肝脏不同解剖区域巨噬细胞功能异质性的调控网络研究

Tissue-resident macrophages are a heterogeneous population of immune cells. The heterogeneity of tissue-resident macrophages is largely shaped by the local microenvironment. Recently, our understanding of the heterogeneity of tissue-resident macrophages has entered an era of high spatial resolution. Macrophages in different anatomical regions in tissues and organs such as the intestine, heart, brain, and kidney have been found to have different functions. The region-specific microenvironment is the key reason for the heterogeneity of macrophages in different anatomical compartments. Liver-resident macrophages, or Kupffer cells, represent the primary members of the entire mononuclear phagocyte system. Kupffer cells are the first line of host defense by removing various particulate materials that enter the liver and body through the portal vein. Previous studies from our group and other groups have shown that the phagocytic ability of Kupffer cells in the portal vein region was stronger than Kupffer cells in the central venous region, which strongly ensured the immune homeostasis of the liver and the body. However, the underlying mechanisms are largely unknown. This project aims to reveal the composition of the region-specific microenvironment in the liver and interpret the formation of the regional immune characteristics of Kupffer cells by means of liver integrated-omics approaches.

组织定居巨噬细胞是一群异质性很强的免疫细胞。组织微环境对定居巨噬细胞特异性功能的塑造十分关键。近年来，我们对组织定居巨噬细胞异质性的认识进入了空间高分辨率时代。肠道、心脏、大脑、肾脏等组织器官内不同解剖区域的巨噬细胞被发现功能各异；同时，区域微环境也是巨噬细胞产生区域异质性的关键原因。肝脏定居巨噬细胞，即Kupffer细胞，是整个单核吞噬细胞系统最主要的成员，是负责吞噬和清除通过门静脉进入肝脏和机体的各种颗粒性物质的第一道防线。前人的研究和我们的前期研究基础均表明最先接触到颗粒性物质的肝脏门静脉区的Kupffer细胞相对于中央静脉区的Kupffer细胞具有更强的吞噬能力，有力保证了肝脏乃至机体的免疫稳态维持。然而Kuppffer细胞的区域特性形成机制却未知。本项目旨在借助肝脏整合组学研究手段，揭示肝脏区域微环境的构成和Kupffer细胞区域免疫特性的形成机制。

组织定居巨噬细胞是一群异质性很强的免疫细胞。组织微环境对定居巨噬细胞特异性功能的塑造十分关键。同时，区域微环境也是巨噬细胞产生区域异质性的关键原因。肝脏定居巨噬细胞（枯否细胞，Kupffer Cell, KC），占全身各组织器官定居巨噬细胞的80%左右，是负责吞噬和清除通过门静脉进入肝脏和机体的各种颗粒性物质的第一道防线，而其稳态失衡与功能异常是导致慢性肝病患者易于合并细菌感染的重要原因之一。. 前人的研究和我们的前期研究基础均表明最先接触到颗粒性物质的肝脏门静脉区的Kupffer细胞相对于中央静脉区的Kupffer细胞具有更强的吞噬能力，有力保证了肝脏乃至机体的免疫稳态维持。然而Kuppffer细胞的区域特性形成机制却未知。. 在本研究中，成功建立了肝脏不同解剖区域不同类型细胞的分离方法，获得足量优质的细胞样本并完成相关细胞的转录组测序、蛋白质组鉴定与定量分析，构建了不同细胞的空间表达谱，基于已知数据库进行比对，发现肝脏不同解剖区域KCs表达的差异蛋白及微环境中可能影响KCs功能的分子，并进一步开展了相关机制研究和功能验证。研究结果提示，TGFβ超家族成员BMP9&BMP10-ALK1-Smad4信号轴是KCs维持其组织特异性“身份” (identity)、自我更新和抗感染特征的决定性机制。ALK1信号通路的缺失会导致KCs的身份特征丢失、增殖能力下降和抗感染特征受损。利用李斯特菌和金葡菌感染小鼠模型和活体成像技术，发现ALK1信号通路缺失后，肝脏捕获细菌的能力明显下降，细菌向全身多组织器官的播散，导致小鼠大量死亡。在慢性炎性肝病模型中，肝脏微环境中BMP9、BMP10及其受体ALK1的表达明显下调。这提示本研究可能为慢性肝病合并细菌感染、慢加急性肝衰等提供潜在的干预思路。