Біологічні системи: теорія та інновації

Сигнальні шляхи макрофагів та їх регуляція факторами клітинного мікрооточення

Ангеліна Андрющенко
Завантажити статтю
Анотація

Макрофаги є ключовими клітинами вродженого імунітету, що відіграють важливу роль у регуляції запальної відповіді, процесах репарації тканин та розвитку різних патологічних станів, зокрема онкологічних і хронічних запальних захворювань. Функціональна активність макрофагів значною мірою визначається сигналами мікрооточення, включаючи цитокіни, гормони, фактори росту та патоген-асоційовані молекулярні структури. Метою роботи було узагальнення сучасних наукових даних щодо молекулярних механізмів регуляції функціональної активності макрофагів під впливом факторів мікрооточення та аналіз взаємодії сигнальних шляхів, що визначають їхню поляризацію і функціональну пластичність. У роботі проаналізовано результати сучасних досліджень, присвячених регуляції сигнальних каскадів макрофагів за участю цитокінів Th1- та Th2-типу, глюкокортикоїдів, трансформувального фактора росту β (TGF-β), а також сигнальних шляхів, активованих патоген-асоційованими молекулярними структурами. Показано, що активація рецепторних комплексів, зокрема TLR4, запускає складні сигнальні каскади, пов’язані з активацією транскрипційного фактора NF-κB та MyD88-залежних механізмів передачі сигналу. Встановлено, що взаємодія різних сигнальних молекул може призводити як до синергічних, так і до антагоністичних ефектів, що впливають на експресію генів, пов’язаних із запальною відповіддю, клітинною адгезією та метаболізмом ліпідів. Отримані узагальнені дані підтвердили концепцію континууму функціональних станів макрофагів, згідно з якою ці клітини здатні змінювати свій фенотип залежно від умов мікрооточення. Ці результати підкреслили важливість вивчення механізмів взаємодії між різними сигналами мікрооточення для розуміння регуляції макрофагальних функцій. Практична цінність роботи полягає у систематизації сучасних уявлень про механізми регуляції макрофагів, що може бути використано для подальших досліджень молекулярних основ імунної відповіді, а також для розробки нових підходів до терапії запальних, аутоімунних та онкологічних захворювань

