大脑边界组织是神经免疫调节的关键部位,包括脑膜、血管周围间隙、脉络丛和脑室周围器官等。这些组织通过特殊的循环系统,实现废物清除、中枢神经系统(CNS)抗原交换和免疫监视。
脑膜由硬膜、蛛网膜和软膜组成。硬膜富含神经纤维和免疫细胞,其血管与颅骨骨髓相连,便于免疫细胞迁移。蛛网膜和软膜形成屏障,限制物质交换。血管周围间隙充满间质液(ISF),与脑脊液(CSF)相通,在物质运输和免疫监视中起重要作用。
脑室周围器官的毛细血管缺乏紧密连接,可接触血液来源的分子,是血脑沟通的重要部位。脉络丛产生脑脊液,其上皮细胞形成血脑脊液屏障(BCSFB),限制物质进入脑室。脑脊液在脑室和蛛网膜下腔流动,最终通过淋巴系统等途径重吸收。
脑膜由硬膜、蛛网膜和软膜组成。硬膜富含神经纤维和免疫细胞,其血管与颅骨骨髓相连,便于免疫细胞迁移。蛛网膜和软膜形成屏障,限制物质交换。血管周围间隙充满间质液(ISF),与脑脊液(CSF)相通,在物质运输和免疫监视中起重要作用。
脑室周围器官的毛细血管缺乏紧密连接,可接触血液来源的分子,是血脑沟通的重要部位。脉络丛产生脑脊液,其上皮细胞形成血脑脊液屏障(BCSFB),限制物质进入脑室。脑脊液在脑室和蛛网膜下腔流动,最终通过淋巴系统等途径重吸收。
巨噬细胞是大脑边界组织中的主要免疫细胞。它们分布在硬膜、脉络丛基质、软脑膜、血管周围间隙和脑室等部位。不同部位的巨噬细胞具有不同的功能和特征,例如,血管周围和软脑膜的巨噬细胞参与废物清除,脑室中的巨噬细胞可能参与脑脊液中颗粒的清除。
巨噬细胞的发育和生存依赖于 CSF1R 信号。CSF1R 受体缺陷会导致巨噬细胞完全缺失。在大脑边界组织中,动脉血管平滑肌细胞(VSMCs)等细胞为巨噬细胞提供生存所需的 CSF1/IL - 34 等配体。
巨噬细胞的发育和生存依赖于 CSF1R 信号。CSF1R 受体缺陷会导致巨噬细胞完全缺失。在大脑边界组织中,动脉血管平滑肌细胞(VSMCs)等细胞为巨噬细胞提供生存所需的 CSF1/IL - 34 等配体。
大脑巨噬细胞包括小胶质细胞和 BAMs,它们在形态、转录和功能上存在差异。小胶质细胞呈分枝状,而 BAMs 呈细长或 amoeboid 形。转录水平上,二者有独特的基因表达谱,如 P2ry12、Tmem119 等基因在小胶质细胞中高表达,而 Ms4a7、Cybb 等在 BAMs 中高表达。
BAMs 主要存在两种状态:MHCIIhi状态和 MHCIIlow状态。MHCIIhi BAMs 高表达主要组织相容性复合体 II 类(MHCII)分子,具有抗原呈递功能;MHCIIlow BAMs 表达较高水平的 CD38、LYVE1 和 CD163 等,可能参与组织支持功能,如凋亡细胞清除、脂质和血红蛋白清除以及组织修复。
在脉络丛中,存在一种特殊的 SALL1+ P2RY12+ 巨噬细胞,其表型与小胶质细胞相似,但处于非稳态转录状态。在人类中,也发现了与小鼠 MHCIIlow BAMs 基因特征相似的 BAMs。
BAMs 主要存在两种状态:MHCIIhi状态和 MHCIIlow状态。MHCIIhi BAMs 高表达主要组织相容性复合体 II 类(MHCII)分子,具有抗原呈递功能;MHCIIlow BAMs 表达较高水平的 CD38、LYVE1 和 CD163 等,可能参与组织支持功能,如凋亡细胞清除、脂质和血红蛋白清除以及组织修复。
在脉络丛中,存在一种特殊的 SALL1+ P2RY12+ 巨噬细胞,其表型与小胶质细胞相似,但处于非稳态转录状态。在人类中,也发现了与小鼠 MHCIIlow BAMs 基因特征相似的 BAMs。
巨噬细胞在小鼠胚胎 E9.5 时开始定植于大脑。早期,大脑巨噬细胞的身份逐渐分化,CD206+ 细胞在间质中维持该标记,而在实质中逐渐转化为 CD206− 小胶质细胞。命运映射研究表明,BAMs 和小胶质细胞均起源于卵黄囊红系 - 髓系祖细胞(EMPs),但 BAMs 可能还存在其他未明确的祖细胞补充。
