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这篇研究发现单核细胞可有效替代大脑巨噬细胞（包括微胶质细胞（Microglia）和边界相关巨噬细胞（BAMs））。其中，胎儿肝脏单核细胞能发育成真正的 SALL1+微胶质细胞。该成果为大脑巨噬细胞替代疗法提供了理论依据，对相关脑部疾病治疗意义重大。
单核细胞与大脑巨噬细胞的关系研究
大脑中的巨噬细胞，如微胶质细胞（Microglia）和边界相关巨噬细胞（BAMs），对维持大脑健康起着关键作用。一旦它们功能失调，往往与多种疾病相关联。因此，通过细胞疗法来替换这些大脑巨噬细胞，成为极具潜力的治疗策略，但目前这一领域仍面临诸多挑战。
研究人员发现，单核细胞在特定条件下能够有效地替代所有大脑巨噬细胞。在稳态的大脑中，单核细胞可逐渐补充硬脑膜和脉络丛基质中的 BAMs，然而，软脑膜和血管周围空间的 Lo BAMs 以及微胶质细胞通常源于卵黄囊，在正常情况下不会被骨髓（BM）祖细胞替代。
为了探究大脑巨噬细胞在被耗尽后的重新填充情况，研究人员采用了多种实验方法。例如，利用 PLX3397（PLX）诱导巨噬细胞耗竭，并借助命运映射技术，使用 Flt3Cre:Yfp 小鼠进行实验。结果显示，PLX 诱导耗竭后，胚胎期的 Lo BAMs 几乎完全被 BM 来源的细胞替代，这一现象通过流式细胞术和组织学得到了证实。此外，研究人员还发现，单核细胞难以在大脑实质中有效植入，这主要是因为微胶质细胞的自我更新能力较强。当对 Flt3Cre:Yfp 小鼠进行不同剂量的脑限制性照射后，再给予 PLX 处理和一段时间的重新填充，结果表明，从 600 rad 开始，PLX 处理可使胚胎期微胶质细胞几乎完全被 BM 来源的细胞替代，这些细胞被认为是单核细胞来源的微胶质细胞（Mo-Microglia）。这一发现提示，通过照射破坏微胶质细胞的自我更新能力，能够促使单核细胞来源的祖细胞在 PLX 诱导耗竭后替代微胶质细胞。
单核细胞在不同脑环境下的植入与发展
在新生儿大脑中，研究人员通过构建 Cx3cr1CreER:Csf1rfl/fl小鼠模型，实现了对胚胎期微胶质细胞的广泛、长时间耗竭。在 PD1 和 PD2 连续两次给予他莫昔芬注射后，再于 PD3 进行 GFP+单核细胞的脑内注射，结果发现单核细胞能够广泛植入，并在 PD16 时，GFP+ Mo-Microglia 分布于整个大脑。进一步研究表明，单核细胞来源的 Mo-Microglia 与胚胎期微胶质细胞在植入能力、细胞密度和持久性等方面表现相似。这一结果表明，在新生儿大脑中，短暂的胚胎期微胶质细胞缺失，为单核细胞分化为微胶质细胞样细胞创造了有利条件，且这些细胞具有与胚胎期微胶质细胞相似的特性。
对于成年大脑，研究人员同样利用 Cx3cr1CreER:Csf1rfl/fl小鼠进行实验。给成年小鼠喂食他莫昔芬饲料后，再静脉注射 GFP+野生型单核细胞，发现 Mo-Microglia 的植入数量较少。研究人员推测，这可能是由于胚胎期微胶质细胞的耗竭比例较低，且其积极的重新填充过程阻碍了 Mo-Microglia 的有效植入。随后，研究人员先使用 PLX 耗尽微胶质细胞，再给予他莫昔芬处理，结果发现这一方法显著增加了 GFP+ Mo-Microglia 的植入。此外，研究人员还通过实验证实，Mo-Microglia 的植入依赖于克隆扩增，这一结论通过 Ripley’s K 函数分析和最近邻距离（NND）分布得以验证。
单核细胞来源的 BAMs 和微胶质细胞的特征
单核细胞来源的 Lo BAMs 在转录水平上与胚胎期的 Lo BAMs 存在明显差异。研究人员对 Flt3Cre:YFP 小鼠进行 PLX 处理和重新填充后，对脑膜富集切片或全脑进行单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）分析。结果发现，存在两个不同的 Lo BAM 簇，Lo BAM1 主要来源于对照组样本，代表胚胎期 BAMs；Lo BAM2 主要来源于重新填充的大脑，代表单核细胞来源的 BAMs。这两个簇在基因表达谱上有显著差异，Lo BAM1 的一些基因在 Lo BAM2 中缺失或下调，且它们在功能富集方面也有所不同，Lo BAM1 与内吞作用、细胞形态发生等功能相关，而 Lo BAM2 则在免疫激活和抗原呈递途径中表现出富集。
单核细胞来源的微胶质细胞（Mo-Microglia）同样具有独特的特征。通过对移植 GFP+单核细胞的 Cx3cr1CreER:Csf1rfl/fl小鼠进行 CITE-seq 分析，研究人员发现 Mo-Microglia 与胚胎期微胶质细胞存在许多差异表达的蛋白质，且在新生儿和成年大脑环境中，Mo-Microglia 的分化受到不同影响，但均无法诱导出 Sall1+Ms4a7?的胚胎期微胶质细胞样状态。
