2026年1月21日，澳大利亞彼得·麥卡倫癌癥中心的Benjamin M. Hogan研究團隊，在國際期刊Nature在線發表題為：Convergent evolution of scavenger cell development at brain borders的研究論文。研究發現，在斑馬魚中，一種名為壁淋巴管內皮細胞（mural lymphatic endothelial cells：muLECs）的血管來源細胞在解剖位置和功能上與哺乳動物的邊界相關巨噬細胞（border-associated macrophages：BAMs）驚人地相似。
研究團隊人員綜合運用了單細胞RNA測序（scRNA-seq）、CRISPR/Cas9基因編輯、轉基因動物模型以及跨物種的原位雜交技術，深入探索了脊椎動物腦膜清除細胞的起源與進化。研究人員首先在斑馬魚中鑒定了轉錄因子odd-skipped related 2 (osr2) 是muLEC譜系特異性的標記和關鍵調節因子，隨后通過對比小鼠、人類、鯊魚、蠑螈和雞的數據，構建了這類細胞的進化樹。研究發現，muLECs代表了一種古老的脊椎動物清除細胞譜系，廣泛存在于非哺乳類脊椎動物中，而哺乳動物的BAMs則是后來演化出的替代者。這一發現解決了長期以來關于腦膜免疫監視細胞進化來源的謎題，證實了muLECs和BAMs是趨同進化的產物。
脊椎動物的血腦屏障和腦膜作為屏障，共同調控中樞神經系統（CNS）中細胞、營養物質和代謝產物的流入和流出。因此，中樞神經系統具有免疫特權，并由高度專業化的免疫細胞進行控制。哺乳動物中的關鍵先天免疫細胞是實質膠質細胞和邊界/屏障相關巨噬細胞（BAMs）。BAMs在哺乳動物胚胎中由卵黃囊來源的單核祖細胞發育而來，通過低水平的自我再生在生命過程中得到補充，并在疾病狀態下由循環單核細胞流入補充。BAMs表達一套獨特的清道夫受體，如MRC1（CD206）、LYVE1、STAB1等，這些受體參與不同配體和組織廢物的吞噬作用。它們定位于腦邊界的血管周間隙、脈絡叢和腦膜，被認為既可清理廢物又可調節免疫反應。研究表明，BAMs會影響阿爾茨海默病和帕金森病表型的進展，并與中風和腦癌相關。我們對于中樞神經系統免疫細胞類型的理解大多來自哺乳動物系統的研究。因此，對于在免疫特權完整的其他系統發育背景下，中樞神經系統免疫在細胞和功能水平上的進化分化，我們知之甚少。
斑馬魚具有保守的血-腦屏障和神經血管單元的細胞譜系，以及保守的先天免疫系統。雖然斑馬魚的巨噬細胞、中性粒細胞和小膠質細胞在功能上與哺乳動物的對應細胞同源，但BAMs尚未被描述。然而，在CNS中靠近腦膜軟脊層的區域先前發現了一類新的孤立muLECs（也稱為腦淋巴內皮細胞或熒光顆粒圍血細胞），其位置相當于哺乳動物中的BAMs。muLECs起源于脈絡叢血管叢，在受精后5–7天（dpf）形成在斑馬魚腦背表面的環狀血管結構。這些環狀結構內的細胞隨后分散成單個細胞，作為覆蓋在幼魚和成魚腦膜血管網絡上的稀疏血管周圍細胞群。該發育過程依賴于淋巴管生成的經典驅動因子（vegfc, flt4, ccbe1, prox1a）和膠質細胞功能，且不依賴造血程序。muLECs是一類特化的淋巴細胞類型，具有獨特的間充質形態，并以類似清道夫內皮細胞（ECs）的方式中執行吞噬大分子廢物進入內吞囊泡的功能。該清除功能依賴于Mrc1（也稱為CD206）、Stab1、Stab2和內吞適配蛋白Dab2。到目前為止，控制muLEC分化的譜系特異性標志和發育程序尚未被確定。
該團隊首先研究了muLECs在填充斑馬魚中腦表面時的發育轉變。在宏觀形態學水平上，靠近中腦靜脈的muLECs逐漸相互斷開，失去細長的內皮細胞（EC）外觀，在7?dpf和30?dpf之間變得彼此分離并呈現更圓的形態。為了識別這一變化的轉錄調控因素，作者歸納了針對EC的單細胞RNA測序（scRNA-seq）時間動態過程，并整合了涵蓋腦內muLEC發育關鍵階段的數據集。這包括受精后40小時(hpf)、3?dpf、4?dpf、5?dpf和7?dpf，囊括了LECs（ lymphatic endothelial cell： LEC ）從胚胎靜脈萌芽（40?hpf）、muLECs在中腦腦膜的出現（3–4?dpf）以及muLEC環的形成（5–7?dpf）不同發育階段。作者基于已知的標記基因對細胞群進行了注釋，并對ECs（n=15,898）進行了重新聚類。一個假定的muLEC群被識別為在轉錄水平上與其他EC群，包括LECs，具有明顯區分。為了探究muLECs與LECs之間的轉錄差異，作者在3?dpf和7?dpf進行了差異表達基因（DEG）分析。若干標記LECs的基因在muLEC群中顯著下調或缺失（例如cadherin-6 (cdh6)和tbx1），而其他基因的表達則有所降低（例如prox1a）。相反，與清道夫功能相關的基因（例如lyve1b、mrc1a）上調。值得注意的是，轉錄因子odd-skipped-related 2 (osr2)，此前被描述在哺乳動物腭部、滑膜關節、腎臟及骨形成以及斑馬魚鰭軟骨發生中的作用，是7?dpf時muLEC群中上調最多的基因。osr2在40?hpf至3?dpf之間開始在ECs中表達，并在所有時間點特異性局限于muLEC群，是整個轉錄組中細胞類型特異性的標記。cdh6和tbx1是LEC特異性標記，在muLECs中不表達。
