组织驻留巨噬细胞（TRM）大多源自出生前的胚胎祖细胞；在部分组织中，稳态环境下其可依靠少量单核细胞输入实现自我维持。由于定位于组织内部，组织驻留巨噬细胞可作为早期免疫哨兵，识别并清除入侵病原体。但越来越多研究证实，受到病原体刺激后，组织驻留巨噬细胞易发生焦亡或坏死性凋亡。稳态下组织驻留巨噬细胞储备池短暂耗竭并不会造成严重损伤，可一旦存在致病菌感染，组织驻留巨噬细胞缺失会造成机体防御缺口，大幅提升感染引发的机体损伤风险。因此，机体需要快速募集循环单核细胞填补该生态位，重建外周免疫应答。
单核细胞属于短寿细胞，由骨髓中定向单核祖细胞 —— 共同单核祖细胞（cMoP）分化生成。共同单核祖细胞会经历过渡发育阶段形成过渡型前单核细胞（TpMo），再进一步分化为成熟经典 Ly6C 高表达单核细胞（MatMo）。细菌入侵时，成熟 Ly6C 高表达单核细胞会被募集至外周组织，同时承担两项互斥的生理功能。一方面，成熟单核细胞通过分泌细胞因子、产生活性氧、吞噬细菌发挥抗菌效应功能以控制感染；另一方面，单核细胞还需分化为单核细胞源性巨噬细胞（MDM），补充因组织驻留巨噬细胞凋亡而空出的生态位。但单核细胞无法同步完成活化分化与效应功能执行：单核细胞吞噬细菌、抗菌功能耗竭后，常发生吞噬诱导性细胞死亡，该过程伴随凋亡发生。由此产生关键科学问题：机体是否演化出调控机制，平衡单核细胞的免疫监视功能与组织驻留巨噬细胞生态位补充需求，以持续抵御细菌入侵。
本研究证实，在急性细菌感染与脓毒症刺激下，外周循环中会出现一类独特的 Ly6C 高表达单核细胞亚群，即过渡型前单核细胞（TpMo）。当成熟 Ly6C 高表达单核细胞极易发生细菌诱导性死亡时，过渡型前单核细胞成为巨噬细胞补充的核心来源。成熟单核细胞会释放大量促炎细胞因子，诱发脓毒症细胞因子风暴；而过渡型前单核细胞及其分化产生的巨噬细胞可制衡该过度炎症反应，进而缓解脓毒症损伤、保护机体。综上，本研究揭示单核细胞亚群功能特化机制：通过分工平衡单核细胞抗菌效应输出与巨噬细胞储备补充两大需求，降低细菌感染带来的机体损伤。
图1.Proliferative Ly6Chi monocytes in the blood assessed by BrdU incorporation in vivo (A) and numbers quantified (B)
生理稳态下无法在血液中检测到非增殖型 Ly6C 高表达单核细胞，因此本研究进一步探究感染期间能诱导这类细胞出现在循环血中的调控因素。腹腔组分分析结果显示，与对照组小鼠相比，大肠杆菌感染小鼠腹腔巨噬细胞的凋亡与坏死数量显著上升（图 2 A、B）。基于上述结果，我们提出假说：循环血中增殖型 Ly6C 高表达单核细胞的出现，是机体针对腹腔生态位外周巨噬细胞耗减产生的应答反应。
血液中增殖型 Ly6C 高表达单核细胞的出现不依赖 CCR2，且发生于细菌诱导组织驻留巨噬细胞（TRM）耗损之后：
图2： Emergence of Ly6Chi-proliferative monocytes was CCR2 independent and occurred after bacteria-induced TRM loss.
为验证该假说，我们采用氯膦酸脂质体（Liposoma，CP-005-005）清除腹腔组织巨噬细胞，该处理方案已被前人证实不会影响血液单核细胞（图 2C）。实验结果显示，仅单纯清除巨噬细胞时，小鼠循环血中并未检出增殖型 Ly6C 高表达单核细胞（图 2C）；但在巨噬细胞清除后再进行大肠杆菌感染处理，小鼠循环血内增殖型 Ly6C 高表达单核细胞数量大幅升高，感染组细胞数量达到对照组的 10 倍（图 2C）。与之相反，无论是否预先清除巨噬细胞，大肠杆菌感染状态下小鼠循环总 Ly6C 高表达单核细胞数量无显著差异（图 2C）。
以上结果证明，血液增殖型 Ly6C 高表达单核细胞的数量变化与外周巨噬细胞生态位耗减存在负相关；但该类细胞仅在巨噬细胞大量损耗合并大肠杆菌感染时才会出现（图 2C），说明细菌感染是驱动血液增殖型 Ly6C 高表达单核细胞生成的关键条件。组织巨噬细胞缺失会降低外周组织对细菌的清除能力，因此我们继续探究血液增殖型 Ly6C 高表达单核细胞的数量是否与机体细菌载量升高存在关联。实验发现，巨噬细胞清除后血液增殖型 Ly6C 高表达单核细胞的增幅，与感染小鼠体内大肠杆菌载量的上升呈正比（图 2 D、E）。
我们进一步证实细菌信号是诱导血液增殖型 Ly6C 高表达单核细胞生成的重要触发因子：Tlr4 基因敲除小鼠体内检测不到该类细胞（图 2F）。现有经典理论认为，Toll 样受体 4（TLR4）信号通路激活会以 CCR2 依赖的方式动员 Ly6C 高表达单核细胞 (29,30)，但本研究结果与之不同：Ccr2 敲除小鼠与野生型（WT）小鼠体内增殖型 Ly6C 高表达单核细胞数量相近，证明这类增殖单核细胞的产生不依赖 CCR2 信号通路（图 2G）。
综上，本研究发现一条反馈调控环路：感染过程中外周巨噬细胞生态位耗减会导致体内细菌载量激增，进而通过该环路促进血液增殖型 Ly6C 高表达单核细胞大量生成。
论文信息：
论文题目：Transitional premonocytes emerge in the periphery for host defense against bacterial infections
期刊名称：Science Advances
时间期卷：Vol 8, Issue9(2022)
在线时间：2022年3月4日
DOI: 10.1126/sciadv.abj46
产品信息：
货号：CP-005-005
规格：5ml+5ml
品牌：Liposoma
产地：荷兰
名称：Clodronate Liposomes&Control Liposomes
办事处：靶点科技
Clodronate Liposomes氯膦酸盐脂质体腹腔注射，清除细菌感染模型里巨噬细胞。荷兰Liposoma巨噬细胞清除剂ClodronateLiposomes见刊于Science Advances：过渡型前单核细胞在外周组织中产生，参与宿主抵御细菌感染的免疫防御。
Liposoma巨噬细胞清除剂Clodronate Liposomes氯膦酸二钠脂质体清除巨噬细胞的材料和方法：
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.
按照推荐给药剂量（每 10 克小鼠体重注射 100 微升混悬液）对小鼠腹腔注射氯膦酸二钠脂质体混悬液（品牌：LIPOSOMA），66 小时后开展大肠杆菌感染造模；同步注射 PBS 空白脂质体混悬液作为对照组。如前人报道所述，该处理方案可特异性耗竭巨噬细胞，且不影响外周血单核细胞数量。
巨噬细胞清除材料和方法文献截图：过渡型前单核细胞在外周组织中产生，参与宿主抵御细菌感染的免疫防御。
