组织定居巨噬细胞起源、分化、功能与器官纤维化关系研究进展

张妮，梁世倩，高春辰，秦鸿雁

(1. 西安医学院 基础医学部，西安 710021；2. 空军军医大学 基础医学院医学遗传与发育生物学教研室，西安 710032)

组织定居巨噬细胞(tissue-resident macrophage, TRM)分布于机体各类组织，其中有肺脏中肺泡巨噬细胞(alveolar macrophage, AM)、肝脏中Kupffer细胞(kupffer cell, KC)、骨组织中破骨细胞、脑组织中小胶质细胞和表皮中朗格汉斯细胞等。TRM在维持组织稳态中发挥重要作用，其与机体感染、纤维化和肿瘤等疾病的发生发展也密切相关[1-2]。研究TRM起源、分化及功能对机体生长发育、疾病治疗和预防等都十分重要。因此，文章将针对上述问题及TRM与器官纤维化的关系展开综述，以期为特异性靶向巨噬细胞诊断和治疗疾病提供新视角和新策略。

1 TRM的起源

长期以来，单核巨噬细胞系统理论被人们广为接受，TRM被认为是由骨髓来源的单核细胞分化而来。而近期通过细胞命运示踪技术发现，TRM是一群具有起源异质性的免疫细胞[3]。

1.1 卵黄囊来源的TRM近期通过遗传谱系示踪技术发现，小鼠TRM主要由卵黄囊生血内皮产生的早期和晚期红系-髓系前体细胞(erythromyeloid progenitor，EMP)分化而来[1，3-5]。胚胎D7.5时，卵黄囊生血内皮产生早期EMP，其高表达集落刺激因子1受体(colony stimulating factor 1 receptor，CSF-1R)，同时低表达c-Myb，其不经历单核细胞阶段直接分化成TRM，如脑小胶质细胞、皮肤朗格汉斯细胞和肝脏KC等。胚胎D8.5时，卵黄囊生血内皮产生晚期EMP，其高表达c-Myb而低表达CSF-1R。到胚胎D9.5，小鼠的外周循环一旦建立，c-Myb+EMP迁移至小鼠胎肝，形成多个谱系的前体细胞，如胎肝单核细胞。胚胎D13.5～D14.5，胎肝单核细胞受到质膜囊泡相关蛋白的调控进入外周血循环分化形成除脑小胶质细胞以外的其他TRM。

1.2 出生后TRM的更新静息状态下，TRM主要依靠增殖自我更新[3-6]，很少有骨髓源性血液单核细胞替代补充。然而，集落刺激因子2受体β(colony stimulating factor 2 receptor beta，CSF2Rβ)基因敲除的小鼠AM缺如，移植骨髓来源巨噬细胞(bone marrow-derived macrophage，BMDM)后可分化形成AM并至少维持1年，从而缓解小鼠肺泡蛋白沉积症的肺部和全身症状。van de Laar L等[7]研究发现，CSF2Rβ-/-小鼠移植的卵黄囊、胎肝、BMDM前体细胞都可以分化成几乎完全相同的AM，它们有相似的增殖和自我更新能力[7]。但是，移植其他脏器的TRM则不能形成AM。同样，肝脏KC缺如的情况下，骨髓来源的单核细胞可分化形成这类细胞[8]。这些研究结果表明，在TRM缺如的情况下，骨髓等不同来源的前体巨噬细胞可替代补充前者。据此，巨噬细胞龛的概念被提出：在胚胎发育过程中，各组织器官中的巨噬细胞龛随着脏器的发育而逐渐形成；成年后，各组织器官不再生长，其巨噬细胞龛也趋于稳定，但不同来源的巨噬细胞前体均具有发育成为TRM的潜力。但是，在静息状态下，组织中的巨噬细胞龛充盈时，单核细胞不会向TRM分化，其依靠增殖自我更新。在炎症或者巨噬细胞缺如的情况下，组织中巨噬细胞龛空余，骨髓来源的单核细胞等会被募集至各组织器官形成TRM[9]。因此，在炎症或巨噬细胞缺如的情况下，2种来源的TRM共同存在于受损组织中[9-10]。

