2024-02-26
巨噬细胞（Macrophages，Mac）是一种广泛分布于全身组织的先天免疫细胞，属于单核吞噬系统。巨噬细胞具有三个基本的功能，即免疫调节、吞噬和抗原呈递。巨噬细胞能够吞噬和杀灭胞内寄生虫、细菌、肿瘤细胞以及自身衰老和异常的细胞，在机体的免疫防御、免疫自稳和免疫监视中发挥重要作用。那么从单细胞测序的角度出发，巨噬细胞又可以玩出哪些花样，且听一一道来。
01、巨噬细胞的起源 关于巨噬细胞的起源，目前学者们认为有两种。最开始，大部分的学者认为，巨噬细胞由骨髓中的造血干细胞(Hematopoietic stem cells,HSCs)-普通髓系祖细胞（Common myeloid progenitor cells，CMP）-单核细胞(Monocytes,Mono)分化而来。随着研究的深入，一些研究证据表明，一部分的巨噬细胞是来自胚胎卵黄囊和胎肝。 图一 巨噬细胞的起源 根据巨噬细胞所处的组织部位，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、破骨细胞等等。 图二 不同组织中的特异性巨噬细胞
02、巨噬细胞的类型 1、M1巨噬细胞和M2巨噬细胞 巨噬细胞的命运取决于各种环境条件，不同的环境条件会引发典型的促炎M1反应或触发M2免疫反应的极化。通过干扰素-γ (IFN-γ) 和脂多糖 (LPS) 等细胞因子诱导的是M1型巨噬细胞。M1巨噬细胞产生促炎细胞因子，例如白细胞介素 1 β (IL-1β)、IL-6 和肿瘤坏死因子-α (TNF-α)，参与促炎反应，具有强大抗肿瘤、清除凋亡细胞及坏死组织的能力。另一方面，M2巨噬细胞是由白细胞介素 4 (IL-4) 和白细胞介素13（ IL-13）等细胞因子诱导的交替激活的巨噬细胞。M2巨噬细胞通过分泌抗炎细胞因子，如IL-10，产生抗炎反应，参与肿瘤血管的生成和细胞外基质的重塑，还可以通过下调M1型巨噬细胞介导的功能和适应性免疫来控制炎症反应，从而发挥促肿瘤进展的作用。 总体而言，M1 和 M2 巨噬细胞代表巨噬细胞两种不同的激活状态，M1 巨噬细胞参与促炎反应，M2 巨噬细胞参与抗炎功能。M1和M2巨噬细胞是一种平衡状态，当组织微环境中的某些特定的细胞因子水平发生变化时，巨噬细胞会倾向于M1型或M2型，进而发挥特定的功能。 2、肿瘤相关巨噬细胞（TAM） 严格来说，TAM不是一种稳定状态下存在的巨噬细胞的亚群，在肿瘤微环境（TME）中，巨噬细胞则会摇身一变成为TAM。TAM不仅能够促进肿瘤的生长、侵袭和转移，并对化疗和免疫检查点抑制剂产生耐药性，TAM也介导肿瘤吞噬作用，经适当的激活后也可以通过增强对肿瘤细胞的吞噬作用和细胞毒性来发挥抗肿瘤作用。 TAM的极化不是一个确定的过程，由于TME复杂性和巨噬细胞的高度异质性，根据癌症类型，TAM可以表现出强大的功能和多样性的表型。 3、单细胞测序中巨噬细胞分类 单细胞测序中，巨噬细胞的M1、M2分类虽然是已经深入人心，但是，随着研究的深入，越来越多的学者发现，单单把巨噬细胞分为M1型和M2型，无法深入研究巨噬细胞的异质性。因此越来越多的文章开始采用机械分群的方式来对巨噬细胞进行分类和命名，同时结合了巨噬细胞的不同功能预测，对巨噬细胞的异质性有了更进一步地研究。 通过巨噬细胞的相关综述可以发现，在癌症的单细胞测序研究中，可以基于巨噬细胞的特征基因、富集通路和功能等，将这些 TAM 亚群命名为干扰素引发的 TAM (IFN-TAM)、免疫调控TAM (Reg-TAM)、富含炎性细胞因子的 TAM (Inflam-TAM)、脂质相关 TAM (LA-TAM)、促血管生成TAM (Angio-TAM)、RTM样TAM (RTM-TAM) 和增殖TAM (Prolif-TAM)，详见图三。这些巨噬细胞的分类和命名，极大程度的概括了巨噬细胞内部的异质性，对不同功能的巨噬细胞进行了详细的描述。例如，IFN-TAM，高表达IFN相关基因，如CXCL10和 ISG15等，这类TAM在多种癌症类型中被发现，包括乳腺癌，结直肠癌和肝细胞癌等等。在所有的TAM中，IFN-TAM最类似于M1型巨噬细胞。然而，目前的研究结果普遍认为M1型巨噬细胞具有抗肿瘤的功能，与此功能相反，IFN-TAM则被发现为免疫抑制类巨噬细胞，通过色氨酸降解和调节T细胞（Treg）的募集来抑制免疫反应。在某些情况下，IFN-TAM 是否可能具有抗肿瘤功能有待进一步研究。 图三 TAM的分型 当然，也有一些学者采用了高表达的标记基因对巨噬细胞进行分类和注释。如2022年4月在Nat Commun上发表的一篇基于单细胞测序揭示结直肠癌TME景观图谱的文章"Single-cell and spatial analysis reveal interaction of FAP+ fibroblasts and SPP1+ macrophages in colorectal cancer"，作者则是通过整合分析scRNA-seq数据，对髓系细胞进行细分，得到了上调不同标记基因的巨噬细胞，同时对这些巨噬细胞进行注释，作者发现，SPP1+巨噬细胞是肿瘤特异性巨噬细胞，SPP1+巨噬细胞在结直肠癌中显著浸润并和不良预后及肿瘤免疫治疗耐受相关。 图四 巨噬细胞注释结果
03、总 结 通过上面的介绍，我们对巨噬细胞来源和分类，有了一些系统性的认知。在后续的研究过程中，各位老师可以根据自己的项目，调整对巨噬细胞的分类，从而对巨噬细胞内部异质性进行全面的评估。派森诺生物单细胞空转产品部，能够结合每位老师的研究目的，给予最合适的巨噬细胞的分类和注释结果，并且结合巨噬细胞的基因集打分，助您在分析过程中快速找到研究思路，快来一起体验下吧。
参考文献： 1.Shanze Chen Abdullah F.U.H. Saeed, Quan Liu.et al.Macrophages in immunoregulation and therapeutics.Signal Transduct Target Ther. 2023; 8: 207. 2.Jing Li.et. al. Single-cell atlas of the immune microenvironment reveals macrophage reprogramming and the potential dual macrophage-targeted strategy in multiple myeloma. British Journal of Hematology. 2023. 3.刘怡辰, 向卉楠, 诸君, 等. 肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤中作用的研究进展 [J] . 肿瘤研究与临床, 2021, 33(2) : 149-153. 4.Corliss BA.et al.Macrophages:an inflammatory link between angiogenesis and lymphangiogenesis[J].Microcirculation,2016,23(2): 95-121. 5.Ruo-Yu Ma,et al.Macrophage diversity in cancer revisited in the era of single-cell omics[J].Trends in Immunology.July 2022,Vol.43, No.7:P546-563. 6.Jingjing Qi,et al.Single-cell and spatial analysis reveal interaction of FAP+ fibroblasts and SPP1+ macrophages in colorectal cancer.Nature Communications.2022 Apr 1;13(1):1742.
