張妮，梁世倩，高春辰，秦鴻雁

(1. 西安醫(yī)學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部，西安 710021；2. 空軍軍醫(yī)大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)遺傳與發(fā)育生物學(xué)教研室，西安 710032)

組織定居巨噬細(xì)胞(tissue-resident macrophage, TRM)分布于機(jī)體各類組織，其中有肺臟中肺泡巨噬細(xì)胞(alveolar macrophage, AM)、肝臟中Kupffer細(xì)胞(kupffer cell, KC)、骨組織中破骨細(xì)胞、腦組織中小膠質(zhì)細(xì)胞和表皮中朗格漢斯細(xì)胞等。TRM在維持組織穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用，其與機(jī)體感染、纖維化和腫瘤等疾病的發(fā)生發(fā)展也密切相關(guān)[1-2]。研究TRM起源、分化及功能對(duì)機(jī)體生長發(fā)育、疾病治療和預(yù)防等都十分重要。因此，文章將針對(duì)上述問題及TRM與器官纖維化的關(guān)系展開綜述，以期為特異性靶向巨噬細(xì)胞診斷和治療疾病提供新視角和新策略。

1 TRM的起源

長期以來，單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)理論被人們廣為接受，TRM被認(rèn)為是由骨髓來源的單核細(xì)胞分化而來。而近期通過細(xì)胞命運(yùn)示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)，TRM是一群具有起源異質(zhì)性的免疫細(xì)胞[3]。

1.1 卵黃囊來源的TRM近期通過遺傳譜系示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)，小鼠TRM主要由卵黃囊生血內(nèi)皮產(chǎn)生的早期和晚期紅系-髓系前體細(xì)胞(erythromyeloid progenitor，EMP)分化而來[1，3-5]。胚胎D7.5時(shí)，卵黃囊生血內(nèi)皮產(chǎn)生早期EMP，其高表達(dá)集落刺激因子1受體(colony stimulating factor 1 receptor，CSF-1R)，同時(shí)低表達(dá)c-Myb，其不經(jīng)歷單核細(xì)胞階段直接分化成TRM，如腦小膠質(zhì)細(xì)胞、皮膚朗格漢斯細(xì)胞和肝臟KC等。胚胎D8.5時(shí)，卵黃囊生血內(nèi)皮產(chǎn)生晚期EMP，其高表達(dá)c-Myb而低表達(dá)CSF-1R。到胚胎D9.5，小鼠的外周循環(huán)一旦建立，c-Myb+EMP遷移至小鼠胎肝，形成多個(gè)譜系的前體細(xì)胞，如胎肝單核細(xì)胞。胚胎D13.5～D14.5，胎肝單核細(xì)胞受到質(zhì)膜囊泡相關(guān)蛋白的調(diào)控進(jìn)入外周血循環(huán)分化形成除腦小膠質(zhì)細(xì)胞以外的其他TRM。

1.2 出生后TRM的更新靜息狀態(tài)下，TRM主要依靠增殖自我更新[3-6]，很少有骨髓源性血液?jiǎn)魏思?xì)胞替代補(bǔ)充。然而，集落刺激因子2受體β(colony stimulating factor 2 receptor beta，CSF2Rβ)基因敲除的小鼠AM缺如，移植骨髓來源巨噬細(xì)胞(bone marrow-derived macrophage，BMDM)后可分化形成AM并至少維持1年，從而緩解小鼠肺泡蛋白沉積癥的肺部和全身癥狀。van de Laar L等[7]研究發(fā)現(xiàn)，CSF2Rβ-/-小鼠移植的卵黃囊、胎肝、BMDM前體細(xì)胞都可以分化成幾乎完全相同的AM，它們有相似的增殖和自我更新能力[7]。但是，移植其他臟器的TRM則不能形成AM。同樣，肝臟KC缺如的情況下，骨髓來源的單核細(xì)胞可分化形成這類細(xì)胞[8]。這些研究結(jié)果表明，在TRM缺如的情況下，骨髓等不同來源的前體巨噬細(xì)胞可替代補(bǔ)充前者。據(jù)此，巨噬細(xì)胞龕的概念被提出：在胚胎發(fā)育過程中，各組織器官中的巨噬細(xì)胞龕隨著臟器的發(fā)育而逐漸形成；成年后，各組織器官不再生長，其巨噬細(xì)胞龕也趨于穩(wěn)定，但不同來源的巨噬細(xì)胞前體均具有發(fā)育成為TRM的潛力。但是，在靜息狀態(tài)下，組織中的巨噬細(xì)胞龕充盈時(shí)，單核細(xì)胞不會(huì)向TRM分化，其依靠增殖自我更新。在炎癥或者巨噬細(xì)胞缺如的情況下，組織中巨噬細(xì)胞龕空余，骨髓來源的單核細(xì)胞等會(huì)被募集至各組織器官形成TRM[9]。因此，在炎癥或巨噬細(xì)胞缺如的情況下，2種來源的TRM共同存在于受損組織中[9-10]。

