組織駐留巨噬細胞（TRM）大多源自出生前的胚胎祖細胞；在部分組織中，穩態環境下其可依靠少量單核細胞輸入實現自我維持。由于定位于組織內部，組織駐留巨噬細胞可作為早期免疫哨兵，識別并清除入侵病原體。但越來越多研究證實，受到病原體刺激后，組織駐留巨噬細胞易發生焦亡或壞死性凋亡。穩態下組織駐留巨噬細胞儲備池短暫耗竭并不會造成嚴重損傷，可一旦存在致病菌感染，組織駐留巨噬細胞缺失會造成機體防御缺口，大幅提升感染引發的機體損傷風險。因此，機體需要快速募集循環單核細胞填補該生態位，重建外周免疫應答。
單核細胞屬于短壽細胞，由骨髓中定向單核祖細胞 —— 共同單核祖細胞（cMoP）分化生成。共同單核祖細胞會經歷過渡發育階段形成過渡型前單核細胞（TpMo），再進一步分化為成熟經典 Ly6C 高表達單核細胞（MatMo）。細菌入侵時，成熟 Ly6C 高表達單核細胞會被募集至外周組織，同時承擔兩項互斥的生理功能。一方面，成熟單核細胞通過分泌細胞因子、產生活性氧、吞噬細菌發揮抗菌效應功能以控制感染；另一方面，單核細胞還需分化為單核細胞源性巨噬細胞（MDM），補充因組織駐留巨噬細胞凋亡而空出的生態位。但單核細胞無法同步完成活化分化與效應功能執行：單核細胞吞噬細菌、抗菌功能耗竭后，常發生吞噬誘導性細胞死亡，該過程伴隨凋亡發生。由此產生關鍵科學問題：機體是否演化出調控機制，平衡單核細胞的免疫監視功能與組織駐留巨噬細胞生態位補充需求，以持續抵御細菌入侵。
本研究證實，在急性細菌感染與膿毒癥刺激下，外周循環中會出現一類獨特的 Ly6C 高表達單核細胞亞群，即過渡型前單核細胞（TpMo）。當成熟 Ly6C 高表達單核細胞極易發生細菌誘導性死亡時，過渡型前單核細胞成為巨噬細胞補充的核心來源。成熟單核細胞會釋放大量促炎細胞因子，誘發膿毒癥細胞因子風暴；而過渡型前單核細胞及其分化產生的巨噬細胞可制衡該過度炎癥反應，進而緩解膿毒癥損傷、保護機體。綜上，本研究揭示單核細胞亞群功能特化機制：通過分工平衡單核細胞抗菌效應輸出與巨噬細胞儲備補充兩大需求，降低細菌感染帶來的機體損傷。
圖1.Proliferative Ly6Chi monocytes in the blood assessed by BrdU incorporation in vivo (A) and numbers quantified (B)
生理穩態下無法在血液中檢測到非增殖型 Ly6C 高表達單核細胞，因此本研究進一步探究感染期間能誘導這類細胞出現在循環血中的調控因素。腹腔組分分析結果顯示，與對照組小鼠相比，大腸桿菌感染小鼠腹腔巨噬細胞的凋亡與壞死數量顯著上升（圖 2 A、B）。基于上述結果，我們提出假說：循環血中增殖型 Ly6C 高表達單核細胞的出現，是機體針對腹腔生態位外周巨噬細胞耗減產生的應答反應。
血液中增殖型 Ly6C 高表達單核細胞的出現不依賴 CCR2，且發生于細菌誘導組織駐留巨噬細胞（TRM）耗損之后：
圖2： Emergence of Ly6Chi-proliferative monocytes was CCR2 independent and occurred after bacteria-induced TRM loss.
