巨噬细胞的标记方法

2021-11-10 08:23:53 道赛尔生物 2036

巨噬细胞(Macrophages)作为一类广泛分布于机体各大组织的固有免疫细胞,具有高度可塑性和异质性,能够在局部微环境影响下分化成不同表型的亚细胞型,发挥不同功能。

巨噬细胞对机体而言十分重要,尤其在抵御病原体入侵和维持免疫稳态方面起着核心作用。几乎每一种人类疾病都涉及到它,因此近年来,巨噬细胞成为了生命科学和医学领域的研究热点。

一、巨噬细胞的发现与起源

1. 巨噬细胞的发现

一百多年前,俄国生物学家Élie Metchnikoff观察到血液中的某些白细胞可在炎症局部聚集,推测这些细胞具有攻击并杀灭病原体的作用,建议将其命名为巨噬细胞,并在此基础上逐步形成了细胞免疫学说。为此Metchnikoff与提出体液免疫学说的德国科学家Paul Ehrlich分享了1908年诺贝尔生理学和医学奖。

2. 巨噬细胞的起源

而关于巨噬细胞起源,它曾一度被归为网状内皮系统(Reticuloendothelial system,RES)的一部分,后来研究发现内皮细胞与巨噬细胞有许多不同之处,内皮细胞不具吞噬能力,二者在细胞形态结构上也不相同。

1968年Ralph van Furth和Zanvil Cohn提出巨噬细胞主要来源于血液单核细胞,建立了单核吞噬细胞系统(Mononuclear phagocyte system, MPS)。在MPS理论中,巨噬细胞被视为终末分化的血液单核吞噬细胞,即巨噬细胞起源于骨髓中的造血干细胞,后发展成血液循环的单核细胞,最终迁移到组织分化为巨噬细胞。

近年来随着谱系示踪技术的发展,在小鼠研究模型中发现小胶质细胞及其他一些组织定居巨噬细胞起源于胚胎发育过程中卵黄囊和胎肝。

根据Hoeffel等人的研究,在小鼠胚胎7.5天(E7.5)卵黄囊血岛中产生第一波红系-髓系前体细胞(eythro-myeloid precursors,EMPs),随后EMPs不经过单核细胞中间体可直接分化为卵黄囊巨噬细胞(或为原始祖细胞),其通过血液运输定植于胚胎组织中发育成表型成熟的巨噬细胞。

卵黄囊生血内皮在E8.25-E8.5产生第二波EMPs。卵黄囊生血内皮产生的EMPs以及主动脉-性腺-中肾(Aorta-gonad-mesonephros,AGM)区域中产生的胚胎造血干细胞(Hematopoietic stem cells,HSCs)随后迁移至胎肝,在胎肝增殖并分化为多种谱系的细胞,包括单核细胞。胎肝单核细胞随血液运输定植于脑组织以外的其他组织发育为组织定居巨噬细胞,部分(如Langerhans细胞)或完全(如肺泡巨噬细胞和肝脏Kupffer细胞)取代卵黄囊来源的巨噬细胞。

2020年刘兵、兰雨、Ginhoux研究组合作通过单细胞转录组测序研究人类巨噬细胞的胚胎起源与特化,发现卵黄囊来源的巨噬细胞发育路径与既往小鼠中的发现高度相似。

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图1 小鼠胚胎组织定居巨噬细胞起源

(引自Immunity.2015;42(4):665-678.)

二、巨噬细胞的分类与功能

巨噬细胞广泛分布于各种组织,既有胚胎来源的也有成年来源的。根据组织定位和功能,可以将巨噬细胞分为小胶质细胞、肝脏Kupffer细胞、肺泡巨噬细胞、肾脏系膜细胞、破骨细胞、脾脏红髓巨噬细胞、脂肪组织相关巨噬细胞等等。

这些处于不同组织微环境中的巨噬细胞具有不同的表型和功能。它们除了执行吞噬和免疫防疫功能外,也参与组织重塑和维持组织稳态。此外,它们可能在不同的组织中执行特定的功能,例如小胶质细胞在脑组织中发挥免疫监视、清除死亡神经元、突触重塑的功能,破骨细胞从骨基质中吸收有机物和矿物质,脾脏中的红髓巨噬细胞能清除衰老的红细胞、调节铁代谢......

