巨噬細胞是人體免疫系統(tǒng)的重要組成細胞。它可以吞噬細胞殘片、垃圾，消化病原體，發(fā)揮 “清道夫” 的作用，還能像 “哨兵” 一樣提醒其他免疫細胞“有敵入侵，準備戰(zhàn)斗”，在免疫細胞與病原體激戰(zhàn)時，它也常常沖在最前面。

隨著研究的深入，科學家們發(fā)現(xiàn)，它還可以調(diào)控器官發(fā)育、維持組織細胞間穩(wěn)態(tài)、影響組織再生、參與神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)等。

巨噬細胞功能失調(diào)與癌癥、糖尿病及阿爾茨海默病等多種疾病密切相關(guān)。但一直以來人們并不清楚，這種細胞最初來自哪里。

日前，一項研究揭示了人胚胎巨噬細胞的多重起源及發(fā)育過程，解析了組織駐留巨噬細胞特化過程的關(guān)鍵分子特征。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然》，由解放軍第五醫(yī)學中心劉兵課題組、暨南大學基礎(chǔ)醫(yī)學院蘭雨課題組等合作完成。

尋找巨噬細胞來源的 “金鑰匙”




除了為人熟知的免疫功能，巨噬細胞也發(fā)揮著一些重要的非免疫作用。比如，胚胎早期，巨噬細胞參與卵黃囊脂質(zhì)代謝、造血微環(huán)境形成、骨和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等過程。

對成年個體來說，新生成的血液和免疫細胞一般被認為是由造血干細胞分化而來。但新近研究發(fā)現(xiàn)，小鼠體內(nèi)有一些巨噬細胞比造血干細胞出現(xiàn)得還早，它通過自我更新，穩(wěn)定持續(xù)地存在著。也就是說，這類巨噬細胞并非由造血干細胞分化而來。

已有研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞早在小鼠肝臟造血發(fā)生前就在卵黃囊中發(fā)育分化了，在趨化因子誘導(dǎo)下，它隨著血液到達腦部、表皮、肝臟等各個器官或組織中 “長期駐扎”，形成組織駐留型巨噬細胞。

“小鼠中的發(fā)現(xiàn)，讓我們自然想探究人巨噬細胞是否也存在多種起源。” 該研究第一作者、暨南大學基礎(chǔ)醫(yī)學院博士后邊志磊說。

但是，由于胚胎樣本獲取不易、發(fā)育早期的巨噬細胞極其稀少，加之無法追蹤標記等客觀原因，該領(lǐng)域研究一直無法取得突破性進展。“直到最近幾年，單細胞組學技術(shù)的出現(xiàn)為解決這一科學難題提供了契機。” 邊志磊告訴《中國科學報》，“利用這項技術(shù)，課題組在造血發(fā)育研究領(lǐng)域不斷積淀，終于掌握了探究巨噬細胞來源的‘金鑰匙’——單細胞轉(zhuǎn)錄組測序。”

從卵黃囊中來，到全身去

研究人員首先從 8 個 3~8 周人胚卵黃囊、頭、肝、循環(huán)血、皮膚、肺等組織或器官中，按照發(fā)育時間進行定期間隔取樣，而后利用高精度的單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，得到 1231 個細胞的高質(zhì)量測序數(shù)據(jù)，并據(jù)此繪制了人胚造血細胞發(fā)育圖譜。

邊志磊介紹，巨噬細胞最早來自于卵黃囊，且分兩撥產(chǎn)生，一撥在卵黃囊中直接產(chǎn)生，而后分布到胚胎各處；另一撥是由卵黃囊中的髓系偏向祖細胞遷移到肝臟后，先分化為單核細胞，再分化成巨噬細胞。

“這兩種發(fā)育路徑與此前在小鼠中發(fā)現(xiàn)的高度相似，表明巨噬細胞發(fā)育具有相當?shù)谋Ｊ匦浴！?他說。

接下來，研究人員分別解析了這兩種起源的巨噬細胞的發(fā)育過程。頭部的小膠質(zhì)細胞屬于第一種起源，在受孕約 34 天后，部分頭部巨噬細胞開始出現(xiàn)小膠質(zhì)細胞分子特征（SALL1 基因）；在受孕約 41 天后，伴隨著 C3、P2RY12 等標志性基因表達，頭部巨噬細胞逐漸特化為典型的小膠質(zhì)細胞。

肝臟單核細胞則屬于第二種起源，卵黃囊中的髓系偏向祖細胞遷移到肝臟后，分別向單核細胞和粒系特征兩個方向進行特化，肝臟產(chǎn)生的單核細胞也可進入組織并最終分化為巨噬細胞。

為人體巨噬細胞研究奠基

為了驗證第二種起源的準確性，研究人員還進行了單細胞體外培養(yǎng)實驗。

邊志磊介紹，利用流式檢測，他們分離出了 184 個人體最早的、卵黃囊起源的造血祖細胞，進行培養(yǎng)后，最終有約 36% 的單細胞出現(xiàn)增殖和分化。他們隨機抽取其中 39 個細胞進行流式檢測后發(fā)現(xiàn)，大部分細胞都能分化成單核細胞、粒細胞、紅細胞等，具有多系分化的潛能。不管是分子特征還是分化能力，這些細胞都更傾向單核及粒細胞特征。

“有些巨噬細胞正是從單核細胞分化而來的，這再次說明卵黃囊產(chǎn)生的造血祖細胞的確具有在肝臟分化為單核巨噬細胞的能力。” 邊志磊說。

該研究通訊作者、暨南大學基礎(chǔ)醫(yī)學院教授蘭雨告訴《中國科學報》，“我們的研究解答了組織駐留型巨噬細胞‘從哪里來、到哪里去’的核心問題，從單細胞層面解析了其逐漸發(fā)育及特化的分子過程，這可能為巨噬細胞相關(guān)疾病的診斷和治療提供啟發(fā)。”

香港科技大學生命科學部教授溫子龍評價說，“該研究跨越人體胚胎的多個發(fā)育階段、覆蓋多個組織器官，是目前為止對人體胚胎巨噬細胞發(fā)育最系統(tǒng)完整的研究。”

“此外，通過胚胎樣本獲得的在體實驗數(shù)據(jù)比體外實驗數(shù)據(jù)更真實可靠，這為將來人體巨噬細胞的研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。”