《Frontiers in Neurology》：From emergency myelopoiesis to trained immunity? Reframing post-stroke myeloid reprogramming along the brain-bone marrow axis
编辑推荐：
缺血性脑卒中迅速从解剖学上不同的骨髓微环境中动员髓系细胞，同时新兴证据表明，严重的脑损伤也能在造血功能上留下持久的印记。这些观察结果鼓励了在卒中生物学中使用“训练免疫”（trained immunity）这一术语，但急性髓系扩增并不等同于先天免疫记忆。在这篇小
缺血性脑卒中迅速从解剖学上不同的骨髓微环境中动员髓系细胞，同时新兴证据表明，严重的脑损伤也能在造血功能上留下持久的印记。这些观察结果鼓励了在卒中生物学中使用“训练免疫”（trained immunity）这一术语，但急性髓系扩增并不等同于先天免疫记忆。在这篇小型综述中，研究人员区分了急性髓系激活、符合紧急髓系生成（emergency myelopoiesis）的髓系生成反应，以及涉及造血干细胞与祖细胞（hematopoietic stem and progenitor cells, HSPCs）的中枢性训练免疫。研究人员采用一个包含四个特征的操作性框架——持久性、祖细胞参与、表观遗传或代谢重编程以及功能性回忆——来对当前证据的强度进行分级。研究人员将紧急髓系生成向训练免疫的序贯转变视为一种可检验的可能性，而非一条已确立的通路，同时也考虑了并行或独立机制的可能性。关键未解决的问题包括：持久的记忆储存在何处，急性造血适应何时变得稳定，以及哪些输出是有害的而非修复性的。在将针对骨髓的免疫调节应用于缺血性脑卒中患者之前，厘清这些界限至关重要。
1 引言
卒中诱导的炎症现被认为是一种全身性的神经免疫反应，其中造血系统在数小时内便参与其中。成年颅骨骨髓在分子水平上与长骨骨髓不同，脑脊液可以进入颅骨造血微环境，并且存在直接的通道提供连接颅骨骨髓与脑膜及脑表面的解剖学路径。这些观察结果支持存在一个专门的脑-颅骨骨髓界面，同时解剖学研究显示，颅骨和椎骨骨髓可以向中枢神经系统边界组织供应髓系细胞。
卒中研究揭示了局部和全身骨髓区室均存在的反应。缺血再灌注诱导了侧化的颅骨激活，而单细胞分析则识别出大脑、颅骨骨髓、股骨骨髓和血液中不同的髓系状态。缺血性脑卒中也会改变更广泛的骨髓微环境。在后期阶段，Simats等人证明了持续数月之久的髓系变化、HSPC/染色质重塑，以及通过骨髓移植转移病理表型。这些发现表明，脑损伤后既可发生急性骨髓激活，也可发生持久的造血记忆，但它们并未证明一种会普遍演变为另一种。
在此，急性髓系激活指的是成熟髓系细胞中快速的功能变化，不一定涉及祖细胞重编程；而紧急髓系生成则指由HSPCs或祖细胞进行的、适应需求的髓系细胞产生。训练免疫要求在初始刺激消退后仍保持持久的反应性改变，并由持久的重编程和功能性回忆所支持；单纯的急性扩增或谱系偏倚是不够的。因此，本迷你综述提出了一个聚焦性问题：卒中后的髓系重编程何时应被解释为急性髓系激活或紧急髓系生成，以及何时有足够证据表明存在中枢性训练免疫？研究人员明确区分了直接的缺血性卒中证据与其他无菌性炎症状态中的机制类比，并将所提出的连续体作为一个待检验的假设。
2 急性卒中后沿脑-骨髓轴的髓系生成
2.1 颅骨骨髓作为快速反应的神经免疫微环境
对缺血性卒中最早期的骨髓反应，更适合被视为一种急性髓系生成反应而非免疫记忆；需求驱动的祖细胞输出变化符合紧急髓系生成，而非训练免疫本身。颅骨因其独特的分子谱、强大的造血能力以及直接暴露于硬脑膜和血管周围信号，是这种早期反应的一个合理部位。
支持这一解释的卒中特异性研究表明，Xu等人在缺血再灌注后鉴定出了同侧颅骨的增殖和分化、中性粒细胞与单核细胞比率升高以及骨桥蛋白依赖性硬脑膜炎症。Yang等人解析了跨颅骨骨髓、股骨骨髓、血液和大脑的、依赖区室和时间的髓系轨迹。Garcia-Bonilla等人同样证明了急性和亚急性卒中之间髓系状态的显著差异。总之，这些研究展示了空间和时间上有组织的髓系适应，但通常并未建立持久的祖细胞记忆或功能性回忆。