不同来源单核细胞对微胶质细胞发育的影响
经典单核细胞可来源于粒细胞 - 单核细胞祖细胞（GMPs）或单核细胞 - 树突状细胞祖细胞（MDPs）。研究人员通过 FACS 分选技术，从 Cx3cr1Gfp/+骨髓中分离出 GMP 和 MDP 来源的单核细胞，并将其脑内注射到他莫昔芬处理的 Cx3cr1CreER:Csf1rfl/fl新生儿小鼠中。6 周后，发现这两种来源的单核细胞在 Mo-Microglia 发育能力上相似。但进一步的 scRNA-seq 分析表明，它们在转录水平上存在显著差异，例如 GMP-Mo-Microglia 中某些转录因子（如 Maf 和 Cebpb）的表达较高。这表明，尽管 GMP 和 MDP 来源的单核细胞都能发育成微胶质细胞，但它们保留了因起源不同而产生的独特转录特征。
胎儿肝脏单核细胞的独特能力
小鼠胚胎期微胶质细胞起源于卵黄囊巨噬细胞，而胎儿肝脏（FL）单核细胞在特定条件下也能发育成与内源性卵黄囊来源微胶质细胞转录等效的微胶质细胞。研究人员收集 Cx3cr1Gfp/+胚胎 E14 的 FL，并分选 Ly6Chi单核细胞，将其移植到 Cx3cr1CreER:Csf1rfl/fl新生儿小鼠中。8 周后进行 scRNA-seq 分析，结果显示，大多数 GFP+ FL 单核细胞发育成了 Sall1+Ms4a7?的微胶质细胞，这些细胞表达了关键的微胶质细胞特征基因，且 Sall1 表达与 GFP?胚胎期微胶质细胞相当。这一发现表明，胚胎期微胶质细胞的身份并非严格依赖于原始巨噬细胞起源，胎儿单核细胞也能建立起类似的身份。
进一步研究发现，FL 单核细胞在 Sall1 基因座处表现出更高的染色质可及性。通过对 E14 FL 和成年 BM 的单核细胞及其直接祖细胞进行 scRNA-seq 和单细胞染色质可及性分析（snATAC-seq），研究人员发现 FL 单核细胞主要由 LMPs 和 EMP 来源的 GMPs 发育而来，且 FL 单核细胞与 BM 单核细胞在基因表达和染色质可及性上存在明显差异。FL 单核细胞在 Sall1 基因座处有 ATAC 信号，而 BM 单核细胞则没有，这可能与 FL 单核细胞能够发育成 Sall1+ Mo-Microglia 的能力相关。
人类单核细胞在小鼠大脑中的植入与疾病关联
研究人员通过将人脐血或成人血中的 CD14+经典单核细胞分选出来，脑内注射到 hCSF1KIRag2?/?γc?/?新生小鼠中，探究人类单核细胞在小鼠大脑中的植入情况。4 周后，通过流式细胞术检测到小鼠大脑中存在人 CD45+（hCD45+）细胞，且脐血注射组的植入率明显更高。对脑内分离的 hCD45+细胞进行 scRNA-seq 分析发现，成人血注射组的细胞主要为巨噬细胞，而脐血注射组则包含更广泛的免疫细胞群体，包括造血祖细胞。这表明，脐血中的 CD34+人类造血干细胞（HSCs）可能在脑内植入并启动了局部人类造血作用。
此外，研究人员还对人单核细胞来源的微胶质细胞（Mo-Microglia）进行了深入研究。通过分析宗教秩序研究和记忆与衰老项目（ROSMAP）中 424 名人类供体的脑巨噬细胞 snRNA-seq 数据，研究人员发现，在阿尔茨海默病（AD）患者中，存在一个与 Mo-Microglia 相关的簇（ZNF804A Mg），其比例与 AD 严重程度显著相关。免疫组化结果也证实了在 AD 患者大脑中存在类似 Mo-Microglia 的细胞。这表明，在 AD 病理过程中，单核细胞可能浸润人脑并分化为 Mo-Microglia，且这些细胞在转录水平上与胚胎期微胶质细胞存在差异。
研究总结与展望
本研究全面揭示了单核细胞在大脑巨噬细胞替代过程中的重要作用。单核细胞在特定条件下能够有效地替代大脑中的巨噬细胞，包括微胶质细胞和 BAMs。然而，成年单核细胞无法完全复制胚胎期大脑巨噬细胞的转录状态和表型。胎儿肝脏单核细胞则具有独特的能力，能够发育成与胚胎期微胶质细胞转录等效的细胞，这一发现为大脑巨噬细胞的发育研究提供了新的视角。
在人类研究方面，本研究证实了人类单核细胞能够在小鼠大脑中植入并分化为微胶质细胞样细胞，且在 AD 患者大脑中发现了与 Mo-Microglia 相关的细胞簇。这些结果为未来开发基于单核细胞的大脑巨噬细胞替代疗法提供了坚实的理论基础。
尽管如此，本研究仍存在一定的局限性。例如，仅研究了静脉和脑内注射单核细胞到小鼠大脑的情况，未来需要进一步探究其他途径的单核细胞植入情况；此外，研究中关注的组织驻留时间较短，较长时间的驻留可能会对细胞的表型和功能产生影响，这也需要在后续研究中加以探讨。总体而言，本研究为大脑巨噬细胞替代疗法的发展开辟了新的方向，有望为相关脑部疾病的治疗带来新的突破。
