缺血性腦卒中作為全球致殘和致死的主要病因之一，其幸存者常面臨復(fù)發(fā)、長(zhǎng)期后遺癥和認(rèn)知功能障礙等問(wèn)題，給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大負(fù)擔(dān)。免疫反應(yīng)在中風(fēng)的病理生理過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。中風(fēng)后，損傷相關(guān)分子模式（DAMPs）的釋放會(huì)觸發(fā)局部和全身的免疫反應(yīng)。腦內(nèi)固有的小膠質(zhì)細(xì)胞在中風(fēng)后幾分鐘內(nèi)感知并響應(yīng)損傷，而外源性骨髓來(lái)源的免疫細(xì)胞，尤其是中性粒細(xì)胞和單核/巨噬細(xì)胞，會(huì)在中風(fēng)后數(shù)小時(shí)至數(shù)天內(nèi)浸潤(rùn)腦損傷區(qū)域。然而，卒中急性期腦內(nèi)免疫細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化、基因表達(dá)特征及其來(lái)源尚未完全闡明。

2025年2月11日，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系李明鋒教授團(tuán)隊(duì)與首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院王伊龍教授團(tuán)隊(duì)合作在Advanced Science上在線(xiàn)發(fā)表題為“Single-Cell Transcriptomes of Immune Cells from Multiple Compartments Redefine the Ontology of Myeloid Subtypes Post-Stroke”的研究論文。該研究通過(guò)對(duì)多組織部位進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析，系統(tǒng)性地描繪了缺血性中風(fēng)后，腦內(nèi)髓系細(xì)胞和腦駐留免疫細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化及其基因表達(dá)特征，揭示了顱骨骨髓來(lái)源的免疫細(xì)胞在中風(fēng)后炎癥反應(yīng)中的關(guān)鍵作用。

研究團(tuán)隊(duì)利用假手術(shù)（Sham）組及小鼠永久性大腦中動(dòng)脈閉塞（p-MCAO）模型，分析了中風(fēng)后24小時(shí)（急性期）大腦、顱骨骨髓（CBM）、股骨骨髓（FBM）和外周血單核細(xì)胞（PBMCs）中細(xì)胞的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)大腦樣本進(jìn)行CD45+細(xì)胞篩選，研究團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)關(guān)注了免疫細(xì)胞在中風(fēng)后的動(dòng)態(tài)變化及其來(lái)源，成功鑒定了16種不同的免疫細(xì)胞類(lèi)型，并發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞在中風(fēng)后表現(xiàn)出顯著的變化。特別是，腦內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞的相對(duì)比例在卒中后下降，而中性粒細(xì)胞的比例則大幅上升，同時(shí)單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的比例適度增加。這些發(fā)現(xiàn)與之前的報(bào)道一致，即中性粒細(xì)胞和單核/巨噬細(xì)胞是最早浸潤(rùn)缺血性大腦的免疫細(xì)胞之一，同時(shí)其基因表達(dá)在中風(fēng)后呈現(xiàn)顯著異質(zhì)性。

研究表明，中風(fēng)后，來(lái)自顱骨骨髓的髓系細(xì)胞通過(guò)特定分子途徑遷移至大腦并參與免疫反應(yīng)。該研究首次發(fā)現(xiàn)在卒中急性期，腦內(nèi)存在高表達(dá)Cd14基因的中性粒細(xì)胞亞型Neut_Cd14，其比例在腦組織中顯著高于外周血、顱骨或股骨骨髓，且在流式細(xì)胞術(shù)和q-PCR中得到了驗(yàn)證。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，Neut_Cd14亞型的轉(zhuǎn)錄特征與CBM中的中性粒細(xì)胞高度相似。進(jìn)一步研究揭示，在中風(fēng)過(guò)程中，中性粒細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)呈順序激活狀態(tài)，其中多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子在Neut_Cd14亞群中特異性表達(dá)。