重要的是，缺乏记忆证据并不削弱急性祖细胞重塑的程度，而这种重塑本身可能伴随紧急髓系生成。在非卒中模型中，心肌梗死改变了骨髓底物可用性，母体炎症重组了胎儿髓系生成，早期中性粒细胞定向祖细胞可以重定向谱系输出，并且IL-1α驱动的炎症重塑了紧急造血。因此，急性祖细胞重塑可能与紧急髓系生成一致，但若缺乏超出初始刺激的持久性以及对后续挑战的反应性改变，则不足以确立中枢性训练免疫。
2.2 双向信号传导与异质性髓系输出
近期研究确定了将脑损伤与造血微环境联系起来的特定回路。Kothari等人描述了一种卒中后的硬脑膜-脑通路，其中肥大细胞受体促进颅骨骨髓中性粒细胞的募集并加剧脑部炎症。在反向方向上，Menet等人证明，骨髓来源的Dickkopf-1在缺血性脑卒中后被逐步诱导，并且足以加重神经血管功能障碍和慢性神经炎症。这些实验共同支持了双向的脑-骨髓信号传导，而非单向的白细胞输出。
脑源性应激如何转化为HSPC决策仍不太确定。一项非卒中神经内分泌研究表明，加压素可以通过一个由中性粒细胞介导的IL-36G-IL-1RL2环路使HSC分化偏向髓系生成。这在机制上具有启发性，但不应被呈现为一条已确定的卒中通路。骨髓来源细胞的输出也是异质性的：颅骨骨髓来源的免疫细胞在脑损伤后可表现出抗炎特性，单核细胞来源巨噬细胞中的IL-33/ST2信号可以保护早期血脑屏障完整性，而修复相关的GPNMB/CD63高表达巨噬细胞可以支持血管生成和白质恢复。
这种异质性阻止了在髓系重编程与病理学之间简单划等号。卒中还可以在不同CNS区室中产生疾病特异性的髓系状态，而衰老则会改变粒细胞生成并产生恶化微血管灌注的非典型中性粒细胞。与此同时，CNS相关巨噬细胞可以在老年动物中限制白细胞运输，而浸润的单核细胞来源的IL-6可以在脑血管损伤后支持血管修复。因此，核心问题不在于骨髓来源细胞是全局有害还是有益，而在于特定的卒中后程序是否会变得持久并被功能性回忆。
3 从紧急髓系生成到训练免疫：证据何在？
3.1 操作性边界及卒中后中枢性训练免疫的证据框架
鉴于这种异质性，需要一个更明确的操作性框架来区分急性反应与持久的免疫记忆。急性髓系激活在此指成熟髓系细胞中的功能性变化，而紧急髓系生成则涉及HSPCs或定向祖细胞的、改变髓系细胞产生的需求驱动性重塑。只有当反应性改变在初始刺激消退后仍然持续，并通过随后的功能性回忆或转移得到证实，才考虑中枢性训练免疫。因此，对于中枢性/HSPC介导的训练免疫，研究人员评估四个特征：刺激后的持久性；HSCs/HSPCs或其他持久祖细胞库的参与；稳定的表观遗传或代谢重编程；以及二次攻击或转移后的功能性回忆。基础的β-葡聚糖、BCG和西方饮食研究支持了这一框架。
这些特征是分级的，而非同等重要的强制性标准。持久性和功能性回忆提供了免疫记忆的核心证据，而HSC/HSPC参与则是将该记忆归因于中枢造血区室所必需的。表观遗传或代谢重编程增强了机制的置信度，但在未测量时被视为缺失而非阴性。因此，满足所有四个特征的研究为中枢性训练免疫提供了最强有力的支持。此框架专门针对中枢性训练，不应推广至所有训练免疫状态，因为组织驻留巨噬细胞无需明确的HSPC参与即可获得局部记忆。
还需要进一步区分持续性炎症与真正的训练免疫。持续的炎症信号可以在不建立记忆的情况下维持转录激活。实验上，这可以通过让原发性炎症环境消退，然后测试纯化细胞或其子代是否对标准化二次攻击（最好在无刺激的离体条件下或转移到幼稚受体后）保留改变的反应来解决。持久的表观遗传或代谢变化加强了记忆的功能性证据，但不能替代它。
最后，持久的造血和巨噬细胞编程在生物学上是异质性的。炎症合并症和睡眠剥夺可以在造血细胞中产生持久的变化，而训练过的巨噬细胞可能占据不同的代谢和表观遗传状态。这些观察结果强化了对情境敏感标准的需求，而不是简单地将持久的转录变化标记为卒中后训练免疫。
