eGastroenterology：单细胞组学揭示巨噬细胞在肝脏中的多重“角色”

导读

肝脏是人体最大的代谢和解毒器官，也是一个强大的“免疫堡垒”。肝脏中驻扎着大量免疫细胞，其中巨噬细胞（Macrophages）堪称“第一道防线”。它们不仅负责清除病原体和死亡细胞，还在肝脏损伤修复中扮演关键角色。近期，eGastroenterology发表来自美国国立卫生研究院高斌教授、冯德春博士及团队的原创研究“Characterisation of macrophages in healthy and diseased livers in mice: identification of necrotic lesion-associated macrophages”，本研究通过多重免疫荧光染色和单细胞RNA测序技术，首次系统揭示了小鼠肝脏中两类巨噬细胞——库普弗细胞（KCs）和单核来源巨噬细胞（MoMFs）在健康与疾病状态下的动态变化，加深我们对肝脏巨噬细胞的认知。

第一部分：健康肝脏中的巨噬细胞——稳定的“常驻军“

01 巨噬细胞的“主力军”：库普弗细胞

（1）数量优势：在健康小鼠肝脏中，KCs占所有免疫细胞的80%以上，是肝脏的“常驻守卫”（见图1）。它们通过吞噬细菌、清除衰老红细胞和死亡肝细胞，维持肝脏微环境的稳定。

（2）区域分布：肝脏分为三个功能区域，包括Zone 1靠近门静脉（封面图绿色区域），Zone 3靠近中央静脉（蓝色区域），Zone 2介于二者之间（白色区域）。研究发现，KCs在Zone 1和Zone 2分布更密集，且Zone 1的KCs体积更大。这种分布可能与肠道微生物的持续刺激有关，由于Zone 1是首先接收来自肠道的门静脉血的区域，因此该区域可能需要更强的免疫防御功能，以应对潜在的微生物和毒素入侵。

图1：该图描绘了健康小鼠肝脏的细胞比例，免疫细胞占比约13%，而且所有的免疫细胞中，KCs的占比达到84%

来源： 原文图1C

02 功能特性：高效吞噬与免疫监视

（1）吞噬能力：通过注射荧光标记的细菌颗粒实验，发现Zone 1的KCs吞噬活性显著高于其他区域。这种区域性功能分化，确保了肝脏对来自肠道的病原体快速响应。

（2）低增殖与凋亡：健康状态下，KCs和少量MoMFs的增殖与凋亡率极低（仅1%-2%），表明其稳态维持主要依赖自我更新而非外部补充。

第二部分：病态肝脏中的巨噬细胞——动态的“救援队”

01 肝损伤中的“新兵”：单核细胞来源的巨噬细胞

（1）快速动员：在急性肝损伤（如药物性肝坏死）或慢性肝病（如脂肪性肝炎）中，循环血中的单核细胞会迅速迁移至肝脏，分化为MoMFs（见图2）。例如，在刀豆球蛋白A（ConA）诱导的急性肝损伤模型中，坏死区域超过95%的巨噬细胞是MoMFs。

图2：该图展示了不同状态下MoMFs（左侧）和KCs（右侧）在肝脏中的占比

来源： 原文图3B

（2）功能分化：通过单细胞RNA测序，MoMFs被进一步分为多个亚群：

• C1q⁺MoMFs：高表达Trem2、Spp1等基因，负责清除坏死细胞碎片。

• Cd11c⁺MoMFs：分泌内皮素转化酶（ECE1），激活肝星状细胞收缩，促进坏死组织修复。

• S100a8⁺MoMFs：位于坏死核心区，表达MMP9等蛋白，参与组织重塑。

02 巨噬细胞的“双重使命”：修复与炎症调控

（1）增殖能力：在受损肝脏中，MoMFs的增殖率（约12%）显著高于KCs（约6%），可确保有足够的“救援兵力”。

（2）区域特异性分布：在药物性肝损伤（APAP模型）中，坏死区域内的巨噬细胞有60%为MoMFs，而ConA模型中这一比例超过95%。这种差异反映了不同损伤机制下巨噬细胞募集的动态变化。

第三部分：健康vs疾病——巨噬细胞的“身份切换”

01 表型标记的差异

（1）健康肝脏：KCs通过IBA1⁺/CLEC4F⁺双阳性标记明确区分，而MoMFs则极少存在。

（2）病态肝脏：MoMFs呈现为IBA1⁺/CLEC4F⁻表型，并可根据CD86（促炎）、CD206（抗炎）等标志物进一步细分。慢性肝病中，部分MoMFs甚至能够转化成更接近KCs的表型（表达CLEC4F），这一现象提示了其表型的可塑性。

02 功能重编程

（1）吞噬能力：KCs在疾病中仍保持较高吞噬活性，而MoMFs则表现出相对较低的吞噬能力，转而通过分泌细胞因子（如IL-6、TNF-α）和蛋白酶（如MMP9）来调控组织修复过程。

（2）基因表达谱：scRNA-seq分析显示，MoMFs在损伤后高表达炎症相关基因（如Ccr2、Lyz），而KCs则高表达维持肝脏稳态相关基因（如C1q）。

03 空间定位的“战略意义”

（1）坏死边缘区：Trem2^high C1q⁺MoMFs和Cd11c⁺MoMFs聚集于此，形成“修复屏障”。

（2）坏死核心区：S100a8⁺MoMFs主导，通过降解细胞外基质促进组织重建。（见图3）

图3：该图清晰绘制了不同类型巨噬细胞在肝脏坏死区域中的空间分布

来源：原文图8C

第四部分：研究的突破与未来展望

01 技术突破：从“单细胞”到“空间定位”

（1）多重免疫荧光+AI分析：通过全片扫描和机器学习（如Ilastik、CellProfiler），首次实现肝脏巨噬细胞的数量、大小、增殖与凋亡的同步量化。

（2）空间转录组学：结合肝区标记（如GS、ECAD），揭示巨噬细胞功能与位置的精确关联。

02 临床启示：肝病治疗的新靶点

（1）靶向MoMFs亚群：例如，增强C1q⁺MoMFs的吞噬能力或抑制Cd11c⁺MoMFs的纤维化信号，可能成为治疗肝坏死或肝纤维化的新策略。

（2）慢性肝病的干预：在代谢相关性脂肪性肝炎中，通过抑制巨噬细胞向促炎表型转化，或可延缓疾病进展。

结语：巨噬细胞——肝脏健康的“多面手”

本研究不仅系统解释了肝脏巨噬细胞的动态图谱，更揭示了它们在微环境中的“自适应”调控能力。从健康状态的“静默守卫”到疾病状态的“活跃修复者”，巨噬细胞通过表型和功能上的灵活切换，维系着肝脏的平衡与再生。未来，针对巨噬细胞亚群的精准调控，或将为肝病治疗开启全新篇章。

引证本文

Dechun Feng, Yukun Guan, Yang Wang, Luca Maccioni, Bryan Mackowiak, Bin Gao - Characterisation of macrophages in healthy and diseased livers in mice: identification of necrotic lesion-associated macrophages: eGastroenterology 2025;3:e100189.

https://doi.org/10.1136/egastro-2025-100189