利用擬時(shí)序分析顯示，在假手術(shù)狀態(tài)下，顱骨骨髓和股骨骨髓中的中性粒細(xì)胞發(fā)育軌跡相似，而在p-MCAO模型中，顱骨骨髓與顱骨骨髓來(lái)源的分化平衡被打破，顱骨骨髓中的中性粒細(xì)胞更早地開(kāi)始遷移和分化，提示它們?cè)谧渲泻笾行粤＜?xì)胞的成熟分化模式有所不同，進(jìn)一步提示了顱骨骨髓來(lái)源的中性粒細(xì)胞在卒中后的異質(zhì)性。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)回顧Xu等人的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，中風(fēng)發(fā)生1小時(shí)內(nèi)，受影響的患側(cè)顱骨區(qū)域出現(xiàn)了表達(dá)Neut_Cd14相關(guān)基因和轉(zhuǎn)錄因子的細(xì)胞，而在對(duì)側(cè)顱骨未見(jiàn)此現(xiàn)象，支持了顱骨可能作為這些細(xì)胞的來(lái)源。而通過(guò)進(jìn)一步重繪Kolabas的數(shù)據(jù)集發(fā)現(xiàn)，Neut_Cd14亞群與其定義的成熟中性粒細(xì)胞亞群在腦膜區(qū)域部分重疊，提示Neut_Cd14亞群可能通過(guò)腦膜從CBM遷移至大腦實(shí)質(zhì)。

研究還揭示了單核/巨噬細(xì)胞在中風(fēng)后的分化路徑。研究發(fā)現(xiàn)，疾病炎性巨噬細(xì)胞（DIMs）最先來(lái)源于顱骨骨髓中的單核細(xì)胞，而中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)巨噬細(xì)胞（CAMs）則可能來(lái)源于胚胎前體細(xì)胞。而DIMs在中風(fēng)后的腦組織中高度表達(dá)促炎性基因，可能在急性炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。此外研究團(tuán)隊(duì)還鑒定了中風(fēng)后腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞的多種亞型，并發(fā)現(xiàn)疾病相關(guān)小膠質(zhì)細(xì)胞（DAM）在中風(fēng)后表現(xiàn)出與阿爾茨海默病中類(lèi)似的“胎兒樣重編程”特征。這些細(xì)胞可能在中風(fēng)后的神經(jīng)保護(hù)和修復(fù)過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

為了進(jìn)一步分析卒中特異性免疫細(xì)胞亞群（DIMs、DAMs和Neut_Cd14）的時(shí)空分布變化，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)整合Zucha等人、Han等人先前發(fā)表的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)及功能分析顯示，DIMs在中風(fēng)后的第3天主要聚集于損傷邊緣區(qū)，提示其參與初期的損傷及修復(fù)反應(yīng)；DAMs在中風(fēng)后第3天和第7天呈現(xiàn)較高豐度，可能在慢性期的組織修復(fù)和膠質(zhì)反應(yīng)中發(fā)揮作用；Neut_Cd14細(xì)胞則在中風(fēng)后的急性期（24小時(shí)內(nèi)）迅速進(jìn)入梗死核心區(qū)，并在隨后的時(shí)間迅速減少，提示其在急性免疫反應(yīng)中的關(guān)鍵作用。它們的協(xié)同作用在中風(fēng)后的免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)和組織修復(fù)過(guò)程中具有重要意義。

該研究系統(tǒng)性地揭示了卒中急性期腦內(nèi)免疫細(xì)胞的分子圖譜，明確了不同免疫細(xì)胞亞型的來(lái)源、分化路徑及其功能。對(duì)這一過(guò)程的理解將有助于為缺血性腦損傷后的有效治療提供新的理解。

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院王伊龍教授和華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系李明鋒教授為論文共同通訊作者，北京天壇醫(yī)院楊沫醫(yī)生，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系碩士研究生李毅翔，北京天壇醫(yī)院史凱斌教授為論文的共同第一作者，神經(jīng)科學(xué)研究所馬少捷研究員和北京天壇醫(yī)院施福東教授為本工作提供了重要支持。該研究獲得國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202408722