3.2 HSPCs作为记忆储存库：直接的卒中证据与机制类比
在缺血性卒中研究中，Simats等人目前为中枢性训练免疫提供了最强有力的证据。脑缺血诱导了持续数月的单核细胞/巨噬细胞状态，改变了HSPC和单核细胞染色质，并通过骨髓移植转移了病理表型；IL-1β是关键的上游驱动因素。综合来看，持久性、祖细胞参与、表观遗传重塑和可转移性支持一种造血记忆状态，而非仅持续激活的成熟循环细胞。然而，其普适性仍不确定：该研究使用了年轻小鼠的短暂性近端大脑中动脉闭塞模型，雄性野生型队列及部分转基因实验中包含了两种性别，而较小的人死后队列年龄较大、主要为男性，且以严重卒中为特征。人类数据支持慢性心脏重塑，但并未直接建立HSPC介导的记忆。在其他卒中模型、严重程度、年龄组、性别或合并症背景下是否会发生类似的记忆仍悬而未决。衰老会改变卒中后粒细胞生成，而在非卒中背景下，炎症性和代谢性疾病可以重编程髓系生成或HSPCs。尽管在一些急性/亚急性免疫谱分析研究中包含了两种性别，但性别对持久的卒中后HSPC记忆的特异性影响仍未解决。
来自其他炎症状况的机制类比支持HSPC相关记忆的合理性，但不能替代卒中证据。心力衰竭可以建立HSC相关的先天免疫记忆，心肌梗死可以通过SYK的表观遗传调控来训练单核细胞，而心肌梗死后对HSC活性的药理抑制可以减少炎症性髓系生成。饮食性炎症可以重编程中性粒细胞产生，而糖尿病可以将持久的表观遗传信号从CD34+祖细胞传递给炎症性单核细胞子代。
人类研究提供了补充证据，表明训练相关的变化可以在造血祖细胞中被编码。BCG疫苗接种重塑了人类HSPCs中的转录和染色质可及性，多组学分析鉴定了与后期训练反应相关的表观遗传状态。IL-1β可以在体外诱导人类造血祖细胞中的训练特征。在小鼠中，HSPCs可以在移植后赋予交叉保护性记忆，而CD40-TRAF6信号可以修饰训练单核细胞的转录组、代谢和H3K4me3特征。
脑血管边界证据进一步说明了为什么背景很重要。高盐饮食诱导的HSPC训练损害了修复性巨噬细胞功能，并恶化了脑出血后的恢复。由于训练发生在出血性而非缺血性卒中之前，这项研究表明预先存在的骨髓记忆可以影响脑血管恢复，但并未证明缺血性卒中会诱导相同的程序。同样，缺血性卒中后的修复相关巨噬细胞展示的是有益的髓系重编程，而非在缺乏持久性和功能性回忆情况下的有益训练免疫。
3.3 尚未解决的关系：在哪里、何时以及有何后果？
在哪里？颅骨骨髓因其靠近大脑、可接触脑脊液来源的信号以及局灶性缺血后的区域激活，是最早的病灶耦合反应的一个合理部位。相比之下，脑缺血后持久性HSPC相关记忆的证据主要来自系统性造血分析和骨髓移植，这并未定位记忆储存库。因此，目前的证据并未建立起颅骨与系统性之间的分工。合理的模型包括：以急性颅骨骨髓反应为主并伴有系统性记忆、两个区室中以不同动力学存在的记忆、或多个骨髓微环境的平行重编程。
何时？大多数直接的卒中研究关注最初24小时至7天。Simats等人将观察延长至数月，但急性祖细胞激活与稳定重编程之间的间隔仍缺乏图谱。因此，现有证据并未确立紧急髓系生成是训练免疫的必要前体；急性髓系生成可能会消退，或者HSPC重编程可能并行或部分独立地发生。非卒中研究支持这些替代方案的合理性。区分它们将需要通过恢复期进行纵向HSPC追踪以及随后的功能性回忆测试。
有何后果？有害性与修复性髓系输出似乎随着上游信号、宿主状态、局部组织线索和疾病阶段而变化。IL-1β依赖的HSPC/单核细胞重编程和单核细胞来源的巨噬细胞与脑损伤和卒中后的慢性心脏炎症或功能障碍有关。衰老相关的粒细胞生成可以产生损害脑微血管灌注的非典型中性粒细胞。卒中也可能将系统性先天激活与体液免疫抑制结合起来。相反地，IL-33/ST2依赖的巨噬细胞程序、修复相关巨噬细胞和单核细胞来源的IL-6可以支持血脑屏障完整性、血管生成、白质恢复或血管修复。这些发现支持背景依赖的髓系功能，但并未建立一个控制长期训练状态的单一机制；在没有持久性和功能性回忆的情况下，修复性输出不应被视为有益的训练免疫。
