1月14日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell Discovery在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）周斌研究組與香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院呂愛蘭研究組的合作研究成果，題為“Lineage tracing reveals the origins and dynamics of macrophages in lung injury and repair”。該研究結(jié)合遺傳譜系示蹤、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及基因敲除技術(shù)，系統(tǒng)解析了組織駐留巨噬細(xì)胞與單核細(xì)胞來(lái)源巨噬細(xì)胞在肺損傷修復(fù)及纖維化進(jìn)程中的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與功能差異，并闡明Notch與Wnt/β-catenin信號(hào)通路的拮抗調(diào)控機(jī)制，為肺纖維化的靶向治療提供了全新思路。相關(guān)研究成果為深入理解肺部疾病發(fā)生的病理機(jī)制奠定了重要基礎(chǔ)。

肺部疾病是威脅全球人類健康的重大公共衛(wèi)生問(wèn)題，急性肺損傷可引發(fā)一系列嚴(yán)重后果，如特發(fā)性肺纖維化、慢性阻塞性肺疾病等。巨噬細(xì)胞作為肺部固有免疫的核心細(xì)胞，在炎癥調(diào)控、組織修復(fù)與纖維化進(jìn)程中扮演關(guān)鍵角色。然而，不同來(lái)源巨噬細(xì)胞，包括胚胎發(fā)育來(lái)源的組織駐留巨噬細(xì)胞和骨髓單核細(xì)胞招募而來(lái)的浸潤(rùn)性巨噬細(xì)胞，在肺損傷后的細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變、動(dòng)態(tài)響應(yīng)及功能分工，長(zhǎng)期以來(lái)尚未被完全闡明。

以往研究多依賴于細(xì)胞表面標(biāo)記物的流式分選或骨髓移植模型，難以特異、高效地在體內(nèi)區(qū)分并追蹤不同來(lái)源的巨噬細(xì)胞。為了突破這一技術(shù)瓶頸，研究人員基于巨噬細(xì)胞特異性高表達(dá)CD68基因，成功構(gòu)建了CD68-rtTA四環(huán)素誘導(dǎo)型小鼠模型。通過(guò)將該工具小鼠與TetO-Cre及R26-tdT報(bào)告小鼠雜交，成功實(shí)現(xiàn)了成年小鼠肺組織駐留巨噬細(xì)胞的特異性標(biāo)記，為追蹤組織駐留巨噬細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化提供了可靠工具。與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)利用Ms4a3-CreER小鼠模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單核細(xì)胞及其來(lái)源巨噬細(xì)胞的精準(zhǔn)示蹤，為區(qū)分兩種來(lái)源的巨噬細(xì)胞奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)以博來(lái)霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型為研究對(duì)象，系統(tǒng)追蹤了損傷后不同時(shí)間點(diǎn)巨噬細(xì)胞的數(shù)量變化與細(xì)胞命運(yùn)。研究發(fā)現(xiàn)，在急性炎癥期（損傷后3天），肺組織駐留巨噬細(xì)胞數(shù)量出現(xiàn)急劇下降，其中肺泡巨噬細(xì)胞比例降至穩(wěn)態(tài)水平的30%左右；進(jìn)入修復(fù)及纖維化期（損傷后7-28天），組織駐留巨噬細(xì)胞數(shù)量趨于穩(wěn)定，其肺泡巨噬細(xì)胞亞群通過(guò)自我增殖實(shí)現(xiàn)部分恢復(fù)。與之相對(duì)，單核細(xì)胞來(lái)源的浸潤(rùn)性巨噬細(xì)胞在炎癥期大量募集至損傷部位，初期主要分化為間質(zhì)巨噬細(xì)胞，伴隨纖維化進(jìn)程，部分間質(zhì)巨噬細(xì)胞通過(guò)一個(gè)過(guò)渡態(tài)細(xì)胞亞群，逐步轉(zhuǎn)化為肺泡巨噬細(xì)胞。到損傷后28天，浸潤(rùn)性巨噬細(xì)胞占肺內(nèi)巨噬細(xì)胞總數(shù)的近50%，成為纖維化微環(huán)境的核心細(xì)胞群。