三、巨噬细胞的极化

巨噬细胞在不同微环境和刺激因子的作用下可以向不同的方向极化。根据活化状态、功能及分泌细胞因子的不同,巨噬细胞主要可分为经典活化的M1型巨噬细胞(促炎)和选择性活化的M2 型巨噬细胞(抗炎)。

M1型巨噬细胞可以由IFN-γ、LPS或GM-CSF诱导,高表达MHC II类分子和共刺激分子CD80、CD86,上调表达诱导型一氧化氮合酶(iNOS),产生大量的促炎细胞因子,如IL-1、IL-6、IL-12、IL-23、TNF-α,同时会产生趋化因子CCL2、CCL3、CCL5、CXCL8、CXCL9、CXCL10、CXCL11、CXCL16,一氧化氮(NO)和活性氧物质(ROS)。通过释放这些炎性介质,M1细胞可以促进炎症反应,杀伤胞内感染的病原体,抗肿瘤。

M2型巨噬细胞由IL-4、IL-13、真菌和寄生虫感染、免疫复合物、IL-10、TGF-β、糖皮质激素等诱导,高表达CD163、CD206、CD200R、CD209、CD301、Arginase-1,产生抗炎细胞因子如IL-10、TGF-β,参与免疫调节、组织重构和再生、伤口愈合、血管生成、促进肿瘤进展。M2型巨噬细胞可进一步细分为M2a、M2b、M2c、M2d四种亚型。M2a由IL-4、IL-13或真菌和寄生虫感染诱导,M2b由免疫复合物和LPS诱导,M2c由IL-10、TGF-β、糖皮质激素诱导,M2b可由IL-6和腺苷诱导。

简单总结一下就是这样的:

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四、巨噬细胞与疾病

巨噬细胞作为固有免疫中的重要细胞组分,能对入侵病原体做出反应,吞噬和消化病原体,也可以参与清除受损、衰老的细胞,通过抗原提呈参与激发适应性免疫。但是巨噬细胞除了在对抗疾病中发挥作用外,也与慢性疾病(包括动脉粥样硬化、哮喘、炎症性肠病、关节炎)、自身免疫性疾病(包括包括类风湿性关节炎、多发性硬化)、纤维化、糖尿病、肿瘤的发生和进展相关。

脂肪组织相关巨噬细胞(Adipose tissue macrophages,ATMs)在肥胖状态下发生促炎激活和积聚,这一转变与胰岛素抵抗相关。肿瘤相关巨噬细胞 ( Tumor-associated macrophages, TAMs)是肿瘤组织中主要的免疫细胞,研究发现TAMs在促进肿瘤进展中起着至关重要的作用,包括促进肿瘤生长、形成免疫抑制微环境、促进转移、促进肿瘤血管生成。靶向TAMs的肿瘤免疫疗法备受瞩目,为肿瘤治疗提供了新的希望。

五、常见巨噬细胞标记物

为研究巨噬细胞,通常采用一些表型标记物来区分巨噬细胞和其他免疫细胞。小鼠巨噬细胞表达CD11b,F4/80,CSF-1R/CD115, 人巨噬细胞表达CD68,CD11b,CD14,CD16,CD163,CD312,CSF-1R/CD115。

1. 常用M1和M2巨噬细胞标记物:

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2. 不同组织中巨噬细胞及标记物:

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主要参考文献

1. van Furth R, Cohn ZA. The origin and kinetics of mononuclear phagocytes. J Exp Med. 1968;128(3):415-435. doi:10.1084/jem.128.3.415

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4. Ginhoux F, Guilliams M. Tissue-Resident Macrophage Ontogeny and Homeostasis. Immunity. 2016;44(3):439-449. doi:10.1016/j.immuni.2016.02.024

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9. Duan Z, Luo Y. Targeting macrophages in cancer immunotherapy. Signal Transduct Target Ther. 2021;6(1):127. Published 2021 Mar 26. doi:10.1038/s41392-021-00506-6

*文章摘自网络

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