2 局部微環(huán)境對(duì)TRM分化的調(diào)控

個(gè)體發(fā)育信號(hào)和組織微環(huán)境可通過表觀遺傳修飾及染色質(zhì)開放調(diào)控元件共同調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的分化[11]。PU.1作為先驅(qū)轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄因子CEBP、MAF和MAFB共同決定了巨噬細(xì)胞的分化。同時(shí)，巨噬細(xì)胞的分化和功能受組織微環(huán)境因素如細(xì)胞因子和代謝產(chǎn)物影響，它們?cè)诮M織特定的微環(huán)境中產(chǎn)生并驅(qū)動(dòng)TRM特定轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)(表1)，調(diào)控和維持TRM穩(wěn)態(tài)[1，12]，例如CSF-1。大多數(shù)巨噬細(xì)胞高表達(dá)CSF-1R，敲除CSF-1后小鼠TRM數(shù)量大幅減少[13]。應(yīng)用單抗阻斷小鼠CSF-1R后，Ly6Chi單核細(xì)胞略減少，但幾乎檢測(cè)不到Ly6Clo單核細(xì)胞。其他細(xì)胞因子如IL-34、GM-CSF和TGF-β也可維持特定TRM的正常發(fā)育[14-15]。除了細(xì)胞因子，組織代謝產(chǎn)物如脂肪酸、血紅素和膽固醇等在特定TRM發(fā)育分化中也發(fā)揮一定作用[16-17]。

表1 TRM的分化調(diào)控

3 TRM與疾病

3.1 肺泡和肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞與肺纖維化靜息狀態(tài)下，肺組織有2群TRM，分別是位于肺泡腔的AM和位于肺間質(zhì)的間質(zhì)巨噬細(xì)胞(interstitial macrophage，IM)，其在維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)和宿主防御中均發(fā)揮重要作用。皰疹病毒的感染使過敏性哮喘小鼠肺組織中AM被骨髓單核細(xì)胞來源巨噬細(xì)胞替代。在LPS引起的急性肺損傷模型中，AM于12 h起由骨髓來源的單核細(xì)胞替代，該過程依賴于CCR2-CCL2信號(hào)軸。在博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型中，骨髓來源單核細(xì)胞被募集至受損肺組織，形成骨髓來源的AM。肺纖維化組織中有2群不同來源的AM——胚胎時(shí)期的組織定居AM(tissue resident AM，TR-AM)和骨髓單核細(xì)胞來源的AM(monocyte derived AM， Mo-AM)，它們調(diào)控肺纖維化進(jìn)程，共同發(fā)揮抗感染和組織修復(fù)等重要功能[10]。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型中，Mo-AM主要促進(jìn)疾病的發(fā)生發(fā)展，而TR-AM促纖維化能力較弱。對(duì)2類AM行轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，Mo-AM在肺纖維化過程中基因表達(dá)譜的變化更顯著[10]。2019年，Aran D等[18]對(duì)博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠行單細(xì)胞測(cè)序，結(jié)果也驗(yàn)證了這一發(fā)現(xiàn)。同樣，對(duì)肺纖維化患者肺組織行單細(xì)胞測(cè)序也表明，在同一組織微環(huán)境中，巨噬細(xì)胞具有明顯的異質(zhì)性，即同時(shí)存在著促進(jìn)肺纖維化的Mo-AM和表型相對(duì)正常的TR-AM。然而，在小鼠過敏性哮喘模型中，Mo-AM能夠抑制螨蟲引起的特異性Th2型免疫應(yīng)答。在LPS引起的急性肺損傷模型中，Mo-AM通過增加IL-1Ra的表達(dá)減輕急性肺損傷。這些研究結(jié)果提示，巨噬細(xì)胞在不同疾病模型中可能起到不同作用。另外，TR-AM在肺組織修復(fù)和重建等[10]方面也發(fā)揮重要作用。Misharin AV等[10]通過轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)TR-AM高表達(dá)Arg1、ApoE等，與肺組織修復(fù)和重建密切相關(guān)，但在清除TR-AM后建立博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型中肺纖維化程度沒有明顯改變。Aran D等[18]通過對(duì)小鼠纖維化肺組織的測(cè)序發(fā)現(xiàn)，MARCO在TR-AM和Mo-AM中表達(dá)差異顯著。綜上所述，不同來源的AM在不同疾病模型中可能扮演著不同角色，相關(guān)調(diào)控機(jī)制尚未被完全闡明。近期，本課題組研究發(fā)現(xiàn)，阻斷髓系細(xì)胞Notch信號(hào)通路可減輕博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化程度，其可能通過減少募集促纖維化的Mo-AM和TGF-β的釋放減輕肺纖維化。以上提示靶向巨噬細(xì)胞Notch信號(hào)通路可能是治療肺纖維化的新策略。