Ключові слова

імунна відповідь; TGF-β; цитокіни; пухлина; фактори росту

ЦИТУВАТИ
Andriushchenko, A. (2026). Macrophage signalling pathways and their regulation by cellular microenvironment factors. Biological Systems: Theory and Innovation, 17(1), 67-77. https://doi.org/10.31548/biologiya/1.2026.67
Використані джерела
  1. Abaricia, J.O., Shah, A.H., Chaubal, M., Hotchkiss, K.M., & Olivares-Navarrete, R. (2020). Wnt signaling modulates macrophage polarisation and is regulated by biomaterial surface properties. Biomaterials, 243, article number 119920. doi: 10.1016/j.biomaterials.2020.119920.
  2. Bai, X., Guo, Y.R., Zhao, Z.M., Li, X.Y., Dai, D.Q., Zhang, J.K., Li, Y.S., & Zhang, C.D. (2025). Macrophage polarization in cancer and beyond: From inflammatory signaling pathways to potential therapeutic strategies. Cancer Letters, 625, article number 217772. doi: 10.1016/j.canlet.2025.217772.
  3. Boutilier, A.J., & Elsawa, S.F. (2021). Macrophage polarization states in the tumor microenvironment. International Journal of Molecular Sciences, 22(13), article number 6995. doi: 10.3390/ijms22136995.
  4. Chen, C., et al. (2025). Orchestration of macrophage polarization dynamics by fibroblast-secreted exosomes during skin wound healing. Journal of Investigative Dermatology, 145(1), 171-184. doi: 10.1016/j.jid.2024.05.007.
  5. Chen, C., Liu, T., Tang, Y., Luo, G., Liang, G., & He, W. (2023). Epigenetic regulation of macrophage polarization in wound healing. Burns & Trauma, 11, article number tkac057. doi: 10.1093/burnst/tkac057.
  6. Chen, X. (2022). Advances in the study of macrophage polarization in wound healing. Frontiers in Medical Science Research, 4(6). doi: 10.25236/FMSR.2022.040601.
  7. Eming, S.A., Murray, P.J., & Pearce, E.J. (2021). Metabolic orchestration of the wound healing response. Cell Metabolism, 33(9), 1726-1743. doi: 10.1016/j.cmet.2021.07.017.
  8. Gans, M.D., & Gavrilova, T. (2020). Understanding the immunology of asthma: Pathophysiology, biomarkers, and treatments for asthma endotypes. Paediatric Respiratory Reviews, 36, 118-127. doi: 10.1016/j.prrv.2019.08.002.
  9. Gao, X., Lu, C., Miao, Y., Ren, J., & Cai, X. (2023). Role of macrophage polarisation in skin wound healing. International Wound Journal, 20(7), 2551-2562. doi: 10.1111/iwj.14119.
  10. Gauthier, T., et al. (2023). TGF-β uncouples glycolysis and inflammation in macrophages and controls survival during sepsis. Science Signaling, 16(797), article number eade0385. doi: 10.1126/scisignal.ade0385.
  11. He, P., Dai, M., Li, Z., Wang, X., Liu, H., He, Y., & Jiang, H. (2024). Effect of connexin 43 in LPS/IL-4-induced macrophage M1/M2 polarization: An observational study. Medicine, 103(15), article number e37811. doi: 10.1097/MD.0000000000037811.
  12. Hirani, D., et al. (2022). Macrophage-derived IL-6 trans-signalling as a novel target in the pathogenesis of bronchopulmonary dysplasia. The European Respiratory Journal, 59(2), article number 2002248. doi: 10.1183/13993003.02248-2020.
  13. Kashfi, K., Kannikal, J., & Nath, N. (2021). Macrophage reprogramming and cancer therapeutics: Role of iNOS-Derived NO. Cells, 10(11), article number 3194. doi: 10.3390/cells10113194.
  14. Koncz, G., Jenei, V., Tóth, M., Váradi, E., Kardos, B., Bácsi, A., & Mázló, A. (2023). Damage-mediated macrophage polarization in sterile inflammation. Frontiers in Immunology, 14, article number 1169560. doi: 10.3389/fimmu.2023.1169560.
  15. Li, R., Huang, J., Wei, Y., Wang, Y., Lu, C., Liu, J., & Ma, X. (2024). Nanotherapeutics for macrophage network modulation in tumor microenvironments: Targets and tools. International Journal of Nanomedicine, 19, 13615-13651. doi: 10.2147/IJN.S491573.
  16. Li, Y., He, Y., Miao, K., Zheng, Y., Deng, C., & Liu, T.M. (2020). Imaging of macrophage mitochondria dynamics in vivo reveals cellular activation phenotype for diagnosis. Theranostics, 10(7), 2897-2917. doi: 10.7150/thno.40495.
  17. Lin, H., Zhou, J., He, Y., Zhu, Y., Chen, P., Yan, H., Huang, J., Gong, E., & Wang, X. (2025). MicroRNA: Role in macrophage polarisation and colorectal cancer pathogenesis. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 13, article number 1619526. doi: 10.3389/fcell.2025.1619526.
  18. Lin, Y.H., Wang, Y.H., Peng, Y.J., Liu, F.C., Lin, G.J., Huang, S.H., Sytwu, H.K., & Cheng, C.P. (2020). Interleukin 26 skews macrophage polarization towards m1 phenotype by activating cJUN and the NF-κB pathway. Cells, 9(4), article number 938. doi: 10.3390/cells9040938.
  19. Liu, L., Stokes, J.V., Tan, W., & Pruett, S.B. (2022). An optimized flow cytometry panel for classifying macrophage polarization. Journal of Immunological Methods, 511, article number 113378. doi: 10.1016/j.jim.2022.113378.
  20. Locati, M., Curtale, G., & Mantovani, A. (2020). Diversity, mechanisms, and significance of macrophage plasticity. Annual Review of Pathology, 15, 123-147. doi: 10.1146/annurev-pathmechdis-012418-012718.
  21. Moin, A.S.M., Sathyapalan, T., Diboun, I., Atkin, S.L., & Butler, A.E. (2021). Identification of macrophage activation-related biomarkers in obese type 2 diabetes that may be indicative of enhanced respiratory risk in COVID-19. Scientific Reports, 11(1), article number 6428. doi: 10.1038/s41598-021-85760-y.