图1总结了这一时空框架，并将有害的训练免疫证据与修复性巨噬细胞轨迹分开。
3.4 人类转化鸿沟
中枢性训练免疫模型在实验中比在缺血性卒中患者中得到更好的确立。人体研究表明，BCG疫苗接种后，骨髓HSPCs中存在持久的转录和染色质可及性变化，而IL-1β可以在体外诱导人类造血祖细胞中的训练表型。尚无纵向卒中研究将骨髓HSPC重编程与随后的功能性回忆联系起来。尽管如此，系列血液采样可以提供候选的替代读数，包括单核细胞表型、染色质可及性、炎症介质和标准化的离体细胞因子反应；纵向BCG研究支持外周表观遗传和功能性分析的可行性。
更强的机制设计将在选定队列中将纵向血液采样与骨髓分析相结合。CD34+ HSPC单细胞RNA测序/单细胞ATAC测序或靶向染色质分析可以评估持久的祖细胞状态，而匹配的外周细胞再刺激可以测试功能性回忆；人类BCG研究支持这种方法的可行性。由于人类巨噬细胞记忆可能是刺激特异性的，在设计回忆试验时应同时考虑初始暴露和二次攻击。无论是循环炎症标志物还是持久的染色质变化，单独都不应被视为HSPC相关记忆的证据。
对这些纵向读数的解释进一步受到基线因素的干扰，这些因素可以独立于卒中改变髓系生成。衰老会改变卒中后粒细胞生成，而糖尿病与人类CD34+ HSPCs中的持久表观遗传编程有关。饮食诱导的肥胖可以在小鼠中重编程HSPCs，而西方/高脂饮食状态可以改变髓系祖细胞并促进动脉粥样硬化性炎症。感染也可以重塑HSC输出和先天记忆，其效果因病原体和背景而异。高脂血症可能进一步混淆外周先天记忆的读数；据报道，家族性高胆固醇血症患者的单核细胞表现出训练表型。同样应记录已有的动脉粥样硬化性炎症，因为它可能影响基线先天表型。在可行的情况下，这些因素应纳入分层或调整后的纵向分析，而非归因于卒中诱导的记忆。
因此，表1将当前证据分类为直接、支持性、间接或不足，以支持缺血性卒中诱导中枢性/HSPC介导的训练免疫这一具体主张；这些分类反映了证据的相关性，而非研究的整体质量。
4 讨论与未来方向
当前证据支持区分急性卒中后髓系激活、紧急髓系生成和中枢性训练免疫，但并未确立它们之间的固定顺序。卒中研究证明了异质性的骨髓和髓系反应。脑缺血也可以产生持久的HSPC相关重编程。这些状态是序贯发生还是部分独立发生仍未解决；因此图1呈现了一个可检验的框架，而非一条已确立的通路。由于持久性卒中后HSPC记忆的直接证据主要依赖于一项综合性研究，其在不同卒中模型、严重程度、年龄和性别中的普适性仍不确定。宿主因素和合并症增加了更多不确定性：衰老可以改变卒中后粒细胞生成，而炎症性或代谢性疾病可以在其他情况下重编程髓系生成/HSPCs。
未来的研究应纵向比较颅骨和系统性骨髓，并结合谱系追踪与跨疾病阶段的分子谱分析。急性炎症消退后的持久性应与标准化的二次攻击和/或转移相结合，以建立功能性回忆。这类研究将有助于区分持续性炎症与持久记忆，并阐明记忆是优先与颅骨还是系统性骨髓相关。
在治疗上，应区分有害训练免疫的诱导、维持和逆转。诱导导向策略将靶向启动有害HSPC/单核细胞重编程的早期信号；IL-1β和单核细胞运输干预提供了原理验证，尽管最佳窗口尚不明确。维持导向策略将靶向维持改变的HSPC程序的进程，但卒中特异性机制仍不清楚。逆转则需要正常化已建立的记忆状态及其回忆表型，这在卒中后尚未得到证实。心肌梗死后对HSC活性的药理抑制说明的是造血调节，而非训练免疫的经证实的逆转。干预措施应避免不加区别地抑制髓系，并力求保护宿主防御以及血脑屏障保护和修复性巨噬细胞程序。
总之，急性髓系激活、紧急髓系生成和持久性HSPC相关记忆是序贯关联还是部分独立，这一问题仍未解决。定义记忆储存在哪里、如何维持以及哪些输出是有害的还是修复性的，将有助于确定中枢性训练免疫在缺血性卒中背景下是普遍适用还是依赖于背景。
