《ASN Neuro》：Border-Associated Macrophages in CNS Health and Disease: A Comprehensive Review of Ontogeny, Heterogeneity, and Functional Plasticity at Neural Interfaces
边界相关巨噬细胞（Border-Associated Macrophages, BAMs) 是一类特化的组织驻留免疫细胞，策略性地定位于中枢神经系统(CNS)与外周循环之间的关键界面，包括脑膜、脉络丛及血管周围间隙。作为神经免疫系统的一线哨兵，BAMs在免疫监视、屏障完整性维持和稳态调节中发挥核心功能；然而，与实质小胶质细胞相比，其独特生物学特征及疾病相关作用尚未得到充分表征。本综述旨在整合当前关于BAM发生起源、区室特异性异质性、转录程序及其在健康与神经系统疾病中功能输出的知识。研究人员通过综合分析谱系示踪研究、单细胞RNA测序、空间转录组学及疾病模型功能 interrogation 的文献发现，BAMs表现出显著的细胞多样性，其塑造受到不同发生起源的影响——主要由卵黄囊来源的红系-髓系祖细胞(Erythro-Myeloid Progenitors, EMPs)衍生，但胎儿肝脏及出生后单核细胞依解剖区室不同而呈现可变贡献。区室特异性标志物组合(CD206、LYVE1、CD163、MHCII)定义了功能不同的亚群，核心转录调控因子包括PU.1和IRF8维持BAM身份，而CSF-1/IL-34-CSF1R信号通路则调控其存活与更新。在缺血性脑卒中、阿尔茨海默病、多发性硬化及脑肿瘤等神经系统疾病中，BAMs表现出显著的双刃剑作用，依据疾病阶段和微环境背景从保护性稳态守护者转变为致病性驱动因素。本综合分析为理解BAM生物学建立了统一框架，并识别了开发靶向这些界面巨噬细胞的亚群特异性治疗策略的关键机遇。
一、BAMs的发生起源与生物学特征
1. BAMs的发生起源
与实质小胶质细胞相对均一且稳定的胚胎起源不同，BAMs的发生起源呈现"早期主导播种、后期可变补充"的动态模式。小鼠胚胎早期(E7.5-E8.5)，卵黄囊通过内皮-造血转化产生红系-髓系祖细胞(EMPs)。EMPs从CD45
+c-kit
loCX3CR1
-的A1前体逐步转变为CD45
+c-kit
-CX3CR1
+的A2巨噬细胞前体，随后经发育中血管迁移并于E9.5-E10.5进入CNS边界相关结构，形成最早的BAM前体群体。在此发育窗口内，卵黄囊和脑组织中已可识别出两个转录组差异显著的原始巨噬细胞群体：一者优先表达Lyve1、Ms4a4a、CD206等BAM相关基因，另一者则高表达Sall1、Hexb、P2ry12等小胶质细胞相关基因。值得注意的是，这些分化轨迹即使在晚期胚胎阶段(如E18.5)仍保持相对稳定的表型差异，表明尽管BAMs与小胶质细胞共享原始巨噬细胞谱系，其命运 specification 与微环境印记在胚胎期即开始分歧。
除EMPs外，胎儿肝脏来源的祖细胞也参与BAMs的建立，尤其与特定区室的形成相关。小鼠E10.5后，胎儿肝脏逐渐成为胚胎期主要造血器官并产生单核/髓系前体； accumulating evidence 支持后续胎儿造血波次至少部分贡献于CNS边界巨噬细胞库的建立与补充，其中对脉络丛相关巨噬细胞的贡献相对更为显著。因此，BAMs的发生起源并非单一线性谱系，而是"程序性胚胎播种"与"胎儿肝脏来源补充"共同作用的结果，随后经组织特异性微环境选择压力塑造为区室特异性群体结构。