osr2 是 muLEC 發育的特異性marker
為了理解osr2在muLEC發育中的功能，研究人員利用CRISPR基因組編輯技術生成了一個預測的功能缺失突變體。osr2突變體及其野生型同胞在所有時間點表現出無法區分的生長和形態。成熟的muLECs通常是孤立的單個細胞，細胞間接觸有限，這與血管內的內皮細胞不同。在突變體中，muLEC數量未改變，但向獨立清道夫細胞的典型轉變異常。與同胞對照相比，osr2突變體的muLEC長度在14 dpf、21 dpf 和30 dpf 時均增加，但在7 dpf 時未發生變化。此外，從14 dpf 到30 dpf，osr2突變體中與其他muLEC發生細胞間接觸的muLEC百分比減少。總體來看，這些數據表明osr2在muLEC從內皮細胞向獨立細胞形態轉變中起作用。此外，我們將突變體和同胞動物飼養至1年齡，并評估 muLEC。盡管突變體的大腦在形態上正常，我們仍觀察到muLEC顯著喪失，表明osr2在muLEC維持中是必需的。
哺乳動物的中樞神經系統沒有LEC，淋巴管僅在靠近顱骨的硬腦膜處可見。盡管人類組織學分析中觀察到表現出某些LEC標記的罕見細胞，但從未有大量類似斑馬魚muLEC的種群報告。為了以無偏的方式尋找哺乳動物的muLEC群體，我們基于小鼠腦膜細胞中分離細胞進行scRNA測序，結果并未發現表達osr2或淋巴管標記的muLEC群體，證實哺乳動物腦膜缺乏此類細胞。然而，轉錄組對比分析顯示，斑馬魚的muLEC在基因表達特征上與小鼠和人類的BAMs高度相似，甚至超過了與其他內皮細胞的相似度，兩者共享大量清道夫受體（如mrc1, lyve1, stab1）和溶酶體酶基因，以及與蛋白水解、肽酶和溶酶體活性相關的基因。綜合來看，這些數據表明，muLECs應該基于解剖學、轉錄組和功能類比被視為“類巨噬細胞"。
作為巨噬細胞功能性測試，我們通過顯微注射將荷蘭Liposoma的氯膦酸鹽脂質體Clodronate Liposomes遞送到6 dpf 的斑馬魚胚胎中。注射后24 小時，巨噬細胞和muLECs都顯著減少。此外，在損傷模型中，muLEC表現出類似巨噬細胞的激活反應，進一步證明了兩者在功能上的同功性（analogous），盡管它們在細胞起源上不同（血管來源 vs 造血來源）。
氯膦酸鹽脂質體有效清除巨噬細胞和 muLECs
為了確定腦膜清除細胞的進化軌跡，研究團隊利用雜交鏈式反應原位雜交（HCR ISH）技術，檢測了包括軟骨魚（肩章鯊）、兩棲動物（美西鈍口螈）、鳥類（雞）和有袋類哺乳動物（脂尾袋鼬）在內的多種脊椎動物腦膜組織。結果顯示，表達osr2和mrc1的muLEC存在于鯊魚、蠑螈和雞的腦膜中，表明這是脊椎動物的祖先狀態。相反，在小鼠和袋鼬等哺乳動物中，腦膜邊界未檢測到osr2陽性細胞，取而代之的是表達csf1r的造血來源BAMs。這一結果清晰地描繪了從古老的淋巴管內皮來源清除細胞向哺乳動物髓系清除細胞的演化轉變。
哺乳動物（左）和非哺乳動物脊椎動物（基于斑馬魚，右）腦膜的細胞組成示意圖。
總之，研究證實轉錄因子 odd-skipped related 2（osr2）是 斑馬魚muLEC 分化和維持的特異性標記和調控因子。osr2通過部分控制鈣粘蛋白-6，調控 muLECs從相互連接的內皮細胞向獨立清道夫細胞的轉變。muLECs在轉錄水平上比其他哺乳動物腦膜細胞更類似于BAMs，并在組織穩態中共享多種功能。但是，斑馬魚體內缺乏BAMs，鼠類和人類體內缺乏muLECs。對多物種的 osr2、淋巴內皮細胞（LEC）和BAM標記分析顯示，muLECs是一種古老譜系，而 BAMs 是近期哺乳動物的特化。muLECs和BAMs在功能上有類比，但并非同源，提供了趨同進化的一個實例。這凸顯了腦膜清道夫細胞的生理重要性以及LEC在進化過程中生成特化細胞類型的發育可塑性。
荷蘭Liposoma的巨噬細胞清除劑Clodronate Liposomes，氯膦酸鹽脂質體，作為原創的體內單核巨噬細胞清除試劑。憑借其穩定的化學性質、高效的體內清除能力及良好的生物相容性，已成為單核巨噬細胞清除的金標準藥物。產品被引頻頻見刊Cell，Nature和Science，助力突破發現，拓展科學邊界。
本Nature論文，研究人員就使用了荷蘭Liposoma的巨噬細胞清除劑氯膦酸鹽二鈉脂質體Clodronate Liposomes，貨號CP-005-005，通過顯微注射斑馬魚受精后第七天胚胎體積2nL，清除巨噬細胞和 muLECs 。
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原始文獻：
Gaudi, A.U., Meier, M., Baltaci, O.F. et al. Convergent evolution of scavenger cell development at brain borders. Nature (2026). doi.org/10.1038/s41586-025-10003-3
