eGastroenterology 创刊号首篇！聚焦肝脏巨噬细胞生物学特征

撰稿：张囡囡

肝脏是人体重要的代谢器官，具有诸多重要功能，包括能量储存、胆汁分泌、药物解毒和蛋白质合成等。它接收三分之二的血液来自门静脉，其中含有食物营养物质、毒素以及微生物产物。肝细胞可以对快速变化的血液成分和反复暴露于病原体相关分子模式（PAMP）或组织损伤毒性化合物等进行响应，并可重新进入细胞周期再生，以弥补急性或慢性损伤导致的细胞丢失。此外，肝脏再生还可以通过促进胆管相关的小管细胞或肝祖细胞的动员完成，并受动态细胞外基质含量的重塑支持。在持续损伤情况下，肝星状细胞来源的肌成纤维细胞是主要执行细胞。尽管肝脏具有极大的再生能力和代谢多样性，但在受到严重或慢性损伤时，过度肝再生会导致细胞外基质沉积（即纤维化）、细胞增殖不受控制、癌变风险增加、代谢失调及持续炎症。

肝脏巨噬细胞是先天免疫细胞，在免疫防御、组织修复及代谢平衡中起到关键调节作用。它们有两种来源：肝脏驻留巨噬细胞（Kupffer cells，KCs）和在肝脏损伤时自外周募集到的单核细胞衍生巨噬细胞（monocyte-derived macrophages,MoMFs）。近年来，随着高端技术应用，肝脏巨噬细胞多样性研究不断深入，单细胞空间定位被认为是定义功能的重要参数，必须纳入多维分析中，而传统的M1/M2模式已不能满足对该领域的解读。

为了更好地理解肝脏巨噬细胞的多样性及生物学功能，诠释其在肝脏病理生理学中发挥的作用，近日来自德国柏林夏里特医学院的Frank Tacke教授和Adrien Guillot博士在卓越计划高起点新刊eGastroenterology首期上发表综述文章题为“Spatial dimension of macrophage heterogeneity in liver diseases”，从肝脏微环境、单细胞测序、空间定位及原位动力学研究角度给予详细的阐述。

肝微环境驱动KCs功能的特异性

起源于胚胎肝前体的KCs参与肝脏代谢，特别是脂与铁的代谢，并支持肝脏再生。此外肝脏有多种单核、巨噬细胞群，比如包膜和腹膜巨噬细胞。在急、慢性肝脏疾病中，KCs和MoMFs因功能互补备受关注。KCs位于肝血窦内，具有感知血液成份变化及驱动快速免疫反应的能力。不过KCs诱导的免疫反应大多为免疫耐受，是稳态期间一种预防过度免疫反应的保护机制。在小鼠急性或特异性KCs耗竭后，MoMFs在多种信号驱动下数小时内被招募并获得KCs样表型，这个过程被称为“短暂窗口期”。稳态时，MoMFs循环于肝血窦，而组织受损时，骨髓源MoMFs被招募到肝脏。MoMFs的巨大可塑性使其成为广泛功能及表型多样性的髓系细胞。

单细胞RNA测序揭示了巨噬细胞的多样性

单细胞RNA测序技术推进了对肝脏健康及疾病状态下细胞多样性和免疫细胞亚群变化的理解，改变了既往巨噬细胞M1/M2的简单分型策略。MoMac-VERSE工具是检测巨噬细胞多样性的免疫景观工具，有助于鉴定巨噬细胞亚群。研究发现TREM2+巨噬细胞在不同肝脏疾病中具有不同的功能，突出了多维分析的重要性，但也需要进行功能性研究。系统单细胞测序可以揭示细胞个体发育以及病理和模型对多个器官的影响。例如西式饮食引起的NASH模型中MoMFs及其骨髓前体细胞的强烈变化。

单细胞转录组学与生物信息学相结合，有助于预测新的细胞互作，并通过RNA速度分析突出了巨噬细胞的可塑性，但其缺乏空间分辨率。单核测序可以减少样品制备方法对特定细胞群频率的影响，并且可以从难以分离的细胞中进行转录组学分析。使用局部组织显微切割、探针条形码、多重免疫染色或原位测序等方法可以解决空间背景化的局限性。