进入成年期后，BAM群体主要通过局部克隆扩增和自我更新维持，但这一原则在CNS边界各区间并非均一。在屏障通透性较高、与外周造血系统交互更密切的区域(如硬脑膜和脉络丛基质)，BAMs更易受到持续的外周补充或部分替换；而在受保护程度更高的微环境中，胚胎来源组分则相对稳定。当CNS稳态遭破坏时，这些区室差异进一步放大：血管或屏障结构的物理损伤以及神经炎症刺激均显著增强外周免疫细胞向脑边界区域的浸润，从而改变BAMs的细胞来源和周转动态。体内双光子成像和多谱系示踪研究表明，CCR2
+Ly6C
high单核细胞是成年CNS稳态扰动后BAM补充的主要来源；这些短寿命单核细胞进入CNS边界区室后可分化为更长寿命的BAM样细胞并整合入既有网络，表明"以自更新为主、兼具可适应性外周补充"的双重维持机制。
2. 生物学形态与空间生态位
不同BAM亚群表现出显著的形态异质性，这与其栖息的脑边界区室的空间架构和屏障特性密切相关。总体而言，巨噬细胞形态倾向于与功能状态相关：稳态条件下，监视取向的表型通常显示丰富的细胞突起以扩大表面积、增强对局部信号和体液成分的感知；而炎症或损伤刺激则促进其向阿米abar形态转变，以利于迁移和吞噬清除。
在脑膜区室，空间定位决定 incoming signals 的性质及细胞所承担的界面任务。位于硬脑膜的硬膜下巨噬细胞(sdMΦ)邻近颅骨骨髓这一高度通透且免疫活跃的结构，使其对周边免疫输入特别敏感，适于屏障防御。影像学和组化分析显示sdMΦ常呈现 elongated 细胞体、分支有限，偶呈成纤维细胞样外观，并频繁显示MHC II
+表型，与增强的抗原呈递和免疫监视能力一致。相比之下，位于软脑膜-蛛网膜层的脑膜巨噬细胞(MnMΦ)形态更多样，常呈多极形状伴丰富树突样突起，为监视取向的组织驻留巨噬细胞表型所特征。其保持的运动性支持在狭窄脑膜空间内的巡逻功能，实现持续监测脑脊液(CSF)及相关通路；炎症条件下，MnMΦ经历突起延长伴细胞体变圆，表明从稳态监视状态向吞噬应答状态的转变。
血管周围区室为BAMs提供了具有显著几何约束的高度结构化生态位。血管周围巨噬细胞(PvMΦ)定位于胶质基底膜与血管基底膜之间，沿血管纵向排列，典型呈纺锤形或带状形态，"指状"突起紧密贴附于血管周围间隙，环绕血管并与内皮细胞和周细胞形成紧密接触。这种紧密贴附和周向组织为PvMΦ监测血脑屏障(BBB)和实施局部免疫调节功能提供了结构基础，同时也使其能够在需要时执行抗原呈递等界面任务。值得注意的是，经典血管周围间隙在发育早期尚未完全建立，超微结构分析表明这些间隙在出生后P3-P10期间逐渐出现并扩展，提示PvMΦ的空间约束和界面接触伴随神经血管单元成熟而经历围产期至幼年期重塑。
脉络丛代表血液与CSF之间的重要关口，构成血-CSF屏障的关键组分，其界面特性塑造脉络丛巨噬细胞独特的形态和迁移行为。在此微环境中，脉络丛基质巨噬细胞(cpMΦ)和脉络丛上皮巨噬细胞(cpepiMΦ)呈现互补的空间行为：cpMΦ通常细胞体相对静止，偏向局部监视和界面稳态，但其突起保持高度动态性以支持免疫巡逻；相比之下，cpepiMΦ更多采用 ameboid 形态、突起较短、躯体运动性增强，使其能够巡逻脉络丛腔面并直接与CSF相互作用，从而实现更快速的界面免疫应答。
3. 空间定位塑造功能特化
三大界面——脑膜、血管周围间隙和脉络丛——在解剖位置、屏障通透性、体液暴露谱和周边信号输入模式方面存在系统性差异，这些差异主要决定了BAMs遭遇的"信息流"性质。脑膜区室更易暴露于源自颅骨骨髓和外周循环的免疫信号，因此倾向于支持免疫监视和抗原呈递等哨兵功能。血管周围间隙囿于两层基底膜之间、紧邻神经血管单元，天然处于屏障应激和血管壁衍生信号的前沿，适于BBB监测、局部炎症 gate 调控和血管相关免疫调节。相比之下，脉络丛占据血液与CSF之间的界面，直接与CSF组成和容量稳态相连，因而支持强调持续体液波动 sensing、快速响应和界面平衡维持的巨噬细胞功能。
