金黄色葡萄球菌生物膜感染通过诱导MARCOhiMERTKlo巨噬细胞亚群损害伤口巨噬细胞胞葬作用

《Cell Reports》：Staphylococcus aureus biofilm infection impairs efferocytosis in wound-macrophages via induction of a MARCOhiMERTKlo subset

　　

慢性不愈合伤口由金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）生物膜（biofilm, BF）维持，但生物膜如何重编程负责损伤消退的免疫细胞仍不清楚。研究人员显示，生物膜来源的可溶性信号而非细菌接触，产生一类此前未描述的生物膜相关巨噬细胞（biofilm-associated macrophage, BAM）亚群，标记为巨噬细胞膜胶原结构受体（macrophage receptor with collagenous structure, MARCO）高表达、MERTK抑制；该受体可识别凋亡细胞但无法吞噬。利用分级生物膜能力的等基因USA300菌株，仅高生物膜的 conditioned medium 在人巨噬细胞中诱发此状态；MARCO中和恢复尸体清除。机制上，生物膜因子驱动磷酸化CCAAT/增强子结合蛋白β（phospho-C/EBPβ）入核抑制MERTK，切断感知与吞噬。单细胞和Xenium空间转录组、飞行时间质谱流式（cytometry by time of flight, CyTOF）与PhenoCycler将BAM定位于生物膜邻近生态位，呈CD64+CD163+混合状态，超出M1/M2分类，占感染慢性伤口60%–80%。体内通过组织纳米转染（tissue nanotransfection, TNT）髓系限制性过表达MARCO重现胞葬受损与持续炎症，提示MARCOhiMERTKlo巨噬细胞可作为生物膜相关疾病可成药检查点。

研究背景：慢性不愈合伤口常见于糖尿病足溃疡、压力性损伤、静脉淤滞溃疡及术后切口感染，其中金黄色葡萄球菌常作为主导的生物膜形成微生物。生物膜带来抗生素耐受并逃避免疫监视，但生物膜如何调控巨噬细胞介导的炎症消退与组织修复仍不明确。传统认为巨噬细胞从促炎M1向修复性M2转换，而慢性伤口此转换受阻。研究人员指出，既往对生物膜感染中先天免疫尤其是胞葬作用（efferocytosis，凋亡细胞识别后吞噬清除）认识存在空白，因此开展本研究以明确生物膜是否选择性诱导特定巨噬细胞亚群并损害胞葬。

论文发表于《Cell Reports》。

主要关键技术方法：研究人员使用来自美国红十字会或Versiti血库的buffalo coat分选CD14⁺单核细胞分化为单核细胞来源巨噬细胞（monocyte-derived macrophage, MDM）；采用等基因USA300菌株ΔsarA低生物膜与ΔrexB高生物膜制备conditioned medium；临床样本来自UPMC Presbyterian医院负压伤口治疗（negative pressure wound therapy, NPWT）患者的伤口渗液与创面边缘活检；技术包括10× Genomics单细胞RNA测序、Xenium原位空间转录组、CyTOF、PhenoCycler空间蛋白组、腺病毒过表达/抗体中和、小鼠Lyz2启动子驱动MARCO过表达联合组织纳米转染体内伤口模型。

研究结果：

S. aureus hyper-BF表型驱动独特人巨噬细胞亚群出现：研究人员将MDM暴露于低/高生物膜conditioned medium，发现活性氧（reactive oxygen species, ROS）生成与吞噬能力不受影响，但高生物膜条件显著损害胞葬。单细胞转录组将细胞分为5个簇，高生物膜对应cluster 4，跨膜受体分析显示MARCO上调、MERTK下调；CyTOF证实FCGR1A/CD64与CD163共表达的混合表型。临床伤口流体外挑战亦见MARCO^hiMERTK^lo巨噬细胞。

Xenium原位分析揭示S. aureus BF^hi感染中巨噬细胞异质性：对人性创面边缘组织做Xenium空间转录组，显示MARCO与MERTK在髓系细胞内表达反比；生物膜负荷高区域富集MARCO^hi巨噬细胞；IPA显示CCL3、CXCL9、IL-1β、IL10低表达而IL6上调。

BF特异性MARCO^hiMERTK^lo巨噬细胞亚群胞葬受损，由MARCO诱导CEBP/β入核抑制MERTK驱动：在MDM中过表达MARCO即损害胞葬，中和MARCO则恢复高生物膜下的胞葬；高生物膜conditioned medium促进CEBP/β核转位，敲低CEBP/β恢复MERTK，证明MARCO—CEBP/β—MERTK轴切断凋亡细胞识别与吞噬。

靶向髓系MARCO过表达小鼠模型经纳米转染导致CEBP/β核转位、MERTK低表达与胞葬受损：Lyz2启动子MARCO过表达经TNT递送至小鼠背部伤口，第12天伤口闭合下降、经表皮失水（transepidermal water loss, TEWL）升高、肉芽组织减少；髓系细胞MARCO过表达伴随MERTK降低、CEBP/β入核、磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine, PS）⁺死细胞累积、iNOS高而精氨酸酶低，空间蛋白组定为MARCO^hiMERTK^loTLR2^hiiNOS^hiCD163^hiHIF1α^lo。

讨论部分总结：研究人员认为生物膜可溶性因子而非单纯细菌存在驱动MARCO^hiMERTK^lo生物膜相关巨噬细胞，该类细胞兼具促炎与抗炎标志，处M1/M2之外；其强识别弱吞噬造成凋亡细胞堆积、继发坏死、DAMP/TLR持续激活、蛋白酶与氧化脂质富集，削弱基质并维持低度炎症。MARCO可作为共受体调节TLR2信号，CEBP/β核转位受磷酸化与lamin B1门控；慢性TLR2还通过ADAM17介导MERTK脱落、消耗MFG-E8与GAS6/protein S桥接分子、强化SIRPα–CD47抑制检查点。研究人员提出恢复HIF-1α依赖糖酵解、保护TAM受体（TYRO3、AXL、MERTK）桥接信号、抑制过度TLR2与坏死负荷是可测试治疗轴。研究局限包括仅两株等基因金葡菌、混合感染外推受限、具体生物膜成分未定、免疫代谢物未测、BAM与适应性免疫互作未探。

研究结论部分翻译：尽管揭示出与胞葬受损相关的生物膜诱导MARCO^hiMERTK^lo巨噬细胞亚群，本研究仍有局限。首先，使用两株生物膜能力相反的S. aureus突变体可能限制结论向慢性伤口常见混合感染的推广。其次，虽已表明BAM偏离经典促炎/促修复表型，但定义该混合状态的精确 intracellular 通路与转录网络仍不清。第三，触发MARCO表达与胞葬障碍的具体生物膜来源成分尚未锁定。第四，未研究影响巨噬细胞的免疫代谢物如itaconate，代谢重编程能否挽救胞葬仍开放。最后，虽MARCO⁺巨噬细胞在其他模型中关联Treg扩增与CD8 T细胞抑制，BAM在生物膜感染中与适应性免疫亚群互作未探索。这些局限强调生物膜—宿主互作复杂，需更细机制研究与体内验证。总体而言，数据强调生物膜来源成分驱动独特MARCO^hiMERTK^lo巨噬细胞亚群，其胞葬受损且炎症不消退；靶向这些生物膜特异性介质而非孤立杀菌，或可打破慢性炎症循环并恢复巨噬细胞促修复功能，该类空间解析与单细胞图谱所定位的离散巨噬细胞亚群可作为干预靶点。