胚胎期肥大细胞的起源、分化发育和功能及其机制研究

Tissue-resident mast cells (MCs) are important effectors in innate immunity, involving in allergy and inflammatory diseases. According to their distribution, MCs are divided into connective tissue MCs (CTMCs) and mucosa MCs (MMCs). Although the current dogma is that MCs are derived from bone marrow (BM), few studies including ours confirm that unlike MMCs, CTMCs are not BM-dependent. We also found that mature MCs had been seeding into peripheral tisssues before birth, indicating that MCs originated from fetal hematopoiesis, and CTMCs might be longevous, irradiation-resistant and self-renewal. To date, the fetal origins and development of MCs are mysterious yet. Based on our previous findings that MCs orignated from Yac-sac and Aorta-gonad-mesonephros, we will investigate the fetal developmental route of MCs with different fetal origins and its underlying mechanisms, and their roles in individual development and inflammation, using fate-mapping systems. The study will delineate a detailed route of MCs in embryogenesis, enriching our current knowledge on MCs.

组织定居肥大细胞（mast cell， MCs）是固有免疫的一类重要免疫细胞，在过敏和炎症性疾病中发挥效应功能。根据分布，肥大细胞分为结缔组织MCs（CTMCs）和粘膜MCs（MMCs）。当前认为，骨髓是MCs的来源，但少数和我们的研究证实，不同于MMCs，CTMCs的更新维持并不依赖骨髓。我们还发现，成熟MCs在出生时已根植于各组织，表明MCs起源于胚胎造血，其中CTMCs可能有长寿、抗辐照、自我更新特性。至今，MCs的胚胎起源和分化发育依然未解。我们前期研究发现，MCs起源于胚胎发育早期、卵黄囊和主动脉-性腺-中肾的造血前体，在此基础上、我们拟通过命运-示踪系统，探讨MCs在胚胎期的分化发育、决定MCs胚胎分化发育的关键分子机制，和不同胚胎起源MCs在个体发育、组织器官形成和炎性疾病中的作用，由此描绘MCs在胚胎期的分化发育路线，丰富对MCs的认识。

肥大细胞的胚胎起源和分化发育及其机制以及生物学功能还存在许多未解的科学问题。在前期确定了肥大细胞胚胎起源的基础上，本项目中执行期间我们完成了计划中主要研究内容，包括：1）三种胚胎造血起源的肥大细胞前体产生的确切时间点、胚胎肥大细胞前体的特征标志和表型。通过fate-mapping示踪模式动物，对胚胎三波造血细胞起源的肥大细胞进行了分析，发现胚胎E11天出现的CD117+CD11b-整合素β7+细胞为肥大细胞前体，其表型为CD41+CD117+CD16/32+CD93-CD11b-。2）胎肝出现的β7+肥大细胞前体，在E11.5开始外迁到组织，在外周逐渐发育成熟，直到E16.5开始合成特征颗粒，伴随增殖能力的降低。3）明确了转录因子Hes1和Mns1是调控胚胎造血定向分化为肥大细胞的关键转录因子。4）发现组织定居的肥大细胞是天然免疫应答早期相分泌趋化因子CXCL1招募中性粒细胞的唯一细胞来源及其细胞和分子机制：依赖于巨噬细胞的辅助作用，这种辅助作用需要巨噬细胞和肥大细胞之间的细胞间接触，并依赖从头合成RNA也依赖于巨噬细胞中ERK信号途径。总体来说，我们完成了计划任务书中研究目标，绘制了肥大细胞在胚胎期的分化发育路线图，阐述了分化中的肥大细胞前体和组织中成熟肥大细胞的免疫特征和表型；明确了诱导肥大细胞定向分化的转录因子，以及肥大细胞在天然免疫中的重要作用。对这些关于肥大细胞方面科学问题的解决丰富和加深对肥大细胞免疫特征的认识，也加深对个体发育、组织器官形成、疾病等生理及病理过程的理解，对疾病控制和组织工程等应用领域也具有非常重要的指导意义。.项目执行期间，因新冠疫情还资助了新冠疫情相关的研究。发现携带不同免疫“印记”固有免疫细胞亚群的相对水平决定了新冠病毒变异株感染病情严重性，揭示了奥密克戎变异株感染诱导更多的具有负向免疫调控功能的VNN2+单核细胞亚群和PI3+低密度中性粒细胞亚群是缓解炎症程度导致更多轻症和无症状感染的细胞学机理。这项研究对理解新冠病毒感染病理机制以及判断疾病预后奠定了重要的理论基础和应用靶标。