空间定位作为一种新的表型标记

肝细胞和巨噬细胞的位置对其功能具有重要影响。KCs位于肝窦中，可以感知血液中的变化并参与肝代谢功能。肝巨噬细胞也有不同亚群，并在肝小叶内的不同位置上发挥不同的功能。KCs的空间分布对于控制病原体传播至关重要，而骨髓来源的巨噬细胞则可能是对门静脉来源的病原体的主要响应者。在健康的肝脏中，肝巨噬细胞的分区也被证实与其表型密切相关。在肝脏组织损伤时，肝巨噬细胞的组成和分布会发生改变。在人类非酒精性脂肪肝病、原发性硬化性胆管炎或对乙酰氨基酚引起的急性损伤小鼠模型中，KCs支配的肝巨噬细胞池向MoMF主导的肝巨噬细胞池转变。这些变化与疾病进展指标强烈相关，并在肝脏不同区域表现出不同的特征。这些发现代表了一种“免疫瘢痕”，可能影响肝脏疾病进展和机体对未来损伤的反应。

巨噬细胞原位动力学

除了空间定位，时间维度对于正确理解巨噬细胞功能也至关重要。实时成像技术（尤其是延时活体成像技术）极大的改变了我们对免疫反应及其时序性的理解。这种方法证实了急性应答中巨噬细胞的异质性，同时观察到KCs在稳态和肝损伤后相对静止，MoMFs向损伤部位转移、累积并应答等特征。提示MoMFs的迁移性可作为治疗的一个重要目标，并可通过延时显微镜直接观察和量化。该技术可观察稳态KCs对老化血小板的清除，证实肝损伤时巨噬细胞吞噬能力下降，其结果可能与细菌感染相关，或归因于免疫抑制表型，特别是PD-L1表达增加。此外，延时显微镜对于体外研究也很重要，探索SP1或为非酒精性脂肪肝病的新研究机制。目前团队正在评估多细胞类器官或可灌注3D生物芯片等新技术进展，旨在促进基于细胞交互驱动细胞表型动态适应的分子机制。并组合不同器官模型系统，有助于解密器官间通讯的分子机制。

总结

文献阐述了肝脏巨噬细胞的异质性及肝脏微环境下的功能特异性，总结其空间定位和时间动态特征，同时，介绍了单细胞RNA测序、延时活体成像等技术在分析肝脏巨噬细胞结构及动态免疫反应中的重要作用。此外，文献还分析了不同技术在肝巨噬细胞时空多样性检测中的优缺点（如图），探讨了未来可能应用于研究肝脏巨噬细胞的技术，以便更深入地理解肝脏巨噬细胞的生物学特征。

图注：肝巨噬细胞时空多样性检测技术。单细胞悬浮经过单细胞转录组分析揭示了多个免疫细胞表型同时存在。多重免疫组化和成像质谱细胞学展示了明确定义的单核细胞种群的复杂和空间限制的聚集。延时活体显微镜揭示了免疫应答的时机和动态巨噬细胞功能。器官透明化和三维成像进一步深化了原位巨噬细胞生物学的理解。

来源：原文图  

引证本文

Guillot A, Tacke F. Spatial dimension of macrophage heterogeneity in liver diseases. eGastroenterology 2023;1:e000003. doi: 10.1136/egastro-2023-000003 https://egastroenterology.bmj.com/content/1/1/e000003

作者简介

Frank Tacke

Frank Tacke教授现为欧洲最大的教学医院之一德国柏林夏里特医学院肝脏病学和胃肠病学系主任，拥有内科、胃肠病学、内分泌学与糖尿病学、重症医学和传染病学专业委员会的资格认证。曾于2014-2018年间任EASL理事会成员。

Tacke教授共发表了690余篇研究型或综述型同行评议文章，h-index为117。在“Cross-field”领域被列为“2020年、2021年和2022年度高被引科研人员”。目前，担任Journal of Hepatology副主编，2022年成为eGastroenterology副主编。同时还是Hepatology, Gastroenterology ，Nature  Reviews Gastroenterology & Hepatology等期刊编委。

Adrien Guillot

Guillot博士，2014 年于法国巴黎东大学（University of Paris-East Créteil）获肝脏病理生理学博士学位，曾在美国国立卫生研究院（NIH）酒精滥用与中毒研究所进行博士后研究。Guillot 博士目前是德国柏林夏里特医学院（Charité–Universitätsmedizin Berlin）肝损伤和再生细胞相互作用研究组组长。他的研究重点是表征肝脏免疫微环境以及慢性肝病期间免疫细胞与实质细胞之间的相互作用，研究使用多重免疫染色和数字图像分析方法等创新技术，精心设计原代细胞培养系统。2022年加入eGastroenterology编委团队。 

监制：牛俊奇、白雨虹

编辑：高梦晗、朴美英、赵阳