位置差异进一步通过空间几何约束与形态可塑性之间的 interplay 转化为可执行的细胞行为程序。相对受限的脑膜空间邻近CSF通路，使MnMΦ偏向多突起、巡逻取向的监视形态，并在炎症条件下快速转变为捕获和吞噬。PvMΦ的纵向排列和周向贴附特征允许对血管壁状态进行连续、精细 scale sensing，并促进对屏障改变的局部响应。脉络丛内相对静止的基质巨噬细胞与腔面巡逻的上皮巨噬细胞之间的劳 division 确保持续界面监视的同时，允许快速重新部署至需要即时响应的部位。因此，形态并非孤立表型，而是生态位塑造的功能"工具包"：监视相关突起增强采样和接触效率，而 ameboid 构型优化迁移和吞噬，这些状态之间的转变在三大界面以不同的基线和阈值发生。
二、标志基因与转录组特征
BAMs表达巨噬细胞谱系标志物连同区室富集标志物，后者有助于将其与小胶质细胞和浸润的单核细胞来源巨噬细胞(MDMs)区分。scRNA-seq、高分辨率成像、基因编辑方法和空间转录组学的进展已精化跨脑膜、脉络丛和血管周围间隙的BAM识别。
1. 组合标志物系统
BAM标志架构可视为由共享巨噬细胞核心和区室特异性标志组合构成的层级结构。常见髓系/巨噬细胞标志包括CD45、CD11b、CD64、F4/80、MerTK和CX3CR1；抗原呈递相关状态常由MHC II和CD11c表达反映。CD206/MRC1、LYVE1、CD163、CD169和MHC II常用于支持BAM鉴定，但单独均不足够特异；因此其解读应锚定于组织定位和排除TMEM119、P2RY12、SALL1等小胶质细胞标志物。
在亚群层面，CD11c在cpepiMΦ中相对富集，与抗原呈递和免疫监视相关；而CD206/MRC1常用于PvMΦ和脉络丛巨噬细胞，与吞噬和免疫调节相关。区室分析显示MnMΦ、PvMΦ、cpMΦ和cpepiMΦ呈现重叠但可区分的标志模式，且存在人和小鼠数据集之间的种属差异。
2. 亚群状态与转录动态
稳态条件下，不同界面的BAMs显示与其生态位特异性任务 aligned 的基因表达模式：例如，脉络丛BAMs表达Ttr等与CSF屏障功能相关基因，而血管周围BAMs优先表达Lyve1等与血管屏障维持相关基因。同时，Cybb、Apoe、Ms4a7、Tgfb1、Mrc1(CD206)等基因在多个BAM亚群中高表达，指示与脂质代谢和免疫调节过程相关的共享核心转录模块。
病理条件下，BAMs的转录谱发生显著改变，特征为炎症反应、免疫调节和细胞招募相关基因程序的上调。神经炎症期间，BAMs显著增加IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎细胞因子及CXCL10、CX3CL1等趋化因子表达，在 orchestrating 炎症级联和免疫细胞募集中发挥核心作用。AD中，BAMs上调与神经炎症和淀粉样沉积相关的基因如Apoe和Trem2；MS中则通过抗原呈递和T细胞激活促进炎性反应。
三、调控网络
1. 核心转录因子模块
PU.1和IRF8构成髓系和界面巨噬细胞的核心转录支架，而MAFB的需求在不同CNS驻留巨噬细胞群体间存在差异。PU.1(SPI1)作为髓系分化的主调控因子，其表达水平关键影响前体细胞 fate 决定：高PU.1表达促进巨噬细胞分化，较低水平则偏向粒系谱系。更重要的是，持续的PU.1活性调控CSF1R、TLRs、CX3CR1及黏附和迁移分子的表达，赋予BAMs吞噬能力、环境 sensing 和组织定位 competence。IRF8进一步指定并维持BAM身份，参与免疫相关转录程序的激活；PU.1和IRF8协同建立功能完整的BAM群体。MAFB在终末分化和稳态功能特化中作用更为突出，特别是在抑制炎症和维持抗炎表型及代谢适应方面。
2. 存活信号轴
