同时，新的方法导致组织特异性巨噬细胞的表征，这些细胞的不同亚群显示出不同的发育轨迹，转录程序和生命周期。在这里，总结对巨噬细胞多样性以及巨噬细胞亚群如何协调组织发育和功能的不断增长的认识。巨噬细胞龛内的信号事件可能控制器官在发育、稳态和衰老过程中的功能。
2023年5月，来自伦堡大学生物系遗传学系的 Elvira Mass团队以“Tissue-specific macrophages: how they develop and choreograph tissue biolog”为题在nature reviews immunology （IF 100）发表了综述文章，他们总结了近些年驻留巨噬细胞的最新研究进展，探讨描述巨噬细胞的起源、发育过程、功能和多样性和起源。
文章主要描述了巨噬细胞的功能和多样性，包括：
a. 在稳态条件下的功能：清除病原体、清除死亡细胞、调节炎症反应和促进组织再生。
b. 在环境刺激、感染和组织再生中的功能：功能和寿命的变化。
c. 巨噬细胞的多样性：不同组织和器官的巨噬细胞功能和结构差异。
先讲干货！不需要多么华丽，毕竟“条条大路通罗马”！疾病肿瘤都可以运用！
最朴实无华的分析莫过于：
scRNA-seq提取巨噬细胞关键基因，回到bulk RNA-seq进行后续刻画；
巨噬细胞异质性解析其在疾病/肿瘤发生发展的作用；
进阶版分析：
巨噬细胞衍生的细胞因子及其与其他细胞的互作；
巨噬细胞相关细胞外囊泡，关联细胞之间通讯或者组织——器官之间的通讯；
巨噬细胞相关LncRNA研究；
巨噬细胞代谢重新编程在疾病/肿瘤发生发展的作用；
巨噬细胞物理作用：促进免疫细胞被“排除”肿瘤中心、促进对药物与免疫细胞的浸润的屏障的产生；
巨噬细胞受神经免疫调控在疾病/肿瘤发生发展的作用；
巨噬细胞参与肿瘤细分子分型、谱系转化、癌前病变——癌的动态演变；
巨噬细胞参与调控临床肿瘤标记物编码基因表达；
各器官和组织的巨噬细胞多样性
虽然组织中的巨噬细胞可以通过每个组织中的一些泛巨噬细胞标记物（例如，CD11b，F4/80，MERTK和CD64）的组合来识别，但不同器官中的每个组织下小生境都印上额外的转录程序。这使得通过流式细胞仪分析的巨噬细胞亚群的分层和分析。
不同的巨噬细胞亚群对组织功能的贡献
此外，从出生后的早期阶段开始，每个器官都含有单核细胞衍生的巨噬细胞（MDMs），这些巨噬细胞可以有不同的生命周期，或者寿命较长，或者寿命较短，并且不断地从骨髓造血干细胞中得到补充。（图1). 胚胎来源于组织的巨噬细胞和MDMs代表两个独立的造血谱系。因此，胚胎来源的巨噬细胞和MDM在同一组织中的不同来源和功能，在稳态条件下，在环境触发、无菌免疫激活或感染之后，以及在组织再生期间或之后，仍基本不为人所知。
卵黄囊红髓祖细胞(EMPs)产生前巨噬细胞(pMac)和单核细胞，它们可以分化为长寿命的组织巨噬细胞。相比之下，造血干细胞(hsc)可以在出生后早期和成年期产生短寿命和长寿命的巨噬细胞。
在衰老或病理性炎症时，组织中巨噬细胞分布的精细平衡被打乱，引发如长寿命巨噬细胞凋亡，或短寿命hsc来源的巨噬细胞募集增加，从而导致组织功能障碍。
图1
不同的组织的组织特异性巨噬细胞
1.中枢神经系统巨噬细胞
