eLife︱王帆团队揭示了巨噬细胞在无脊椎动物中的进化
撰文︱王 帆，杨 鹏责编︱王思珍，方以一编辑︱杨彬薇
巨噬细胞是调节人体内稳态的关键功能细胞，其在病原抵抗，组织修复，癌症的发生和发展，衰老等过程中起到重要作用，其在复杂环境中的可塑性及功能多样性使其迄今为止依然是生命科学研究的热点之一[1]。目前人们对巨噬细胞在脊椎动物中的进化已经有了比较明确的结论，但是在无脊椎动物中，巨噬细胞的进化还不甚清晰[2]。
2022年10月6日，汕头大学王帆副教授课题组在eLife上发表了题为“Single-cell RNA sequencing analysis of shrimp immune cells identifies macrophage-like phagocytes”的研究。该研究通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）确定了对虾血淋巴中的三种主要免疫细胞类型：原血细胞、单核血细胞和粒细胞，并在此基础上定义了一种新的巨噬细胞样亚群，该亚群为单核血细胞的末端分化细胞，被称为单核细胞血细胞2（Monocytic hemocytes 2, MH2）, 其能够吞噬入侵机体的有害病原微生物副溶血弧菌，且该细胞表达的标记基因与哺乳动物巨噬细胞标记基因有一定的一致性，这一发现为人们了解后生动物进化树上巨噬细胞的进化过程提供了实验证据。
研究者在对虾血液中分析并确定了5种细胞类型，包括原血细胞（PHs）、粒细胞（GHs）、单核血细胞（MHs）、过渡细胞（TCs）和生殖样细胞（GCs），在对血淋巴中的免疫细胞进行进一步细分时， PHs、MHs和GHs被分为6种亚型，该6种亚型在后续的拟时序分析中展现了与人类髓样细胞发育分化的类似性，即粒细胞-单核细胞祖细胞（granulocyte monocyte progenitor，GMP）分化为单核细胞（monocyte）和粒细胞（granulocyte）。其中一些调控髓样细胞分化的关键转录因子在对虾和人之间具有一定的保守性（图1）。
图1 对虾血淋巴中三种主要血细胞类型的亚簇和拟时轨迹分析
（图源：Peng Y, et al., eLife, 2022）
研究者将MH2标记基因与人类单细胞数据库中的标记基因进行比较，发现了9个MH2的标记基因与人巨噬细胞标记基因同源，这表明MH2可能是人类巨噬细胞在无脊椎动物中的祖先细胞（ancestral cell）。为进一步证明这一假设，研究者通过注射异硫氰酸荧光素结合副溶血性弧菌（FITC-VP）标记吞噬细胞。并用激光共焦显微镜观察这些细胞，其具有圆形细胞核，细胞质高度空泡化，与脊椎动物巨噬细胞相似，在进一步的吞噬抑制实验中，脊椎动物吞噬抑制剂细胞松弛素D（Cytochalasin D）能够有效抑制对虾血细胞吞噬[3]。同时qPCR定量和免疫印迹法显示对虾血淋巴中的吞噬细胞特异性表达MH2标记基因，这表明MH2可能是人类巨噬细胞在无脊椎动物中的祖先细胞（图2）。
图2 鉴定MH2为巨噬细胞样吞噬细胞
（图源：Peng Y, et al., eLife, 2022）
研究者将本研究的分类与甲壳动物血细胞的传统分类进行了比较。此前，根据形态标准和功能特性，对虾血细胞被分为三种主要类型：透明细胞、半颗粒细胞和粒细胞[4]。透明细胞标记基因在PH1、PH2、MH1和MH2中高度表达。半粒细胞标记基因在GH2和MH2中高度表达。这些数据与之前的观察结果一致，即透明细胞既包含前血细胞，也包含吞噬细胞。本文还解释了在一些研究中观察到的半粒细胞具有吞噬活性的现象。粒细胞标记基因与研究者的观察结果一致，其在GH2中高度表达，这表明粒细胞确实是具有内部浓缩颗粒的最大细胞类型（图3）。本文中基于现代分子细胞生物学的对虾血细胞新分型方法的建立解决了长期以来困扰该领域的不同分类血细胞功能不清晰，不同亚群界限模糊等问题。
图3 传统分类法与本研究分类法的比较
（图源：Peng Y, et al., eLife, 2022）
原文链接：https://doi.org/10.7554/eLife.80127
汕头大学理学院王帆副教授为该论文的通讯作者，杨鹏硕士为第一作者。该研究得到国家自然科学基金（41976123）、中国广东省扬帆计划引进紧缺拔尖人才项目（14600703）和2020年李嘉诚基金会跨学科研究资助（2020LKSFG01E）的支持。
通讯作者：王帆副教授（右一），第一作者：杨鹏硕士（左一）
（照片提供自：汕头大学理学院王帆团队）
王帆，副教授，博士毕业于新加坡国立大学，在新加坡国立大学医学院完成博士后训练，回国后在汕头大学担任副教授。入选广东省扬帆计划引进紧缺拔尖人才。主要研究领域是以对虾为模型的无脊椎动物细胞免疫学研究，在国内外杂志如elife, J Immunology, Genomics, Dev. Comp. Immunol等共发表了30余篇SCI论文。
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[2] Martin P, Gurevich DB. Macrophage regulation of angiogenesis in health and disease[J]. Semin Cell Dev Biol, 2021,119: 101-110.
[3] Kokhanyuk B, Bodo K, Setalo G Jr, Nemeth P, Engelmann P. Bacterial engulfment mechanism is strongly conserved in evolution between earthworm and human immune cells[J]. Front Immunol, 2021, 12:733541.
[4] Lin X, Söderhäll I. Crustacean hematopoiesis and the astakine cytokines[J]. Blood, 2011, 117(24): 6417-6424.
本文完