derivanti dai monociti MHC-II hiCCR2+ perché il cuore in uno stato di danneggiamento li sembrerebbe richiamare in situ. Tutto ciò ha aperto le porte ad ulteriori ricerche svolte ad approfondire le nozioni fino ad allora raccolte su quelle due popolazioni di macrofagi/monociti richiamati in modo selettivo dall'organo cardiaco quando danneggiato Varie tecniche, tra cui il sequenziamento di RNA monocellulare, hanno permesso di suddividere queste due popolazioni in quattro sotto categorie La prima denominata CCR2- indipendente dai monociti TIMD4+LYVE1+MHC-IIloCCR2- La seconda sotto categoria CCR2- in parte rimpiazzato dai monociti TIMD4-LYVE1-MHC-IIhiCCR2− La terza e la quarta chiamate CCR2+MHC-MHC- che risultano essere sottogruppo delle soprastanti ma totalmente mutate in monociti.
Il ligando del recettore CCR2 è la chemochina 2 (CCL2), nota anche come monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1), fondamentale per il reclutamento dei monociti.
Tuttavia, è importante sottolineare che i macrofagi CCR2- e CCR2+ hanno funzioni distinte nel cuore. I macrofagi CCR2-, attraverso i fattori di crescita e le citochine prodotte, sono coinvolti nel rimodellamento tissutale come nella crescita coronarica e nell'espansione vascolare; ad esempio, in seguito a una lesione neonatale dei cardiomiociti, gestiscono la rigenerazione del tessuto cardiaco, il recupero della funzionalità del cuore attraverso la crescita vascolare e la proliferazione dei cardiomiociti. In assenza di questi ultimi il cuore mostrerebbe scarsa capacità rigenerativa.
Le funzioni dei macrofagi CCR2+, invece, non sono state completamente definite dagli studiosi; sappiamo, però, che derivano dai monociti con potenziale pro-infiammatorio e sembra che agiscano durante la fase iniziale dell'infiammazione. Ad esempio, in seguito ad un danno da riperfusione ischemica, i macrofagi CCR2+ contribuiscono al reclutamento dei neutrofili attraverso la produzione di chemochine infiammatorie, come CXCL2 e CXCL5. Questi macrofagi, inoltre, sono anche responsabili del rilascio di IL-1β e IL-18.
I macrofagi, come si è detto in precedenza, sono cellule del sistema immunitario che fanno parte dell'enorme famiglia dei globuli bianchi e che assolvono diversi compiti tra cui quello di digerire detriti cellulari, cellule tumorali o trasformate e tessuti non più funzionali. Tuttavia la loro azione non è limitata alla mera induzione di processi infiammatori quanto anche al loro disinnesco per via del fatto che sono capaci di rilasciare fattori antiinfiammatori, tramite il rilascio di citochine. Oltre ai macrofagi derivanti dai progenitori emopoietici che risiedono nella milza e nel midollo osseo, ne sono stati individuati anche di alcuni che risiedono in territori specifici già dalla nascita e poi mantenuti nell'arco dell'intera vita adulta. Quest'ultimi si ritrovano soprattutto a livello del miocardio che corrisponde alla componente muscolare striata del cuore che forma una sorta di pompa la quale permette all'organo di funzionare. Si devono distinguere due popolazioni in base all'espressione di una particolare molecola recettoriale nota come CCR2.
La manifestazione di CCR2 sul plasmalemma dei monociti non è stabile durante la giornata, ma variabile in base all'ora. La sua espressione condiziona notevolmente il richiamo dei monociti nei vari tessuti, in particolar modo nel cuore. Quando si verifica un'ischemia in una fase attiva del giorno, i monociti sono più propensi all'invasione del tessuto e ciò potrebbe indurre in una flogosi sproporzionata che ha come esito un aumento del rischio di squilibri miocardici. È stato visto che i macrofagi CCR2- entrino qui prima della nascita, durante la maturazione dell'embrione, mentre i CCR+ arrivino dopo le prime settimane. Queste due popolazioni hanno effetti opposti: i CCR2+ iniziano le prime fasi dell'infiammazione e sembrano essere coinvolti nei processi di rimodellamento ventricolare inverso, un processo che segue un evento ischemico. I CCR2- partecipano allo sviluppo delle coronarie e a processi rigenerativi. Per avere un resoconto corretto di tale distinzione, sono state fatte biopsie prima su modelli murrini e poi su pazienti umani con miocardio trapiantato. Ciò che ne è stato tratto è che i CCR2- sono un insieme residente nel tessuto, ripopolato da proliferazione esclusivamente locale. I CCR2+ invece si accrescono grazie al reclutamento di precursori mobili da altri distretti. Le sperimentazioni hanno anche correlato l'insediamento di particolari tipi di macrofagi con la funzionalità stessa del cuore e sul suo rimodellamento ventricolare. Il campione preso in esame consisteva di un gruppo di pazienti con impiantato un dispositivo di assistenza ventricolare che successivamente subivano trapianto. È stata valutata la concentrazione dei macrofagi nei diversi campioni di tessuto ventricolare sinistro primariamente in concomitanza con l'impianto del dispositivo e poi con il trapianto: ne è risultato che il numero di CCR2+ veniva associato ad un beneficio nella funzione sistolica dopo l'impianto dello strumento. I pazienti che presentavano tale miglioramento possedevano percentuali maggiori di macrofagi CCR2+ sia prima sia dopo essere stati sottoposti al dispositivo. Il numero di CCR2+ al momento del prelievo poteva essere correlata a mutazioni nelle dimensioni sistoliche del ventricolo sinistro. Questi risultati inducono a sostenere che la supremazia delle due principali popolazioni di macrofagi del tessuto miocardico, sia correlata alla funzione sistolica e al rimodellamento cardiaco che fa seguito al supporto meccanico della funzione di pompa.
