《Nature》：腦邊界相關(guān)巨噬細胞（BAMs）和斑馬魚壁淋巴管內(nèi)皮細胞（muLECs）發(fā)育的趨同進化

2026年1月21日，澳大利亞彼得·麥卡倫癌癥中心的Benjamin M. Hogan研究團隊，在國際期刊Nature在線發(fā)表題為：Convergent evolution of scavenger cell development at brain borders的研究論文。研究發(fā)現(xiàn)，在斑馬魚中，一種名為壁淋巴管內(nèi)皮細胞（mural lymphatic endothelial cells：muLECs）的血管來源細胞在解剖位置和功能上與哺乳動物的邊界相關(guān)巨噬細胞（border-associated macrophages：BAMs）驚人地相似。

研究團隊人員綜合運用了單細胞RNA測序（scRNA-seq）、CRISPR/Cas9基因編輯、轉(zhuǎn)基因動物模型以及跨物種的原位雜交技術(shù)，深入探索了脊椎動物腦膜清除細胞的起源與進化。研究人員首先在斑馬魚中鑒定了轉(zhuǎn)錄因子odd-skipped related 2 (osr2) 是muLEC譜系特異性的標記和關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，隨后通過對比小鼠、人類、鯊魚、蠑螈和雞的數(shù)據(jù)，構(gòu)建了這類細胞的進化樹。研究發(fā)現(xiàn)，muLECs代表了一種古老的脊椎動物清除細胞譜系，廣泛存在于非哺乳類脊椎動物中，而哺乳動物的BAMs則是后來演化出的替代者。這一發(fā)現(xiàn)解決了長期以來關(guān)于腦膜免疫監(jiān)視細胞進化來源的謎題，證實了muLECs和BAMs是趨同進化的產(chǎn)物。

脊椎動物的血腦屏障和腦膜作為屏障，共同調(diào)控中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中細胞、營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的流入和流出。因此，中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有免疫特權(quán)，并由高度專業(yè)化的免疫細胞進行控制。哺乳動物中的關(guān)鍵先天免疫細胞是實質(zhì)膠質(zhì)細胞和邊界/屏障相關(guān)巨噬細胞（BAMs）。BAMs在哺乳動物胚胎中由卵黃囊來源的單核祖細胞發(fā)育而來，通過低水平的自我再生在生命過程中得到補充，并在疾病狀態(tài)下由循環(huán)單核細胞流入補充。BAMs表達一套獨特的清道夫受體，如MRC1（CD206）、LYVE1、STAB1等，這些受體參與不同配體和組織廢物的吞噬作用。它們定位于腦邊界的血管周間隙、脈絡叢和腦膜，被認為既可清理廢物又可調(diào)節(jié)免疫反應。研究表明，BAMs會影響阿爾茨海默病和帕金森病表型的進展，并與中風和腦癌相關(guān)。我們對于中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫細胞類型的理解大多來自哺乳動物系統(tǒng)的研究。因此，對于在免疫特權(quán)完整的其他系統(tǒng)發(fā)育背景下，中樞神經(jīng)系統(tǒng)免疫在細胞和功能水平上的進化分化，我們知之甚少。

斑馬魚具有保守的血-腦屏障和神經(jīng)血管單元的細胞譜系，以及保守的先天免疫系統(tǒng)。雖然斑馬魚的巨噬細胞、中性粒細胞和小膠質(zhì)細胞在功能上與哺乳動物的對應細胞同源，但BAMs尚未被描述。然而，在CNS中靠近腦膜軟脊層的區(qū)域先前發(fā)現(xiàn)了一類新的孤立muLECs（也稱為腦淋巴內(nèi)皮細胞或熒光顆粒圍血細胞），其位置相當于哺乳動物中的BAMs。muLECs起源于脈絡叢血管叢，在受精后5–7天（dpf）形成在斑馬魚腦背表面的環(huán)狀血管結(jié)構(gòu)。這些環(huán)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的細胞隨后分散成單個細胞，作為覆蓋在幼魚和成魚腦膜血管網(wǎng)絡上的稀疏血管周圍細胞群。該發(fā)育過程依賴于淋巴管生成的經(jīng)典驅(qū)動因子（vegfc, flt4, ccbe1, prox1a）和膠質(zhì)細胞功能，且不依賴造血程序。muLECs是一類特化的淋巴細胞類型，具有獨特的間充質(zhì)形態(tài)，并以類似清道夫內(nèi)皮細胞（ECs）的方式中執(zhí)行吞噬大分子廢物進入內(nèi)吞囊泡的功能。該清除功能依賴于Mrc1（也稱為CD206）、Stab1、Stab2和內(nèi)吞適配蛋白Dab2。到目前為止，控制muLEC分化的譜系特異性標志和發(fā)育程序尚未被確定。