為驗證該假說，我們采用氯膦酸脂質體（Liposoma，CP-005-005）清除腹腔組織巨噬細胞，該處理方案已被前人證實不會影響血液單核細胞（圖 2C）。實驗結果顯示，僅單純清除巨噬細胞時，小鼠循環血中并未檢出增殖型 Ly6C 高表達單核細胞（圖 2C）；但在巨噬細胞清除后再進行大腸桿菌感染處理，小鼠循環血內增殖型 Ly6C 高表達單核細胞數量大幅升高，感染組細胞數量達到對照組的 10 倍（圖 2C）。與之相反，無論是否預先清除巨噬細胞，大腸桿菌感染狀態下小鼠循環總 Ly6C 高表達單核細胞數量無顯著差異（圖 2C）。
以上結果證明，血液增殖型 Ly6C 高表達單核細胞的數量變化與外周巨噬細胞生態位耗減存在負相關；但該類細胞僅在巨噬細胞大量損耗合并大腸桿菌感染時才會出現（圖 2C），說明細菌感染是驅動血液增殖型 Ly6C 高表達單核細胞生成的關鍵條件。組織巨噬細胞缺失會降低外周組織對細菌的清除能力，因此我們繼續探究血液增殖型 Ly6C 高表達單核細胞的數量是否與機體細菌載量升高存在關聯。實驗發現，巨噬細胞清除后血液增殖型 Ly6C 高表達單核細胞的增幅，與感染小鼠體內大腸桿菌載量的上升呈正比（圖 2 D、E）。
我們進一步證實細菌信號是誘導血液增殖型 Ly6C 高表達單核細胞生成的重要觸發因子：Tlr4 基因敲除小鼠體內檢測不到該類細胞（圖 2F）。現有經典理論認為，Toll 樣受體 4（TLR4）信號通路激活會以 CCR2 依賴的方式動員 Ly6C 高表達單核細胞 (29,30)，但本研究結果與之不同：Ccr2 敲除小鼠與野生型（WT）小鼠體內增殖型 Ly6C 高表達單核細胞數量相近，證明這類增殖單核細胞的產生不依賴 CCR2 信號通路（圖 2G）。
綜上，本研究發現一條反饋調控環路：感染過程中外周巨噬細胞生態位耗減會導致體內細菌載量激增，進而通過該環路促進血液增殖型 Ly6C 高表達單核細胞大量生成。
論文信息：
論文題目：Transitional premonocytes emerge in the periphery for host defense against bacterial infections
期刊名稱：Science Advances
時間期卷：Vol 8, Issue9(2022)
在線時間：2022年3月4日
DOI: 10.1126/sciadv.abj46
產品信息：
貨號：CP-005-005
規格：5ml+5ml
品牌：Liposoma
產地：荷蘭
名稱：Clodronate Liposomes&Control Liposomes
辦事處：靶點科技
Clodronate Liposomes氯膦酸鹽脂質體腹腔注射，清除細菌感染模型里巨噬細胞。荷蘭Liposoma巨噬細胞清除劑ClodronateLiposomes見刊于Science Advances：過渡型前單核細胞在外周組織中產生，參與宿主抵御細菌感染的免疫防御。
Liposoma巨噬細胞清除劑Clodronate Liposomes氯膦酸二鈉脂質體清除巨噬細胞的材料和方法：
In vivo macrophage depletion
Clodronate liposomes suspension (LIPOSOMA) was administered intraperitoneally according to the recommended doses (100 μl of suspension/10 g of mouse weight), and E. coli infection was carried out 66 hours after. PBS liposomes suspension was injected as a control. Macrophages were depleted without affecting blood monocytes as previously described.
按照推薦給藥劑量（每 10 克小鼠體重注射 100 微升混懸液）對小鼠腹腔注射氯膦酸二鈉脂質體混懸液（品牌：LIPOSOMA），66 小時后開展大腸桿菌感染造模；同步注射 PBS 空白脂質體混懸液作為對照組。如前人報道所述，該處理方案可特異性耗竭巨噬細胞，且不影響外周血單核細胞數量。
巨噬細胞清除材料和方法文獻截圖：過渡型前單核細胞在外周組織中產生，參與宿主抵御細菌感染的免疫防御。