Ricerche suggeriscono che i CCR2- in realtà vadano ad opporre il rimodellamento avverso. Inoltre i CCR2- sono macrofagi che prendono contatto con i cardiomiociti che li circondano, ovvero quelli accanto a loro. Invece i CCR2+, nonostante abbiano un raggio d'azione che si estende nello spazio interstiziale non arrivano a prendere contatto con i cardiomiociti. I CCR2- attraverso una comunicazione, basata su un complesso di adesione focale, comunicano con i cardiomiociti. Inoltre raggiungono il potenziale per l'attivazione della proteina canale per il passaggio del calcio vanilloide 4 (TRPVA). L'attivazione del TRPV4 associato all'allungamento di questi macrofagi CCR2- determina l'espressione del cosiddetto fattore di crescita pro-angiogenico. Tutto ciò concorre ad attutire il rimodellamento avverso del miocardio.
I macrofagi residenti nel cuore in condizioni fisiologiche, oltre ad essere coinvolti nella fagocitosi di batteri, sono responsabili dell'eliminazione delle cellule apoptotiche e dei cardiomiociti invecchiati o morenti. Tuttavia, il ruolo dei macrofagi risulta essere essenziale a seguito di una lesione; in particolare, dopo l'infarto del miocardio i segnali infiammatori reclutano macrofagi e monociti nel sito del danno, dove contribuiscono alla guarigione. La prima fase della guarigione comporta la rimozione del tessuto danneggiato e la secrezione degli enzimi proteolitici, mentre la fase successiva è caratterizzata dal reclutamento/differenziamento dei miofibroblasti, caratterizzati dall'espressione di a-SMA (alpha-smooth muscle actin), dalla deposizione di collagene e dall'angiogenesi.
Un modello sperimentale di infarto del miocardio ha reso possibile l'osservazione del fatto che il numero e il fenotipo dei macrofagi cardiaci sono influenzati dalle condizioni patologiche e infiammatorie. I cardiomiociti stressati possono rilasciare un ampio repertorio di segnali istruttivi capaci di reclutare i monociti del sangue, polarizzare il loro fenotipo e modulare la loro azione. È pertanto evidente che i macrofagi sono cellule di supporto molto importanti per i cardiomiociti e svolgono processi di rimodellamento nel tessuto cardiaco.
Per rimodellamento cardiaco si intende un processo per il quale si assiste ad una modificazione della struttura, volume e funzione del cuore che succedono ad una lesione o carico eccessivo. In alcuni casi può essere un evento fisiologico, come quello che si verifica in seguito ad un'intensa attività fisica, ma molto più frequentemente si tratta di una condizione patologica derivante da sovraccarichi pressori o infarto del miocardio. Il rimodellamento cardiaco precede spesso lo sviluppo di un'insufficienza cardiaca, condizione clinica estremamente complessa derivante da qualsivoglia squilibrio morfo funzionale dell'adeguato riempimento e rilascio della camera ventricolare. In aggiunta alla modifica di forma, volume e struttura dei cardiomiociti, sopraggiungono inoltre cambiamenti che coinvolgono processi molecolari e trascrizionali come la morte per apoptosi e lo sviluppo ingente di fibroblasti cardiaci. Per decenni il sopraggiungere massivo di macrofagi cardiaci a livello del miocardio è stato ipotizzato come una delle cause principali del rimodellamento.