有关巨噬细胞发生和功能的研究最好的组织可能是中枢神经系统（CNS）。在中枢神经系统中，在定义的解剖学小生境中发现不同的组织驻留巨噬细胞群：小胶质细胞在中枢神经系统实质和其他巨噬细胞群体占据中枢神经系统的接口（称之为中枢神经系统相关的巨噬细胞，CAM），包括心室，脑膜和血管周围空间。迄今为止在小鼠中使用的所有命运映射模型表明，小胶质细胞经历一个逐步分化的过程，从EMPs到pMacs，然后定植于中枢神经系统。
与小胶质细胞相似，大多数CAM也来源于EMPs。尽管整个成年期软脑膜巨噬细胞由局部增殖维持，硬脑膜巨噬细胞至少部分由单核细胞补充。有趣的是，最近的研究表明，颅骨和椎骨骨髓不仅可以作为MDM祖细胞在神经炎症期间的直接储存库，而且在稳态时也可以作为硬脑膜巨噬细胞的储存库。这些MDM祖细胞可以直接从邻近的骨髓腔通过硬脑膜通道迁移到炎症的中枢神经系统实质和软脑膜，而不通过血液循环。血管周围巨噬细胞的解剖生态位，在小鼠出生后第一周沿大脑动脉开放。其开放之后，软脑膜巨噬细胞进入血管周围空间，引起沿脑血管的血管周围巨噬细胞，在那里细胞进一步适应解剖组织龛。血管周围巨噬细胞在这一独特的解剖生态位中的作用需要在发育、动态平衡和疾病中进一步确定。
2.骨髓巨噬细胞
骨髓中至少有三种巨噬细胞群，它们的功能已为人们所熟知。erythroblastic island（EBI）巨噬细胞、成骨细胞和破骨细胞。Ebi巨噬细胞在红细胞形成、粘附和清除核细胞中起着重要作用。骨瘤对成骨细胞功能的调节并与巨核细胞协同作用，支持HSC利基。破骨细胞是骨髓中高度分化的巨噬细胞群，负责骨吸收，它们的功能障碍导致骨髓腔的闭合，这个过程称为骨石化。因此，破骨细胞功能至少间接地是建立和维持hsc小生境所必不可少的。
除这三个定义明确的巨噬细胞亚群，骨髓驻留的巨噬细胞在去除凋亡的免疫细胞中发挥着至关重要的作用，如发展中的B细胞，在骨髓中进行功能性B细胞受体的选择。同样，常驻骨髓的巨噬细胞介导调理作用靶细胞的吞噬作用。确定这些不同的巨噬细胞亚群的发育起源，以及定义它们的空间分布和功能重叠与EBIs，将是主要的兴趣，以充分解骨髓居民巨噬细胞亚群的复杂性。
3.肝巨噬细胞
最近发现肝脏中除众所周知的枯否细胞和肝包膜巨噬细胞（LCM）外，还存在中央静脉巨噬细胞和脂质相关巨噬细胞。Kupffer细胞是EMP来源的，而在成人肝脏中，它们排列在肝窦内，在那里它们暴露于来自门静脉的恒定血流中。因此，他们主要被视为免疫看门人，清除细胞碎片，介导抗菌防御和促进免疫耐受。此外，它们还能吞噬衰老的红细胞，参与全身铁和胆固醇的代谢。
4.肺巨噬细胞
肺通过空气不断暴露于环境中，因此，外源性因素塑造它的细胞环境。在稳态肺内，至少可以发现三个主要的巨噬细胞群，根据它们的解剖位置分开：肺泡内的空气暴露空间的肺泡巨噬细胞和肺间质区域内的两到三个间质巨噬细胞群。肺泡巨噬细胞是肺中主要的巨噬细胞（其数量是间质巨噬细胞的5-10倍），它们位于肺泡的空气暴露空间，与上皮细胞紧密相连。肺泡巨噬细胞是肺泡的主要看门人和管家，它们吞噬细胞和病原体碎片，清除肺泡中的粘液物质，这是健康肺内气体交换的基本任务。它们在胚胎发育过程中定植于肺内，具有很强的自我更新能力。
