单细胞测序鉴定肺间质巨噬细胞亚群

研究背景

CD+组织驻留巨噬细胞位于次级淋巴组织和非淋巴组织。淋巴组织中的巨噬细胞被战略性地定位为吞噬和清除来自血液和淋巴中入侵病原体的守卫，促进骨髓(BM)红细胞的生成。肠内的巨噬细胞能够促进右旋糖酐硫酸钠诱导结肠炎后炎性单核细胞的募集。

肺内有两个不同的巨噬细胞群，肺泡巨噬细胞(AMs)和间质巨噬细胞(IMs)。IMs由几个亚群组成，对IM亚群在体内平衡和感染过程中的空间定位、维持和功能的认识还很有限。

本研究集中在CD+肺巨噬细胞群上，这些巨噬细胞主要分布在大的细支气管周围和与气道相关的神经附近，定义为神经与气道相关的巨噬细胞(NAMs)。

方法流程

研究结果

1）CD+间质巨噬细胞(IM)在肺组织中的表达

用野生型(WT)和CD-tdTomato小鼠冰冻肺切片免疫染色，共聚焦显微镜成像。CD+、CD11c+AMs定位于肺实质的肺泡内（紫色箭头），CD+、CD11c-间质巨噬细胞(IMs)主要分布在气道周围，与气道上皮细胞紧密贴合（白色箭头）。

IMs除了具有明显的地理定位外，还具有明显的形态特征。NAMs呈拉长状，并有树突状突起。CX3CR1在CD+气道相关IMs(白色箭头)和CD-IMs(绿色箭头)上表达，而在AMs(紫色箭头)上不表达。

气道相关巨噬细胞显示独特的形态和定位

2)肺巨噬细胞的表型和基因组分析

显微成像和流式细胞术检查了NAMs的表型特性，NAMs表达F4/80、CD、MerTK和CD64。初步断定CDIMs(CD11c+CD-)和NAMs(CD+CD11c-)是间质巨噬细胞(IMs)的两个不同的子集。

肺部巨噬细胞的表型

采用转录组测序(RNA-seq)分析相同小鼠肺部分离的NAM和AM亚群，确定CD+巨噬细胞两个主要亚群的分子差异。分析表明，NAMs中免疫调节基因显著富集。

NAMs和AMs亚群的转录组分析

筛选肺内巨噬细胞(MerTK+CD64+)，进行scRNA-seq分析，通过t-SNE分析降维，在肺组织巨噬细胞群中确定了5个潜在的聚类，cluster3为NAMs。NAMs表现出独特的基因特征、形态和地理定位，使它们区别于肺中的AMs和其他巨噬细胞亚群。

单细胞转录组测序结果

3)NAMs起源于卵黄囊，发育依赖于CSF1-CSF1R信号

作者接下来评估了NAMs的起源，将Cx3cr1CreER与tdTomato小鼠杂交。在胚胎第8.5天(E8.5)用三苯氧胺(TAM)进行处理。发现大部分Cx3cr1-CreEr-Rosa26-tdTomato小鼠的NAMs中tdTomato表达阳性，表明NAMs是胚胎衍生的，是通过卵黄囊产生的。

NAMs来源于卵黄囊

作者确定了哪种生长因子对NAMs的发育比较重要，NAMs表达了高水平的CSF1R，Csf1r?/?小鼠中NAMs数量显著减少，表明NAMs依赖于CSF1-CSF1R信号。

4)NAMs与炎症之间的关系

最后作者研究表达CD的肺部巨噬细胞(AMs和NAMs)在流感感染期间的生理作用。使用3种转基因小鼠的模型，CD-DTR：消耗NAMs和AMs；NAM-DTR：消耗NAMs，不消耗AMs；AM-DTR：消耗AMs，不消耗NAMs。

结果表明，AMs的作用是帮助清除感染，NAMs分泌免疫抑制因子IL-10是调节肺部炎症的潜在机制。

NAMs调节炎症反应

研究结论

本文强调了肺中组织驻留巨噬细胞的几个不同亚群的生物学基础的复杂性，证明了神经和气道相关巨噬细胞是肺巨噬细胞中一个独特的亚群，这些巨噬细胞的功能是维持免疫和组织稳态。

通过单细胞测序技术鉴定的新的巨噬细胞亚型可以为呼吸道感染和其他肺部炎症疾病的研究和治疗开辟新的途径。

参考文献

UralBB,YeungST,Damani-YokotaP,etal.Identificationofanerve-associated,lung-residentinterstitialmacrophagesubsetwithdistinctlocalizationandimmunoregulatoryproperties.SciImmunol.;5(45):eaax.

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