最近，由于單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的普及，相繼多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)利用不同的表面標(biāo)記將IM劃分為更多亞群。Gibbings SL等[19]研究發(fā)現(xiàn)小鼠IM在靜息狀態(tài)下可被分為3個(gè)亞群，即IM1(CD206+CD11c-MHCⅡ+)、IM2(CD206+CD11c-MHCⅡ-)和IM3(CD206-CD11c+MHCⅡ-)。Chakarov S等[20]發(fā)現(xiàn)，MHCⅡhiIM和MHCⅡloIM分別位于損傷組織血管和支氣管周圍，是功能不同的IM亞群，其中MHCⅡloIM的缺如加劇肺纖維化。Schyns J團(tuán)隊(duì)[21]同樣發(fā)現(xiàn)存在不同功能的IM亞群，即CD206+IM和CD206-IM。CD206+IM定位于支氣管周圍，能夠產(chǎn)生較高水平的趨化因子和免疫抑制因子。CD206-IM位于肺間質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗原提呈功能。因此，IM亞群可能在疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮不同作用，但其詳細(xì)機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

3.2 肝臟KC與肝硬化肝臟KC是定居于肝臟組織的巨噬細(xì)胞，在維持組織穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)肝臟生理功能及肝纖維化等過程中扮演重要角色。近期研究表明，纖維化肝臟中存在不同來源、不同功能的巨噬細(xì)胞，它們?cè)谛∈蟾卫w維化中可能發(fā)揮不同作用。在CCL4誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化組織中，CD11bhiF4/80intLy6Chi巨噬細(xì)胞促進(jìn)肝纖維化發(fā)生發(fā)展，可分泌促炎細(xì)胞因子如TNF-α和IL-1β，產(chǎn)生ROS；募集其他免疫細(xì)胞如NK細(xì)胞等至損傷區(qū)域，加重炎癥；通過分泌TGF-β1等激活肝星狀細(xì)胞，使肌成纖維細(xì)胞數(shù)量增多，加重肝纖維化。而CD11bhiF4/80intLy6Clo巨噬細(xì)胞亞群促修復(fù)作用更強(qiáng)，可能與其高表達(dá)MMP9和MMP12及吞噬相關(guān)基因有關(guān)[22]。單核細(xì)胞包括經(jīng)典或促炎(CCR2hiCX3CR1lo)和非經(jīng)典、巡邏或替代性(CCR2loCX3CR1hi)單核細(xì)胞。研究者[23]在無菌性肝損傷模型中發(fā)現(xiàn)，CCR2hiCX3CR1lo單核細(xì)胞首先被募集到肝損傷周圍區(qū)域形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)并至少持續(xù)48 h，逐步生成CCR2loCX3CR1hi單核細(xì)胞后進(jìn)入肝損傷部位。