為進(jìn)一步解析巨噬細(xì)胞的異質(zhì)性特征，研究團(tuán)隊(duì)開展了時(shí)間序列單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析。通過(guò)對(duì)穩(wěn)態(tài)及損傷后3天、7天、14天、28天的肺組織免疫細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序。聚類分析結(jié)果顯示，巨噬細(xì)胞是肺內(nèi)占比最高的免疫細(xì)胞群體，且其轉(zhuǎn)錄組特征隨損傷進(jìn)程發(fā)生顯著重塑。值得注意的是，研究人員首次鑒定出一個(gè)全新的巨噬細(xì)胞過(guò)渡亞群——Mac0。該亞群在損傷后7天大量出現(xiàn)，高表達(dá)溶酶體相關(guān)基因、抗原提呈基因及細(xì)胞外基質(zhì)相互作用分子，兼具炎癥調(diào)控與組織修復(fù)功能。RNA速率分析與擬時(shí)序軌跡分析證實(shí)，Mac0是單核細(xì)胞來(lái)源巨噬細(xì)胞從間質(zhì)巨噬細(xì)胞向肺泡巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵中間態(tài)，其功能偏向于細(xì)胞碎片清除、免疫調(diào)節(jié)和基質(zhì)重塑。

為明確浸潤(rùn)性巨噬細(xì)胞在肺纖維化中的功能作用，研究團(tuán)隊(duì)將Ms4a3-CreER系統(tǒng)與誘導(dǎo)性白喉毒素受體系統(tǒng)（R26-iDTR）結(jié)合，構(gòu)建了可在他莫昔芬誘導(dǎo)后，通過(guò)注射白喉毒素特異性清除單核細(xì)胞及其后代的小鼠模型。在博來(lái)霉素?fù)p傷前清除單核細(xì)胞，導(dǎo)致?lián)p傷后肺內(nèi)單核來(lái)源巨噬細(xì)胞（尤其是單核來(lái)源的肺泡巨噬細(xì)胞）數(shù)量大幅減少。與此相應(yīng)，肺組織的纖維化程度顯著減輕，膠原沉積減少，成纖維細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)下降。這表明，單核細(xì)胞來(lái)源的巨噬細(xì)胞，特別是后期出現(xiàn)的單核來(lái)源肺泡巨噬細(xì)胞，在驅(qū)動(dòng)肺纖維化進(jìn)程中起到了關(guān)鍵的促進(jìn)作用。

深入的機(jī)制研究揭示，Notch與Wnt/β-catenin 信號(hào)通路在巨噬細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控中發(fā)揮拮抗作用。研究發(fā)現(xiàn)，Notch信號(hào)通路核心分子Rbpj在單核細(xì)胞來(lái)源巨噬細(xì)胞中特異性敲除后，單核細(xì)胞向肺泡巨噬細(xì)胞的分化進(jìn)程受阻，肺纖維化程度顯著緩解；而Wnt/β-catenin信號(hào)通路關(guān)鍵分子Ctnnb1的單核細(xì)胞特異性敲除，則促進(jìn)間質(zhì)巨噬細(xì)胞向肺泡巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致肺纖維化加重。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組富集分析表明，Notch信號(hào)主要調(diào)控巨噬細(xì)胞的中間過(guò)渡階段，而Wnt/β-catenin信號(hào)則主導(dǎo)成熟肺泡巨噬細(xì)胞的功能維持，兩條通路的動(dòng)態(tài)平衡決定了巨噬細(xì)胞的功能偏向。

本研究系統(tǒng)闡明了組織駐留巨噬細(xì)胞與單核細(xì)胞來(lái)源巨噬細(xì)胞在肺損傷及纖維化中的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與功能差異。明確組織駐留巨噬細(xì)胞主要參與炎癥早期的穩(wěn)態(tài)維持，而單核細(xì)胞來(lái)源巨噬細(xì)胞則是推動(dòng)纖維化進(jìn)展的核心力量，其向肺泡巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)化過(guò)程是干預(yù)肺纖維化的關(guān)鍵靶點(diǎn)。此外，研究人員還鑒定了關(guān)鍵過(guò)渡態(tài)細(xì)胞亞群Mac0及相關(guān)調(diào)控通路，為肺纖維化的早期診斷與靶向治療提供了重要的理論依據(jù)和潛在靶點(diǎn)。

分子細(xì)胞卓越中心副研究員金恒薇、博士生牟佳玲和博士后朱歡為該論文共同第一作者。分子細(xì)胞卓越中心周斌研究員、金恒薇副研究員和香港中文大學(xué)呂愛蘭教授為該論文共同通訊作者。該研究得到南模生物、分子細(xì)胞卓越中心動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)、細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)和分子生物學(xué)技術(shù)平臺(tái)的大力支持和幫助。該工作得到中國(guó)科學(xué)院、基金委、科技部、上海市科委、香港研資局、新基石科學(xué)基金會(huì)和賽諾菲優(yōu)秀青年人才獎(jiǎng)勵(lì)基金等支持。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41421-025-00859-0

肺損傷與修復(fù)全過(guò)程中組織駐留巨噬細(xì)胞及單核來(lái)源巨噬細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化