CSF-1/IL-34-CSF1R通路及其调控元件FIRE是BAM存活和稳态更新的核心，上游由Runx1提供发育性和表观遗传锁定。集落刺激因子-1(CSF-1，又称M-CSF)由脉络丛基质和上皮细胞产生，通过调控谱系承诺、分化、存活、增殖和效应功能贯穿巨噬细胞生命周期。CSF-1优先支持早期产生，而IL-34对成年稳态维持尤为关键；IL-34缺乏导致BAM数量减少伴MHC II、CD206和CD163等身份标志物异常表达。位于Csf1r基因第一内含子的FIRE被视为决定巨噬细胞谱系身份的关键调控开关，通过招募PU.1并建立开放染色质构型增强Csf1r启动子活性。Runx1在更上游通过塑造发育程序及建立组织驻留所需的表观遗传印记发挥作用。
3. 通讯受体模块
CX3CR1-CX3CL1轴构成关键的神经免疫通讯模块，在脉络丛巨噬细胞和PvMΦ中表达尤为突出。该轴为CNS边界髓系细胞提供必需的神经免疫通讯 gateway，而BAMs的长期维持和区室稳态主要由CSF1R信号等存活和更新通路支持。TLR4则应被视为BAM状态转换的重要情境依赖性调控受体，使BAMs能够 sensing 病原体相关和损伤相关分子模式，并激活促进细胞因子和趋化因子产生的程序。
四、BAMs在脑稳态中的作用
BAMs作为CNS边界区的终身居住者，发挥免疫哨兵作用，在维持脑稳态中扮演不可或缺的角色。其功能超越单一免疫防御，涵盖屏障维持、代谢废物清除和神经元活动支持。
1. MnMΦ的稳态功能
MnMΦ处于CNS边界前线，是大脑抵御微生物入侵的最早响应者之一，其稳态功能首先体现为对病原体和损伤相关信号的连续监视，以及精细调 inflammatory threshold 设定。它们通过TLRs和 scavenger receptors 检测潜在入侵 cues，并可 engage interferon 响应和趋化因子网络招募外周免疫细胞进行宿主防御。同时，MnMΦ并非组成性促炎：稳态条件下分泌TGF-β维持免疫耐受，病理条件下则可向促炎表型(如iNOS
+表达)转变并加剧神经炎症。
2. 脉络丛巨噬细胞
脉络丛巨噬细胞定位于血液与CSF的关键界面，是CSF免疫监视的关键执行者。其稳态功能首先体现为对CSF内病原体和外源物质的连续监测与快速清除，通过TLR4识别脂多糖等病原体相关分子模式，经CD206等受体吞噬病原体和外来物质。它们还可分泌IFN-λ阻断病毒经CSF进入脑实质。在屏障完整性和物质交换方面，脉络丛巨噬细胞通过调节上皮紧密连接和界面通透性帮助限制CSF泄漏、维持屏障稳定，并engulf和清除脑室内代谢副产物、细胞碎片等废物，从而保持CSF清洁度和支持正常循环吸收。
3. PvMΦ
PvMΦ占据神经血管单元内的战略位置，其稳态功能主要体现为对血管屏障及周边微环境的连续监视，以及通过吞噬和清除维持界面的"低炎症、高清洁度"。它们介导凋亡细胞的清除从而抑制继发性炎症反应，可表达CD163结合血红蛋白-触珠蛋白复合物和血红素，促进细胞碎片和代谢废物清除，减轻氧化应激损伤。PvMΦ还与代谢废物处理和血管反应调节密切相关，被认为参与血管周围间隙内包括Aβ相关负荷在内的异常沉积物的处理，并能影响Aβ相关的神经血管功能和疾病结局。更具界面特异性的特征是其响应神经元活动相关信号的能力：PvMΦ表达嘌呤能受体P2Y12，使其能够 sensing 神经元活动期间释放的ATP，并通过钙信号调节局部血管舒张，从而匹配区域血供与能量需求，贡献于神经血管耦合。
五、BAMs在CNS疾病中的双刃剑作用
作为居住于CNS边界区的免疫哨兵，BAMs在稳态下维持BBB完整性、清除代谢废物和调节免疫耐受；但在疾病状态下，这些功能的失调可驱动神经炎症、组织损伤和疾病进展。值得注意的是，BAMs的病理作用表现出显著的时空特异性：同一亚群可依据疾病阶段、界面区室和刺激强度从保护性转变为有害性。
1. 缺血性脑卒中(IS)：从急性损伤到慢性修复的转换
IS后，BAMs在促炎和抗炎表型之间经历动态转换，双刃剑效应尤为突出。稳态下，CD206