研究顯示，外周循環(huán)中的單核細(xì)胞可被募集至炎癥部位，促炎CCR2hiCX3CR1lo單核細(xì)胞在局部組織微環(huán)境信號(hào)的刺激下可被重編程為促進(jìn)損傷修復(fù)的CCR2loCX3CR1hi單核細(xì)胞，促進(jìn)肝臟組織愈合[23]。本課題組也長期致力于巨噬細(xì)胞與肝纖維化的研究，發(fā)現(xiàn)在髓系細(xì)胞中特異性阻斷Notch信號(hào)通路后，CYLD可下調(diào)NF-κB信號(hào)通路以減輕肝纖維化程度[24]。將M1型巨噬細(xì)胞回輸至肝纖維化小鼠，發(fā)現(xiàn)其可改變受損肝組織微環(huán)境，募集更多的促修復(fù)型內(nèi)源性Ly6Clo巨噬細(xì)胞和NK細(xì)胞，減輕肝纖維化程度[25]。另外，在小鼠原位肝癌模型中，研究發(fā)現(xiàn)于髓系細(xì)胞特異性阻斷Notch信號(hào)通路可通過調(diào)控TR-AM的增殖促進(jìn)原位肝癌細(xì)胞生長。上述研究為臨床肝硬化和肝癌患者的治療提供了新思路，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[26]。

3.3 心臟巨噬細(xì)胞與心肌纖維化心臟巨噬細(xì)胞對(duì)心臟損傷后修復(fù)至關(guān)重要，它來源于卵黃囊和胎肝單核細(xì)胞，在靜息狀態(tài)下，主要通過增殖自我更新。然而，在心臟巨噬細(xì)胞耗竭后或在損傷心肌修復(fù)時(shí)，骨髓來源的CCR2+單核細(xì)胞替代心臟TRM，形成4種不同的心臟巨噬細(xì)胞亞群。實(shí)驗(yàn)室可通過CCR2表達(dá)區(qū)分骨髓單核來源和組織定居的心臟巨噬細(xì)胞[27]。研究顯示[28-29]，CCR2-巨噬細(xì)胞可促進(jìn)冠狀動(dòng)脈發(fā)育、心肌再生和心臟電傳導(dǎo)。清除CCR2+巨噬細(xì)胞將改善心肌梗死癥狀；相反，在心肌梗死后清除心臟巨噬細(xì)胞則會(huì)導(dǎo)致心功能下降，不利于梗死周圍區(qū)域的重塑。進(jìn)一步機(jī)制研究表明，心肌梗死后巨噬細(xì)胞通過高表達(dá)C-Mer原癌基因酪氨酸激酶和乳脂球表皮生長因子Ⅷ，參與清除受損心肌細(xì)胞并促進(jìn)損傷修復(fù)[30]。

4 結(jié)語

TRM是維持機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)和調(diào)控組織正常生理功能的重要固有免疫細(xì)胞之一，絕大多數(shù)來源于卵黃囊和胎肝單核細(xì)胞，靜息狀態(tài)下依靠增殖自我更新。然而，在TRM耗竭或者炎癥狀態(tài)下，BMDM和TRM共同存在于損傷組織中。這些不同來源的巨噬細(xì)胞亞群在不同的疾病模型中可能扮演不同角色，相關(guān)調(diào)控機(jī)制還需進(jìn)一步闡明。特別地，借助新技術(shù)如單細(xì)胞測(cè)序和更精準(zhǔn)的譜系追蹤，系統(tǒng)而深入地研究巨噬細(xì)胞亞群在組織損傷中的作用及調(diào)控機(jī)制，可為靶向特定巨噬細(xì)胞亞群治療疾病，尤其是器官纖維化相關(guān)疾病提供新靶點(diǎn)和新策略。