共聚焦成像揭示脑边界巨噬细胞再殖新机制及神经免疫应用

关键词：脑边界巨噬细胞；命运图谱；再殖机制

中枢神经系统内驻留不同类型的组织巨噬细胞：小胶质细胞定居于脑实质，中枢神经系统相关巨噬细胞（CAMs）分布于脑边界，血管周围与软脑膜巨噬细胞合称硬膜下 CAMs（sdCAMs）。两者均源于胚胎卵黄囊前体；小胶质细胞可自主再殖，而 sdCAMs 的再殖机制尚不明确。本研究借助命运图谱、多组学与高分辨率成像，揭示两者再殖的本质差异：sdCAMs 不能自主更新，而是短暂接纳单核细胞植入，且单核来源 sdCAMs 在转录、表观遗传与功能上区别于胚胎来源细胞，并提出选择性交换 sdCAMs 而不影响小胶质细胞的方案。

该研究由 Maximilian Fliegauf 等完成，Lukas Amann 与 Marco Prinz 为共同通讯作者，论文题为 Distinct origins and niches determine the cellular responsiveness of CNS macrophages after repopulation，2026年3月在线发表于Nature Immunology。

重要发现

01命运图谱揭示sdCAMs 的异质性来源

为追踪再殖细胞来源，研究者采用多种髓系特异性CreERT2 命运图谱小鼠。在 Cx3cr1CreERT2R26tdT 小鼠中，再殖后小胶质细胞始终保持 tdTomato 高标记，而 sdCAMs 的标记比例明显下降，提示来源并非完全细胞自主。利用小胶质细胞特异性 HexbCreERT2R26YFP、CAMs 特异性Mrc1CreERT2R26tdT 与造血干细胞（HSC）特异性 Cxcr4CreERT2R26tdT 小鼠，证明再殖小胶质细胞全部源于残存细胞增殖；再殖 sdCAMs 则部分来自残存细胞、部分来自外周 HSC 来源细胞。使用 Ccr2CreERT2R26tdT 小鼠特异性标记单核细胞，发现再殖前两周内单核细胞显著植入 sdCAMs，而在种群完全恢复的 8 周后标记单核细胞未见新增植入，表明单核细胞植入具有瞬时性。

中枢神经系统中中枢神经系统相关巨噬细胞（CAMs）和小胶质细胞（MG）的时空特异性再增殖动力学

02再殖后sdCAMs 的转录与表观遗传改变

再殖8 周后的单细胞测序（21,402 个细胞）显示，再殖小胶质细胞几乎不受影响，仅 3 个基因发生轻微变化；再殖 sdCAMs 则存在 648 个差异表达基因，且亚群组成显著改变，MHC II 类高表达的 sdCAM2 亚群由对照的 21.18% 升至 40.07%。bulk RNA-seq 与单细胞 ATAC 测序进一步证明，HSC 来源 sdCAMs 富集 MHC II 类相关基因、Ccr2 与 Fxyd5，卵黄囊来源 sdCAMs 则高表达 Lyve1、Cd163 与 Folr2；再殖后 sdCAMs 出现 3,215 处染色质可及性改变，约为小胶质细胞或 dCAMs 的两倍，提示发育起源的表观遗传印记最终决定其表型。转录因子基序分析显示，卵黄囊来源 sdCAMs 富集 Arid3a、Hic1 等基序，HSC 来源 sdCAMs 则富集 RUNX1 基序，与其单核细胞谱系来源一致。

造血对中枢神经系统巨噬细胞再生的贡献

单核细胞浸润到中枢神经系统界面是短暂的，依赖于粘附分子

03细胞起源决定sdCAMs 的免疫应答

在全身性脂多糖（LPS）攻击模型中，HSC 来源（tdT+）sdCAMs 富集 Il10ra、Irf4 与 Hdac11，倾向增殖与伤口愈合程序；卵黄囊来源（tdT−）sdCAMs 则高表达 Saa3、Aif1 等炎症活化基因，呈现强烈细胞活化与应激特征。在缺乏循环单核细胞的 Ccr2 缺陷小鼠中，再殖 sdCAMs 的 LPS 反应差异基本消失，证实单核细胞植入塑造了边界巨噬细胞的功能应答，而小胶质细胞的免疫反应性不受影响。

再填充后sdCAMs但不包括MG的长期转录变化

04选择性sdCAMs 替换影响缺血性卒中结局

在血栓栓塞性卒中模型中，再殖小鼠在卒中后第1 天与第 5 天的神经功能表现均较对照更差。分子 MRI 显示，抗 P-selectin 偶联的超顺磁性氧化铁微粒信号在再殖小鼠梗死侧显著增强，并与握力缺陷程度正相关；而抗 VCAM-1 分子 MRI 信号两组间无差异，提示卒中后血管内皮以 P-selectin 上调为主。病变体积、出血评分等结构性指标亦无差异。这表明，HSC 来源 sdCAMs 的替换增强了卒中后的炎症与活性氧相关基因表达，加重神经功能损伤，同时提示卵黄囊来源 sdCAMs 在卒中中具有保护性作用。

sdCAMs的非细胞自主再填充

创新与亮点

本研究突破了中枢神经系统巨噬细胞再殖研究的关键难题。其一，借助多谱系命运图谱、单细胞组学与高分辨率共聚焦成像，系统阐明sdCAMs 与小胶质细胞在再殖来源上的本质差异，纠正了将其视为同类自主更新细胞的既有认知。其二，开发出基于单次短期耗竭的生态位特异性替换策略，可在不影响小胶质细胞的前提下，选择性以单核细胞来源细胞长期交换 CNS 边界巨噬细胞，为神经免疫研究提供了可推广的实验范式。其三，利用分子 MRI 等活体成像手段，在 70 微米各向同性分辨率下追踪卒中后内皮激活状态，建立了再殖细胞功能与疾病结局的定量关联。该技术路径在神经炎症与神经退行性疾病研究中具有明确价值：通过调控边界巨噬细胞的细胞来源，有望为缺血性卒中与神经退行性疾病的免疫调节治疗提供新的干预窗口。

总结与展望

该研究系统揭示了CNS 边界巨噬细胞再殖的异质性机制：小胶质细胞自主再殖，sdCAMs 则短暂接纳单核细胞植入，且这一来源差异在转录、表观遗传与功能层面长期留存，最终影响内毒素应答与卒中结局。未来，基于生态位特异性替换策略，有望解析不同来源巨噬细胞在各类 CNS 疾病中的分工；结合活体成像与基因编辑，或可开发以边界巨噬细胞为靶点的细胞治疗与免疫调节方案，为神经退行性疾病与缺血性脑损伤提供转化前景。

论文信息

声明：本文仅用作学术目的。

Fliegauf, M., Levard, D., Cardamone, F. et al. Distinct origins and niches determine the cellular responsiveness of CNS macrophages after repopulation. Nat Immunol 27, 961–974 (2026). 

doi:https://doi.org/10.1038/s41590-026-02457-y