Immunity | 孙杰组揭示组织驻留型巨噬细胞命运抉择机制，为呼吸道病毒感染治疗提供新思路

呼吸道病毒包括流感病毒 （IAV） 、新冠病毒 （SARS-CoV-2） 等，该类病毒感染会引起以呼吸系统损伤为主的急性感染性疾病，其传染性高、危害性强，是备受公共卫生学关注的流行病之一。

先天免疫是哺乳动物和人类免疫系统的重要组成部分，亦是宿主抵御呼吸道病毒的第一道防线。组织驻留型巨噬细胞 （Tissue resident macrophages） 是机体天然免疫的核心要件之一，其不仅参与组织的免疫调控过程，而且在器官功能和组织稳态中也具有重要作用。组织驻留肺泡巨噬细胞 （Tissue-resident alveolar macrophages, AMs ） 是肺组织主要的驻留型巨噬细胞，由胚胎肝脏单核细胞分化而来，在个体成熟后能通过自我更新以维持一定的数量，不依赖于外周血中的单核细胞分化补充 【1】 。AMs在体内具有多重功能，一方面，AMs 能促进病原微生物降解、凋亡细胞清除及调节肺泡功能，在肺组织稳态中发挥重要作用 【2】 。另一方面，前期研究表明，小鼠肺部感染高致病性流感病毒 （PR8毒株） 时，AMs被激活且具有高度促炎特性，表达大量的趋化因子以招募单核细胞和中性粒细胞，导致强烈的炎症反应，于其本身防御功能外，造成组织损伤和肺泡结构破坏，严重者或致急性呼吸窘迫综合征甚至死亡 【3】 。因此，理解AMs如何平衡组织保护与组织损伤的机制，明确AMs的自我更新和促炎特性的分子调控机制，对调节宿主抵御呼吸道病毒感染与组织修复之间的的平衡至关重要。

2021年5月4日，美国梅奥医学中心 （Mayo Clinic） 孙杰教授团队在Immunity期刊上发表了题为 Uncoupling of Macrophage Inflammation from Self-renewal Modulates Host Recovery from Respiratory Viral Infection 的文章 （第一作者为朱碧波博士） ， 阐明了β-catenin-HIF-1α通路在AMs的增殖与促炎功能调节中的重要作用。该团队通过利用病毒性肺炎等模型，发现Wnt激活促进β-catenin与HIF-1α间的相互作用，诱导依赖于糖酵解的促炎反应，从而导致肺组织的损伤。通过抑制β-catenin-HIF-1α通路可以促进巨噬细胞的增殖，产生更多促修复的巨噬细胞，有利于病毒感染后的组织修复和稳态维持。

Wnt3a是Wnt/β-catenin信号通路的配体之一。研究人员通过体外实验发现：用Wnt3a处理的AMs具有显著的促炎和抑制细胞增殖的特性。为了进一步探讨这一现象，研究人员首先建立了流感病毒感染的小鼠模型，发现病毒感染能激活AMs中Wnt/β-catenin信号通路。与此同时，研究人员发现髓样细胞特异性缺失β-catenin的小鼠对流感病毒感染有更强的抵抗力，其AMs炎症反应显著低于野生型小鼠，且AMs的增殖能力显著提高。通过利用骨髓嵌合体、共生动物、组织特异性缺陷小鼠等模型，研究人员证实Wnt/β-catenin信号通路特异性地调控AMs功能，而不影响肺组织中另一髓样细胞——单核细胞炎症反应。为了进一步阐明Wnt/β-catenin调控AMs功能的分子机制，作者利用单细胞测序技术比较AMs在单细胞层面的转录组差异，数据表明Wnt3a处理的AMs上调转录因子HIF-1α的表达。研究人员随后在进一步体内验证实验中证实巨噬细胞特异性缺失HIF-1α小鼠的表型与β-catenin缺失小鼠一致，Wnt/β-catenin信号通路的激活能促进β-catenin与HIF-1α的相互作用，从而增加AMs糖酵解水平， 同时抑制线粒体功能。因此，在流感病毒感染条件下，Wnt/β-catenin信号通路能通过与HIF-1α相互作用调控AMs代谢水平，进而调节AMs炎症反应和细胞增殖 （图1） 。

已知激活Wnt-β-catenin-HIF-1α 信号通路能促进AMs炎症反应及抑制AMs自我更新，那么是否意味着具有促炎特性的AMs和具有增殖特性的AMs是两个不同的亚细胞群？为了验证这个猜想，研究人员利用一种新的转基因小鼠 （Egln3-YFP，Egln3是HIF-1α的靶标） 来区分体内HIF-1a^hi AMs （YFP^hi） 和HIF-1a^low  AMs （YFP^low） 。在流感病毒感染模型中，作者发现HIF-1a^hi AMs高表达促炎细胞因子，增殖水平较低且细胞焦亡/凋亡水平高，而HIF-1a^low  AMs 低表达促炎细胞因子，增殖水平高，同时，HIF-1a^low AMs表达促进组织修复相关基因增加。因此，作者证明了具有促炎特性的AMs和具有增殖特性的AMs是两个细胞亚群，不同的HIF-1α活性可以区分不同的亚群。为了进一步验证具有高增殖特性的AMs的功能，作者利用CD169-DTR转基因小鼠，在流感病毒感染恢复期 （感染后8-12天） 特异性敲除大量增殖的AMs，结果表明小鼠肺组织修复受到显著抑制 （图2） 。这验证了具有低炎性、高增殖性的AMs可以促进损伤肺组织修复，改善急性病毒性感染疾病的预后。因此，调控体内巨噬细胞功能可能对于严重呼吸道感染疾病具有潜在的治疗价值。

为了进一步的转化探究，作者对比验证了人AMs中Wnt-β-catenin-HIF-1α 信号通路的调控现象，发现其与小鼠AMs表型 一致。通过分析已发表的单细胞测序数据库，作者在新冠肺炎患者的肺泡灌洗细胞中发现：多种Wnt和Hif1a的表达上调。值得关注的是，新冠肺炎患者的AMs高表达促炎细胞因子基因而低表达与细胞增殖相关基因。这一现象对新冠肺炎的诊治具有重要的意义。此外，为了探究调控该通路的体内治疗价值，作者在急性流感病毒感染小鼠模型中，利用HIF-1α抑制剂治疗小鼠，结果显示小鼠的存活率提高、肺组织炎症反应降低、肺组织损伤降低。

综上所述， 该研究应用高通量测序、丰富的小鼠模型、体内外实验方法，并结合多项分析技术，揭示了Wnt-β-catenin-HIF-1α信号通路参与AMs的增殖与促炎反应的调控过程，从而影响流感病毒感染进程；阐明了组织驻留巨噬细胞炎症反应和自我更新的相互关系及转录调控机制，为研究组织驻留巨噬细胞提供了新的视角。同时，也为流感病毒感染引发的相关疾病和基于病毒性肺炎导致的组织损伤的防治提供了潜在靶标，具有重要的临床应用价值。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.04.001

制版人：十一

参考文献

1. Soucie, E.L. et al., Lineage-specific enhancers activate self-renewal genes in macrophages and embryonic stem cells. Science 351, aad5510.

2. Kumagai, Y., et al., Alveolar macrophages are the primary interferon-alpha producer in pulmonary infection with RNA viruses. Immunity 27, 240-252.

3. Huang, S., et al., PPAR-gamma in Macrophages Limits Pulmonary Inflammation and Promotes Host Recovery following Respiratory Viral Infection. J Virol 93.

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