2 局部微环境对TRM分化的调控

个体发育信号和组织微环境可通过表观遗传修饰及染色质开放调控元件共同调节巨噬细胞的分化[11]。PU.1作为先驱转录因子与转录因子CEBP、MAF和MAFB共同决定了巨噬细胞的分化。同时，巨噬细胞的分化和功能受组织微环境因素如细胞因子和代谢产物影响，它们在组织特定的微环境中产生并驱动TRM特定转录因子的表达(表1)，调控和维持TRM稳态[1，12]，例如CSF-1。大多数巨噬细胞高表达CSF-1R，敲除CSF-1后小鼠TRM数量大幅减少[13]。应用单抗阻断小鼠CSF-1R后，Ly6Chi单核细胞略减少，但几乎检测不到Ly6Clo单核细胞。其他细胞因子如IL-34、GM-CSF和TGF-β也可维持特定TRM的正常发育[14-15]。除了细胞因子，组织代谢产物如脂肪酸、血红素和胆固醇等在特定TRM发育分化中也发挥一定作用[16-17]。

表1 TRM的分化调控

3 TRM与疾病

3.1 肺泡和肺间质巨噬细胞与肺纤维化静息状态下，肺组织有2群TRM，分别是位于肺泡腔的AM和位于肺间质的间质巨噬细胞(interstitial macrophage，IM)，其在维持机体稳态和宿主防御中均发挥重要作用。疱疹病毒的感染使过敏性哮喘小鼠肺组织中AM被骨髓单核细胞来源巨噬细胞替代。在LPS引起的急性肺损伤模型中，AM于12 h起由骨髓来源的单核细胞替代，该过程依赖于CCR2-CCL2信号轴。在博来霉素诱导的肺纤维化模型中，骨髓来源单核细胞被募集至受损肺组织，形成骨髓来源的AM。肺纤维化组织中有2群不同来源的AM——胚胎时期的组织定居AM(tissue resident AM，TR-AM)和骨髓单核细胞来源的AM(monocyte derived AM， Mo-AM)，它们调控肺纤维化进程，共同发挥抗感染和组织修复等重要功能[10]。

进一步研究发现，在博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型中，Mo-AM主要促进疾病的发生发展，而TR-AM促纤维化能力较弱。对2类AM行转录组分析发现，Mo-AM在肺纤维化过程中基因表达谱的变化更显著[10]。2019年，Aran D等[18]对博来霉素诱导的肺纤维化小鼠行单细胞测序，结果也验证了这一发现。同样，对肺纤维化患者肺组织行单细胞测序也表明，在同一组织微环境中，巨噬细胞具有明显的异质性，即同时存在着促进肺纤维化的Mo-AM和表型相对正常的TR-AM。然而，在小鼠过敏性哮喘模型中，Mo-AM能够抑制螨虫引起的特异性Th2型免疫应答。在LPS引起的急性肺损伤模型中，Mo-AM通过增加IL-1Ra的表达减轻急性肺损伤。这些研究结果提示，巨噬细胞在不同疾病模型中可能起到不同作用。另外，TR-AM在肺组织修复和重建等[10]方面也发挥重要作用。Misharin AV等[10]通过转录组分析发现TR-AM高表达Arg1、ApoE等，与肺组织修复和重建密切相关，但在清除TR-AM后建立博来霉素诱导的肺纤维化模型中肺纤维化程度没有明显改变。Aran D等[18]通过对小鼠纤维化肺组织的测序发现，MARCO在TR-AM和Mo-AM中表达差异显著。综上所述，不同来源的AM在不同疾病模型中可能扮演着不同角色，相关调控机制尚未被完全阐明。近期，本课题组研究发现，阻断髓系细胞Notch信号通路可减轻博来霉素诱导的小鼠肺纤维化程度，其可能通过减少募集促纤维化的Mo-AM和TGF-β的释放减轻肺纤维化。以上提示靶向巨噬细胞Notch信号通路可能是治疗肺纤维化的新策略。

最近，由于单细胞测序技术的普及，相继多个研究团队利用不同的表面标记将IM划分为更多亚群。Gibbings SL等[19]研究发现小鼠IM在静息状态下可被分为3个亚群，即IM1(CD206+CD11c-MHCⅡ+)、IM2(CD206+CD11c-MHCⅡ-)和IM3(CD206-CD11c+MHCⅡ-)。Chakarov S等[20]发现，MHCⅡhiIM和MHCⅡloIM分别位于损伤组织血管和支气管周围，是功能不同的IM亚群，其中MHCⅡloIM的缺如加剧肺纤维化。Schyns J团队[21]同样发现存在不同功能的IM亚群，即CD206+IM和CD206-IM。CD206+IM定位于支气管周围，能够产生较高水平的趋化因子和免疫抑制因子。CD206-IM位于肺间质，具有较强的抗原提呈功能。因此，IM亚群可能在疾病的发生发展中发挥不同作用，但其详细机制还需进一步研究。

