三维力学微环境诱导的巨噬细胞在体内招募腹膜炎相关中性粒细胞的作用及机制研究

为解决巨噬细胞功能缺陷导致的免疫缺陷问题，西北工业大学的研究团队开展了三维力学微环境调控造血干细胞（HSCs）分化为巨噬细胞（3D-macrophages）及其免疫功能的研究。通过构建3D胶原水凝胶模拟骨髓（BM）力学特性，研究人员发现3D-macrophages高表达Cxcl2基因，并通过CXCL2/CXCR2通路招募中性粒细胞，在腹膜炎模型中修复了巨噬细胞缺失导致的免疫缺陷，同时维持了HSCs向粒细胞-单核细胞祖细胞（GMPs）的分化。该研究为免疫缺陷治疗提供了新型细胞疗法策略。

　　

在免疫系统中，中性粒细胞是抵御病原体的第一道防线，但其招募过程高度依赖组织巨噬细胞分泌的趋化因子CXCL2。然而，巨噬细胞功能缺陷会导致严重的免疫缺陷甚至败血症，而传统治疗方法效果有限。与此同时，造血干细胞（HSCs）的体外培养常因缺乏仿生微环境而难以维持其功能。西北工业大学的研究团队创新性地利用三维胶原水凝胶模拟骨髓（BM）力学特性，成功诱导HSCs分化为具有特殊免疫功能的巨噬细胞亚群（3D-macrophages），并揭示了其在腹膜炎模型中招募中性粒细胞和维持造血稳态的双重作用，相关成果发表于《Stem Cell Research》。

研究团队采用3D胶原水凝胶培养系统模拟BM力学微环境，通过流式细胞术分选CD14⁺
的3D-macrophages；利用ELISA和Transwell实验验证CXCL2分泌及中性粒细胞趋化功能；构建巨噬细胞缺失小鼠模型（clodronate liposomes处理），移植3D-macrophages后通过LPS诱导腹膜炎，结合免疫荧光和流式分析评估体内免疫调节作用；通过造血祖细胞（LSK、CMPs、GMPs）分型分析BM造血稳态。

3D-macrophages与中性粒细胞的互作机制
单细胞转录组分析显示，3D-macrophages（Cluster12）通过CXCL2/CXCR2配体-受体网络与中性粒细胞（Cluster3）密切互作。体外实验证实，LPS刺激后3D-macrophages的CXCL2分泌量随时间显著增加（p<0.001），且Transwell实验中中性粒细胞（LY-6G⁺
）迁移率提高2.5倍（p<0.0001），该效应可被CXCR2阻断剂抑制。

巨噬细胞缺失模型的免疫缺陷特征
clodronate liposomes处理48小时后，小鼠骨髓巨噬细胞（CD11b⁺
F4/80⁺
）比例从8.59%降至3.41%（p<0.01），腹膜炎模型中中性粒细胞招募减少60%（p<0.001），伴随外周血红细胞（RBC）异常升高，提示造血系统紊乱。

3D-macrophages的移植治疗效果
移植后18小时，3D-macrophages定植于腹膜（CD14⁺
细胞占比15.7%）和BM（占比8.3%），使腹膜炎小鼠腹膜中性粒细胞恢复至正常水平的80%（p<0.001），且CXCL2蛋白含量较巨噬细胞缺失组提高3倍（p<0.01）。值得注意的是，移植组维持了GMPs池的稳定输出（较LPS单独刺激组高1.8倍，p<0.05），避免了LPS诱导的髓系分化阻滞。

对造血稳态的调控作用
3D-macrophages通过维持长期造血干细胞（LT-HSCs）比例（增加40%，p<0.05）和促进CMPs向GMPs分化，保障了感染期间中性粒细胞的持续供应，而常规巨噬细胞系RAW264.7移植则导致血小板（PLT）异常减少（p<0.05）。

该研究首次证实3D力学微环境诱导的巨噬细胞具有独特的免疫调节功能：一方面通过CXCL2/CXCR2轴修复中性粒细胞招募缺陷，另一方面通过稳定HSCs分化层级维持造血稳态。这种"双轨制"作用机制为骨髓衰竭综合征、败血症等疾病提供了新的治疗思路。尤其值得注意的是，3D-macrophages相比传统巨噬细胞在维持血小板稳态方面更具优势，这为其临床转化奠定了重要基础。未来研究可进一步探索其在创伤修复、慢性炎症等场景中的应用潜力。