在发育过程中,BAMs 的异质性较低,随着年龄增长,MHCIIhi BAMs 逐渐出现并增多。MHCIIhi BAMs 在成年期可由胚胎 BAMs 重编程或新招募的单核细胞分化而来。在某些情况下,如使用 CSF1R 抑制剂后,胚胎来源的 MHCIIlow BAMs 可被单核细胞来源的细胞替代。
在发育过程中,BAMs 的异质性较低,随着年龄增长,MHCIIhi BAMs 逐渐出现并增多。MHCIIhi BAMs 在成年期可由胚胎 BAMs 重编程或新招募的单核细胞分化而来。在某些情况下,如使用 CSF1R 抑制剂后,胚胎来源的 MHCIIlow BAMs 可被单核细胞来源的细胞替代。
BAMs 通过表达吞噬相关受体,在大脑废物清除中发挥重要作用。例如,MHCIIlow BAMs 可摄取颗粒,在蛛网膜下腔出血后吞噬红细胞。此外,BAMs 还参与血管调节和脂质代谢。在高脂饮食条件下,血管周围 BAMs 上调 VEGFA,有助于恢复脑葡萄糖代谢。
BAMs 对脑脊液流动动力学也有调节作用。MHCIIlow BAMs 通过表达金属蛋白酶和基质重塑因子,控制细胞外基质重塑,维持脑脊液流动。在一些疾病中,如高血压、阿尔茨海默病(AD)等,BAMs 的功能异常与疾病进展相关。在 AD 中,BAMs 可能通过多种途径影响疾病进程,包括促进或抑制淀粉样 β(Aβ)清除、影响突触修剪等。
BAMs 对脑脊液流动动力学也有调节作用。MHCIIlow BAMs 通过表达金属蛋白酶和基质重塑因子,控制细胞外基质重塑,维持脑脊液流动。在一些疾病中,如高血压、阿尔茨海默病(AD)等,BAMs 的功能异常与疾病进展相关。在 AD 中,BAMs 可能通过多种途径影响疾病进程,包括促进或抑制淀粉样 β(Aβ)清除、影响突触修剪等。
BAMs 是抵御病原体入侵的重要防线。在病毒、寄生虫和细菌感染时,BAMs 的缺失或功能异常会导致感染加重。例如,在淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)感染中,BAM 缺失会导致致命的脑膜炎;在锥虫感染中,BAMs 对早期病原体控制至关重要。
BAMs 还参与免疫细胞的招募。在感染或炎症过程中,BAMs 可促进中性粒细胞、单核细胞等免疫细胞向感染部位聚集。此外,BAMs 在抗原呈递和 T 细胞激活中也发挥作用,但其具体机制在不同疾病中存在差异。在多发性硬化症(MS)和帕金森病(PD)等疾病中,BAMs 与 T 细胞的相互作用影响疾病的发生和发展。
BAMs 还参与免疫细胞的招募。在感染或炎症过程中,BAMs 可促进中性粒细胞、单核细胞等免疫细胞向感染部位聚集。此外,BAMs 在抗原呈递和 T 细胞激活中也发挥作用,但其具体机制在不同疾病中存在差异。在多发性硬化症(MS)和帕金森病(PD)等疾病中,BAMs 与 T 细胞的相互作用影响疾病的发生和发展。
综上所述,BAMs 在大脑稳态和免疫中起着关键作用。未来研究需要进一步明确 BAM 的组织营养功能、 niche 信号和基因调控网络,以及其在衰老和疾病中的变化机制。目前缺乏特异性靶向 BAM 亚群的遗传工具,限制了对其功能的深入研究。
在研究 BAM 生物学时,应避免简化,准确区分 BAM 的不同状态和起源,规范命名。同时,在使用小鼠模型时,需注意组织取材的准确性。对 BAMs 的深入研究将为理解中枢神经系统稳态和疾病治疗提供新的视角。
在研究 BAM 生物学时,应避免简化,准确区分 BAM 的不同状态和起源,规范命名。同时,在使用小鼠模型时,需注意组织取材的准确性。对 BAMs 的深入研究将为理解中枢神经系统稳态和疾病治疗提供新的视角。