解密单核-巨噬细胞的发育和更新

2019年9月5日，上海交通大学医学院上海市免疫学研究所Florent Ginhoux教授和苏冰教授课题组在《细胞》杂志发表研究论文，揭示了单核-巨噬细胞的发育和更新过程，解决了长期以来国际免疫学界关于该问题的争议。

1908年诺贝尔生理学或医学奖授予了Ilya Mechnikov以表彰他发现了巨噬细胞(Paul Ehrlich因其在体液免疫领域作出的杰出贡献与Ilya Mechnikov分享了当年的生理学或医学奖)。在此后的100多年中，巨噬细胞被广泛研究。在个体发育中，巨噬细胞是最早出现的免疫细胞类群，在器官发生和免疫稳态中起到重要的作用。关于组织巨噬细胞的来源和更新则是髓系细胞研究领域最重要的生物学问题之一。

长期以来，组织巨噬细胞被认为是由血液中的循环单核细胞进入组织后发育而来，这一观念被写入大多数教科书中。然而，随着技术发展和新的动物模型的建立，这一观念逐渐受到质疑。新的研究显示，大多数组织如大脑、表皮、肝脏和肺中的巨噬细胞是由胚胎造血系统产生，在胚胎发育过程中定植到组织中，并且在组织中自我更新和维持。成体骨髓来源的单核细胞只能发育为一些特定组织，如肠道和真皮的巨噬细胞。然而，单核细胞对不同组织巨噬细胞的贡献程度和动态变化依然未被阐明；炎症、肿瘤等复杂环境下单核细胞对组织巨噬细胞的贡献也未被揭示；不同来源组织巨噬细胞在功能上是否存在差异也有待证实。因此，巨噬细胞的来源和更新成为该领域最基础和重要的科学问题之一，不仅在基础研究领域有重要意义，在临床应用上也很关键。

单核细胞与巨噬细胞有着密切的联系，其发育过程是髓系细胞领域重要的科学问题。传统观点认为单核细胞在骨髓中通过髓系祖细胞(common myeloid progenitor，CMP)→粒细胞-单核细胞前体(granulocytemonocyte progenitor，GMP)→单核-树突状细胞前体(monocyte-dendritic cell progenitor，MDP)→单核细胞前体(common monocyte progenitor，cMoP)→单核细胞的层级分化产生。但是，关于单核-树突状细胞前体在该层级分化模型中的位置一直存在争议。最近有研究人员提出了新的单核细胞发育模型，认为：单核-树突状细胞前体并非由粒细胞-单核细胞前体产生，而是由髓系祖细胞直接产生；单核-树突状细胞前体和粒细胞-单核细胞前体分别独立产生单核细胞。这一模型对传统的认识形成了挑战，但是缺乏遗传学上的有力证据。

在此项研究中，研究人员认识到解决这些问题需要一个能够在单核细胞发育早期标记单核细胞的示踪模型。因此研究人员首先利用单细胞测序技术分析了骨髓中单核细胞和树突状细胞的前体细胞的表达谱，发现了在单核细胞前体中特异性表达的基因Ms4a3。随后通过构建Ms4a3TdT，Ms4a3Cre和Ms4a3CreERT2小鼠，成功建立了单核和粒细胞示踪模型。该模型成为阐释单核-巨噬细胞发育的关键工具。通过这些遗传学示踪模型，研究人员详细阐释了单核细胞在骨髓中的发育过程。首先，研究人员发现Ms4a3Cre示踪模型标记了68%的粒细胞-单核细胞前体但是不标记单核-树突状细胞前体，这与现有的模型矛盾。因为如果单核-树突状细胞前体是由粒细胞-单核细胞前体产生，那么单核-树突状细胞前体的标记比例应该高于粒细胞-单核细胞前体。随后，研究人员通过体外和体内的实验证实了在骨髓中单核细胞可以通过两条途径产生：①髓系祖细胞→粒细胞-单核细胞前体→单核细胞前体→单核细胞；②髓系祖细胞→单核-树突状细胞前体→单核细胞。同时，该研究也阐明了单核细胞在稳态和炎症状态下对组织巨噬细胞的不同贡献，证明了单核细胞不会发育为大脑小胶质细胞、表皮朗格汉斯细胞、肝脏枯否细胞等组织巨噬细胞；相反，单核细胞可以快速进入肠道、真皮等部位发育为这些组织中的巨噬细胞。

该研究为解决关于单核细胞-巨噬细胞发育和更新领域的诸多争议提供了遗传学上的有力的证据，对以单核和巨噬细胞为靶点的治疗方案具有重要的指导意义。这些新的单核细胞示踪模型将在肿瘤、炎症和代谢等领域具有广泛的应用，将极大促进单核-巨噬细胞研究领域在未来的发展。