3.2 肝脏KC与肝硬化肝脏KC是定居于肝脏组织的巨噬细胞，在维持组织稳态、调节肝脏生理功能及肝纤维化等过程中扮演重要角色。近期研究表明，纤维化肝脏中存在不同来源、不同功能的巨噬细胞，它们在小鼠肝纤维化中可能发挥不同作用。在CCL4诱导的小鼠肝纤维化组织中，CD11bhiF4/80intLy6Chi巨噬细胞促进肝纤维化发生发展，可分泌促炎细胞因子如TNF-α和IL-1β，产生ROS；募集其他免疫细胞如NK细胞等至损伤区域，加重炎症；通过分泌TGF-β1等激活肝星状细胞，使肌成纤维细胞数量增多，加重肝纤维化。而CD11bhiF4/80intLy6Clo巨噬细胞亚群促修复作用更强，可能与其高表达MMP9和MMP12及吞噬相关基因有关[22]。单核细胞包括经典或促炎(CCR2hiCX3CR1lo)和非经典、巡逻或替代性(CCR2loCX3CR1hi)单核细胞。研究者[23]在无菌性肝损伤模型中发现，CCR2hiCX3CR1lo单核细胞首先被募集到肝损伤周围区域形成环状结构并至少持续48 h，逐步生成CCR2loCX3CR1hi单核细胞后进入肝损伤部位。研究显示，外周循环中的单核细胞可被募集至炎症部位，促炎CCR2hiCX3CR1lo单核细胞在局部组织微环境信号的刺激下可被重编程为促进损伤修复的CCR2loCX3CR1hi单核细胞，促进肝脏组织愈合[23]。本课题组也长期致力于巨噬细胞与肝纤维化的研究，发现在髓系细胞中特异性阻断Notch信号通路后，CYLD可下调NF-κB信号通路以减轻肝纤维化程度[24]。将M1型巨噬细胞回输至肝纤维化小鼠，发现其可改变受损肝组织微环境，募集更多的促修复型内源性Ly6Clo巨噬细胞和NK细胞，减轻肝纤维化程度[25]。另外，在小鼠原位肝癌模型中，研究发现于髓系细胞特异性阻断Notch信号通路可通过调控TR-AM的增殖促进原位肝癌细胞生长。上述研究为临床肝硬化和肝癌患者的治疗提供了新思路，具有潜在的应用价值[26]。

3.3 心脏巨噬细胞与心肌纤维化心脏巨噬细胞对心脏损伤后修复至关重要，它来源于卵黄囊和胎肝单核细胞，在静息状态下，主要通过增殖自我更新。然而，在心脏巨噬细胞耗竭后或在损伤心肌修复时，骨髓来源的CCR2+单核细胞替代心脏TRM，形成4种不同的心脏巨噬细胞亚群。实验室可通过CCR2表达区分骨髓单核来源和组织定居的心脏巨噬细胞[27]。研究显示[28-29]，CCR2-巨噬细胞可促进冠状动脉发育、心肌再生和心脏电传导。清除CCR2+巨噬细胞将改善心肌梗死症状；相反，在心肌梗死后清除心脏巨噬细胞则会导致心功能下降，不利于梗死周围区域的重塑。进一步机制研究表明，心肌梗死后巨噬细胞通过高表达C-Mer原癌基因酪氨酸激酶和乳脂球表皮生长因子Ⅷ，参与清除受损心肌细胞并促进损伤修复[30]。

4 结语

TRM是维持机体免疫稳态和调控组织正常生理功能的重要固有免疫细胞之一，绝大多数来源于卵黄囊和胎肝单核细胞，静息状态下依靠增殖自我更新。然而，在TRM耗竭或者炎症状态下，BMDM和TRM共同存在于损伤组织中。这些不同来源的巨噬细胞亚群在不同的疾病模型中可能扮演不同角色，相关调控机制还需进一步阐明。特别地，借助新技术如单细胞测序和更精准的谱系追踪，系统而深入地研究巨噬细胞亚群在组织损伤中的作用及调控机制，可为靶向特定巨噬细胞亚群治疗疾病，尤其是器官纤维化相关疾病提供新靶点和新策略。