  22. Muñoz, J., Akhavan, N.S., Mullins, A.P., & Arjmandi, B.H. (2020). Macrophage polarization and osteoporosis: A review. Nutrients, 12(10), article number 2999. doi: 10.3390/nu12102999.
  23. Nakagome, K., & Nagata, M. (2024). The possible roles of IL-4/IL-13 in the development of eosinophil-predominant severe asthma. Biomolecules, 14(5), article number 546. doi: 10.3390/biom14050546.
  24. O’Brien, E.M., & Spiller, K.L. (2022). Pro-inflammatory polarization primes macrophages to transition into a distinct M2-like phenotype in response to IL-4. Journal of Leukocyte Biology, 111(5), 989-1000. doi: 10.1002/JLB.3A0520-338R.
  25. Oliver, M.A., Davis, X.D., & Bohannon, J.K. (2024). TGFβ macrophage reprogramming: A new dimension of macrophage plasticity. Journal of Leukocyte Biology, 115(3), 411-414. doi: 10.1093/jleuko/qiae001.
  26. Palmieri, E.M., McGinity, C., Wink, D.A., & McVicar, D.W. (2020). Nitric oxide in macrophage immunometabolism: Hiding in plain sight. Metabolites, 10(11), article number 429. doi: 10.3390/metabo10110429.
  27. Peng, H., Xian, D., Liu, J., Pan, S., Tang, R., & Zhong, J. (2020). Regulating the polarization of macrophages: A promising approach to vascular dermatosis. Journal of Immunology Research, 2020, article number 8148272. doi: 10.1155/2020/8148272.
  28. Pizzurro, G.A., & Miller-Jensen, K. (2023). Reframing macrophage diversity with network motifs. Trends in Immunology, 44(12), 965-970. doi: 10.1016/j.it.2023.10.009.
  29. Sanin, D.E., et al. (2022). A common framework of monocyte-derived macrophage activation. Science Immunology, 7(70), article number eabl7482. doi: 10.1126/sciimmunol.abl7482.
  30. Scopelliti, F., Caterina, C., Valentina, D., Gianfranco, C., Concetta, M., & Andrea, C. (2021). Platelet lysate converts M (IFNγ+LPS) macrophages in CD206+ TGF-β+ arginase+ M2-like macrophages that affect fibroblast activity and T lymphocyte migration. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 15(9), 788-797. doi: 10.1002/term.3229.
  31. Scott, T.E., Lewis, C.V., Zhu, M., Wang, C., Samuel, C.S., Drummond, G.R., & Kemp-Harper, B.K. (2023). IL-4 and IL-13 induce equivalent expression of traditional M2 markers and modulation of reactive oxygen species in human macrophages. Scientific Reports, 13(1), article number 19589. doi: 10.1038/s41598-023-46237-2.
  32. Sim, S.L., Blumenthal, A., Kaur, S., & Khosrotehrani, K. (2022). Myeloid Wls expression is dispensable for skin wound healing and blood vessel regeneration. Frontiers in Endocrinology, 13, article number 957833. doi: 10.3389/fendo.2022.957833.
  33. Song, J., Wu, Y., Chen, Y., Sun, X., & Zhang, Z. (2024). Epigenetic regulatory mechanism of macrophage polarization in diabetic wound healing. Molecular Medicine Reports, 31, article number 2. doi: 10.3892/mmr.2024.13367.
  34. Strizova, Z., Benesova, I., Bartolini, R., Novysedlak, R., Cecrdlova, E., Foley, L.K., & Striz, I. (2023). M1/M2 macrophages and their overlaps – myth or reality? Clinical Science, 137(15), 1067-1093. doi: 10.1042/CS20220531.
  35. Volkova, M.V., et al. (2023). Tissue-Oxygen-adaptation of bone marrow-derived mesenchymal stromal cells enhances their immunomodulatory and pro-angiogenic capacity, resulting in accelerated healing of chemical burns. International Journal of Molecular Sciences, 24(4), article number 4102. doi: 10.3390/ijms24044102.
  36. Wu, M.M., Wang, Q.M., Huang, B.Y., Mai, C.T., Wang, C.L., Wang, T.T., & Zhang, X.J. (2021). Dioscin ameliorates murine ulcerative colitis by regulating macrophage polarization. Pharmacological Research, 172, article number 105796. doi: 10.1016/j.phrs.2021.105796.
  37. Xia, T., et al. (2023). Advances in the study of macrophage polarization in inflammatory immune skin diseases. Journal of Inflammation, 20(1), article number 33. doi: 10.1186/s12950-023-00360-z.
  38. Xia, Y., Inoue, K., Du, Y., Baker, S.J., Reddy, E.P., Greenblatt, M.B., & Zhao, B. (2022). TGFβ reprograms TNF stimulation of macrophages towards a non-canonical pathway driving inflammatory osteoclastogenesis. Nature Communications, 13(1), article number 3920. doi: 10.1038/s41467-022-31475-1.
  39. Zhang, J., Liu, X., Wan, C., Liu, Y., Wang, Y., Meng, C., Zhang, Y., & Jiang, C. (2020). NLRP3 inflammasome mediates M1 macrophage polarization and IL-1β production in inflammatory root resorption. Journal of Clinical Periodontology, 47(4), 451-460. doi: 10.1111/jcpe.13258.
  40. Zhang, J., Wang, C., & Dong, X. (2025). METTL14-mediated m6A methylation promotes macrophage M2 polarization via YTHDF1-Socs1 axis to accelerate skin wound healing. European Journal of Medical Research, 30, article number 813. doi: 10.1186/s40001-025-03056-7.
  41. Zhang, K., & Jagannath, C. (2025). Crosstalk between metabolism and epigenetics during macrophage polarization. Epigenetics & Chromatin, 18, article number 16. doi: 10.1186/s13072-025-00575-9.
  42. Zhu, Y., Chen, X., Lu, Y., Xia, L., Fan, S., Huang, Q., Liu, X., & Peng, X. (2022). Glutamine mitigates murine burn sepsis by supporting macrophage M2 polarization through repressing the SIRT5-mediated desuccinylation of pyruvate dehydrogenase. Burns & Trauma, 10, article number tkac041. doi: 10.1093/burnst/tkac041.