該團隊首先研究了muLECs在填充斑馬魚中腦表面時的發(fā)育轉(zhuǎn)變。在宏觀形態(tài)學水平上，靠近中腦靜脈的muLECs逐漸相互斷開，失去細長的內(nèi)皮細胞（EC）外觀，在7?dpf和30?dpf之間變得彼此分離并呈現(xiàn)更圓的形態(tài)。為了識別這一變化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因素，作者歸納了針對EC的單細胞RNA測序（scRNA-seq）時間動態(tài)過程，并整合了涵蓋腦內(nèi)muLEC發(fā)育關(guān)鍵階段的數(shù)據(jù)集。這包括受精后40小時(hpf)、3?dpf、4?dpf、5?dpf和7?dpf，囊括了LECs（ lymphatic endothelial cell： LEC ）從胚胎靜脈萌芽（40?hpf）、muLECs在中腦腦膜的出現(xiàn)（3–4?dpf）以及muLEC環(huán)的形成（5–7?dpf）不同發(fā)育階段。作者基于已知的標記基因?qū)毎哼M行了注釋，并對ECs（n=15,898）進行了重新聚類。一個假定的muLEC群被識別為在轉(zhuǎn)錄水平上與其他EC群，包括LECs，具有明顯區(qū)分。為了探究muLECs與LECs之間的轉(zhuǎn)錄差異，作者在3?dpf和7?dpf進行了差異表達基因（DEG）分析。若干標記LECs的基因在muLEC群中顯著下調(diào)或缺失（例如cadherin-6 (cdh6)和tbx1），而其他基因的表達則有所降低（例如prox1a）。相反，與清道夫功能相關(guān)的基因（例如lyve1b、mrc1a）上調(diào)。值得注意的是，轉(zhuǎn)錄因子odd-skipped-related 2 (osr2)，此前被描述在哺乳動物腭部、滑膜關(guān)節(jié)、腎臟及骨形成以及斑馬魚鰭軟骨發(fā)生中的作用，是7?dpf時muLEC群中上調(diào)最多的基因。osr2在40?hpf至3?dpf之間開始在ECs中表達，并在所有時間點特異性局限于muLEC群，是整個轉(zhuǎn)錄組中細胞類型特異性的標記。cdh6和tbx1是LEC特異性標記，在muLECs中不表達。

osr2 是 muLEC 發(fā)育的特異性marker

為了理解osr2在muLEC發(fā)育中的功能，研究人員利用CRISPR基因組編輯技術(shù)生成了一個預測的功能缺失突變體。osr2突變體及其野生型同胞在所有時間點表現(xiàn)出無法區(qū)分的生長和形態(tài)。成熟的muLECs通常是孤立的單個細胞，細胞間接觸有限，這與血管內(nèi)的內(nèi)皮細胞不同。在突變體中，muLEC數(shù)量未改變，但向獨立清道夫細胞的典型轉(zhuǎn)變異常。與同胞對照相比，osr2突變體的muLEC長度在14 dpf、21 dpf 和30 dpf 時均增加，但在7 dpf 時未發(fā)生變化。此外，從14 dpf 到30 dpf，osr2突變體中與其他muLEC發(fā)生細胞間接觸的muLEC百分比減少。總體來看，這些數(shù)據(jù)表明osr2在muLEC從內(nèi)皮細胞向獨立細胞形態(tài)轉(zhuǎn)變中起作用。此外，我們將突變體和同胞動物飼養(yǎng)至1年齡，并評估 muLEC。盡管突變體的大腦在形態(tài)上正常，我們?nèi)杂^察到muLEC顯著喪失，表明osr2在muLEC維持中是必需的。