+ BAMs贡献于维持血管完整性，包括调节内皮细胞增殖和激活ERK1/2信号通路。卒中急性期，BAMs迅速进入炎症放大状态：CD206
+亚群显著上调TNF及其他促炎细胞因子、趋化因子和血管泄漏相关基因(Vegfa、Hif1a、Mmp8、Mmp12)，伴细胞外基质(ECM)重塑，成为TNF信号的主要介导者。同时，在STAT3等转录因子调控下，BAMs经历功能重编程，特征为Myc和Nfil3上调，以及缺血损伤后iNOS表达和炎症相关基因的诱导。进入恢复期后，炎症相关通路并非线性持续，而是逐渐下降，而血管完整性维持和修复相关程序逐步增强。
2. 阿尔茨海默病(AD)：保护与损伤的关键失衡
AD中，BAMs在Aβ沉积和清除周围表现出特征性的双刃剑作用。保护性方面，血管周围BAMs/PvMΦ参与血管周围Aβ处理并影响脑淀粉样血管病(CAA)负荷，提示其在血管周围Aβ稳态和清除中的潜在作用。然而，随疾病进展，这种保护级联可能逐渐失衡，导致清除效率降低、炎症加剧和血管损伤风险增加。新近发表于App
NL-F敲入小鼠的研究将早期类淋巴功能衰竭与实质边界巨噬细胞丢失联系起来，提示CSF Aβ相关的边界巨噬细胞群体损伤可能先于明显的实质斑块沉积，并贡献于废物清除缺陷。
3. 多发性硬化(MS)：免疫攻击的生态位
MS中，BAMs参与免疫调节和炎性反应，并可随疾病进展将其功能角色从促炎驱动者扩展至与慢性退变相关的程序。疾病早期，BAMs通过抗原呈递和T细胞激活促进炎性反应，从而 facilitate 脱髓鞘；慢性进展期，BAMs可能持续激活，通过上调促炎基因和下调稳态相关基因增强神经退行过程。血管周围BAMs通过释放GALECTIN-3激活少突胶质细胞凋亡的Caspase-8/p38 MAPK通路，进一步加剧脱髓鞘病理。
4. 创伤性脑损伤(TBI)：早期保护性炎症与继发性损伤
TBI快速激活并重新分布包括BAMs、小胶质细胞和浸润MDMs在内的脑巨噬细胞群体。聚焦BAM相关标志物MRC1/CD206的研究显示，MRC1参与小鼠TBI后的早期神经保护性炎症反应；MRC1缺乏与CD68
+巨噬细胞/小胶质细胞反应降低及神经炎症标志物表达改变相关，提示早期CD206
+边界相关巨噬细胞活性可能支持而非单纯加剧创伤后免疫防御。
5. 脑肿瘤：肿瘤微环境中的"帮凶"
脑肿瘤中，BAMs可通过重塑免疫抑制微环境、促进血管生成和支持肿瘤侵袭来驱动恶性进展，具有显著的解剖位置特异性特征；但在某些肿瘤类型中，BAMs也可能发挥抑瘤效应。总体而言，肿瘤微环境倾向于将BAMs偏向免疫抑制和促侵袭表型，尽管效应方向性可能因肿瘤类型、空间背景和局部微环境信号而异。胶质母细胞未知中，BAMs和肿瘤相关巨噬细胞共同促进免疫逃逸，高表达ARG1和PD-L1，通过微环境内L-精氨酸耗竭抑制CD8
+ T细胞抗肿瘤活性；空间转录组学进一步揭示肿瘤相关BAMs与T细胞的空间邻近性，指示短程强效抑制。但在髓母细胞瘤中，BAMs可表达CXCL4拮抗CXCL12/CXCR4轴，从而抑制肿瘤祖细胞增殖和迁移。
六、未来研究方向
当前研究已逐步描绘BAMs在脑膜、脉络丛和血管周围间隙等区室的亚群特化、调控网络和功能输出，但仍存在模型外推、定义标准不一致和跨物种可比性等关键局限。未来研究需在以下方向取得实质性进展：建立统一的BAM定义和亚型分类框架；明确不同BAM亚群的发育起源、成年维持和补充机制；超越基因名称相似性实现跨物种的同源映射；利用空间多组学解析界面生态位如何决定功能，特别是在ACE点、DALT、SLYM和颅-硬膜通道等新近表征的边界结构中；以及开发基于基因编辑、纳米载体介导靶向递送和小分子调节剂的 recessive 的区室特异性、亚群特异性和阶段特异性干预策略，避免 indiscriminate 抑制破坏稳态或过度增强免疫清除引发屏障相关副作用。