哺乳動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)沒有LEC，淋巴管僅在靠近顱骨的硬腦膜處可見。盡管人類組織學分析中觀察到表現(xiàn)出某些LEC標記的罕見細胞，但從未有大量類似斑馬魚muLEC的種群報告。為了以無偏的方式尋找哺乳動物的muLEC群體，我們基于小鼠腦膜細胞中分離細胞進行scRNA測序，結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)表達osr2或淋巴管標記的muLEC群體，證實哺乳動物腦膜缺乏此類細胞。然而，轉(zhuǎn)錄組對比分析顯示，斑馬魚的muLEC在基因表達特征上與小鼠和人類的BAMs高度相似，甚至超過了與其他內(nèi)皮細胞的相似度，兩者共享大量清道夫受體（如mrc1, lyve1, stab1）和溶酶體酶基因，以及與蛋白水解、肽酶和溶酶體活性相關(guān)的基因。綜合來看，這些數(shù)據(jù)表明，muLECs應該基于解剖學、轉(zhuǎn)錄組和功能類比被視為“類巨噬細胞"。

作為巨噬細胞功能性測試，我們通過顯微注射將荷蘭Liposoma的氯膦酸鹽脂質(zhì)體Clodronate Liposomes遞送到6 dpf 的斑馬魚胚胎中。注射后24 小時，巨噬細胞和muLECs都顯著減少。此外，在損傷模型中，muLEC表現(xiàn)出類似巨噬細胞的激活反應，進一步證明了兩者在功能上的同功性（analogous），盡管它們在細胞起源上不同（血管來源 vs 造血來源）。

氯膦酸鹽脂質(zhì)體有效清除巨噬細胞和 muLECs

為了確定腦膜清除細胞的進化軌跡，研究團隊利用雜交鏈式反應原位雜交（HCR ISH）技術(shù)，檢測了包括軟骨魚（肩章鯊）、兩棲動物（美西鈍口螈）、鳥類（雞）和有袋類哺乳動物（脂尾袋鼬）在內(nèi)的多種脊椎動物腦膜組織。結(jié)果顯示，表達osr2和mrc1的muLEC存在于鯊魚、蠑螈和雞的腦膜中，表明這是脊椎動物的祖先狀態(tài)。相反，在小鼠和袋鼬等哺乳動物中，腦膜邊界未檢測到osr2陽性細胞，取而代之的是表達csf1r的造血來源BAMs。這一結(jié)果清晰地描繪了從古老的淋巴管內(nèi)皮來源清除細胞向哺乳動物髓系清除細胞的演化轉(zhuǎn)變。

哺乳動物（左）和非哺乳動物脊椎動物（基于斑馬魚，右）腦膜的細胞組成示意圖。

總之，研究證實轉(zhuǎn)錄因子 odd-skipped related 2（osr2）是 斑馬魚muLEC 分化和維持的特異性標記和調(diào)控因子。osr2通過部分控制鈣粘蛋白-6，調(diào)控 muLECs從相互連接的內(nèi)皮細胞向獨立清道夫細胞的轉(zhuǎn)變。muLECs在轉(zhuǎn)錄水平上比其他哺乳動物腦膜細胞更類似于BAMs，并在組織穩(wěn)態(tài)中共享多種功能。但是，斑馬魚體內(nèi)缺乏BAMs，鼠類和人類體內(nèi)缺乏muLECs。對多物種的 osr2、淋巴內(nèi)皮細胞（LEC）和BAM標記分析顯示，muLECs是一種古老譜系，而 BAMs 是近期哺乳動物的特化。muLECs和BAMs在功能上有類比，但并非同源，提供了趨同進化的一個實例。這凸顯了腦膜清道夫細胞的生理重要性以及LEC在進化過程中生成特化細胞類型的發(fā)育可塑性。

荷蘭Liposoma的巨噬細胞清除劑Clodronate Liposomes，氯膦酸鹽脂質(zhì)體，作為原創(chuàng)的體內(nèi)單核巨噬細胞清除試劑。憑借其穩(wěn)定的化學性質(zhì)、高效的體內(nèi)清除能力及良好的生物相容性，已成為單核巨噬細胞清除的金標準藥物。產(chǎn)品被引頻頻見刊Cell，Nature和Science，助力突破發(fā)現(xiàn)，拓展科學邊界。

本Nature論文，研究人員就使用了荷蘭Liposoma的巨噬細胞清除劑氯膦酸鹽二鈉脂質(zhì)體Clodronate Liposomes，貨號CP-005-005，通過顯微注射斑馬魚受精后第七天胚胎體積2nL，清除巨噬細胞和 muLECs 。

產(chǎn)品被引：

原始文獻：

Gaudi, A.U., Meier, M., Baltaci, O.F. et al. Convergent evolution of scavenger cell development at brain borders. Nature (2026). doi.org/10.1038/s41586-025-10003-3