肺间质巨噬细胞可分为两种（LYVE1高的MHCII低的和LYVE1低的MHCII高的)8或者三个（基于TIM4、LYVE1、FOLR2、CCR2和MHCII的表达）主要群体。间质巨噬细胞具有共同的IL-10产生特征，但其表达抗原的能力不同.LYVE1低的MHCII高的巨噬细胞与神经束或末梢密切相关，并高度表达促炎分子如Il1b和Cxcl12，而LYVE1高的MHCII低的间质巨噬细胞靠近血管并表达免疫调节信号，包括Tgfb2, 普洛尔和Fcna。神经相关的间质巨噬细胞被证明是调节肺内炎症刺激后免疫反应和组织稳态的关键。功能上，缺少LYVE1高的MHCII低的间质巨噬细胞可加重实验性博莱霉素诱导的肺纤维化，这可能与其免疫调节作用有关。间质巨噬细胞在肺稳态过程中的生理功能和微观解剖生态位需要进一步的分析。
5.肠道巨噬细胞
肠道在其解剖层内有一个复杂的巨噬细胞池解剖上，大、小肠可分为上皮区、固有层、粘膜下层和外肌。早期阐明肠道巨噬细胞网络的工作主要集中在大肠和小肠中发现的上皮细胞和固有层相关的巨噬细胞。固有层相关巨噬细胞最初是胚胎来源的，出生后以CCR 2依赖的方式被短命的单核细胞来源的巨噬细胞迅速取代需要活的微生物群才能茁壮成长。有趣的是，最近，这种短命的单核-巨噬细胞轨迹的统一观点受到固有层内长寿命巨噬细胞亚群的鉴定的挑战，这是由TIM4表达定义的。在肠道环境中，免疫调节细胞因子，如IL-10和转化生长因子-β，由常驻巨噬细胞大量表达，通过RUN X3和KLF 10保护新分化的单核细胞向巨噬细胞的分化轨迹。为维持器官的生理功能，小肠固有层巨噬细胞在管腔和固有层内采样抗原和凋亡物质，吞噬周围物质，并通过提供Wnt配体支持肠隐窝内上皮干细胞的增殖。小肠固有层巨噬细胞表达和分泌大量IL-10。在这里，巨噬细胞来源的IL-10对于诱导微生物特异性调节性T细胞至关重要。合在一起，固有层巨噬细胞对于肠屏障的稳态是必不可少的.影响IL-10受体通路的突变导致严重的儿科炎症性肠病，这一事实进一步说明这一概念。
此外，肠道巨噬细胞与肠道神经元成分相互作用，支持它们的生存和发育。在肠的深层，如粘膜下层和肠外肌层，可以发现长寿的巨噬细胞，它们紧密地嵌在组织下层的小龛中。在大肠内，肌层巨噬细胞已被证明维持肠道运动。在小肠中，肌巨噬细胞与神经束和血管相互作用，在稳态期间支持它们的生长和功能，至少部分是通过BMP 2和β2肾上腺素能受体信号传递。肌层巨噬细胞发育和身份的分子决定因素仍然是难以捉摸的。
6.皮肤和口腔粘膜巨噬细胞
独特的上皮细胞层覆盖内黏膜表面和皮肤，以建立一个物理屏障，以抵御外部环境和潜在的病原微生物。表皮包藏一个专门的子集的组织居民的巨噬细胞，朗格汉斯细胞，在其基底层。成人朗格汉斯细胞是一种分枝状的皮肤常驻髓细胞群，与巨噬细胞和树突状细胞（DC）具有不同的特征。它们是屏障免疫必不可少的看门人，作为专业的吞噬细胞，内化死亡细胞，清除入侵的病原体，并将抗原呈递给T细胞。朗格汉斯细胞是介导和组织其表皮组织小生境屏障免疫的重要细胞，控制表皮对共生菌群和自身抗原的耐受性，以及基底上层未分化角质形成细胞的图案化。朗格汉斯细胞跨越不同的上皮屏障，如口腔粘膜、角膜和女性生殖道粘膜组织。此外，在不同的上皮屏障组织中，Langerhans细胞的异质性以及不同环境因素对Langerhans细胞成熟的影响还没有得到充分的研究，需要进一步的研究才能确定Langerhans细胞在不同的组织壁上的特性和成熟程度。
真皮巨噬细胞以特定的发育模式定位于特定的组织隔间，如血管相关巨噬细胞或感觉神经相关巨噬细胞。标记物的表达和转录谱的基础上，几个巨噬细胞亚群已被确定在成人真皮，具有不同的组织功能和解剖位置。而血管相关巨噬细胞的特征是CX3CR1低的LYVE1高的和MHCII低的表达谱，感觉神经相关巨噬细胞被定义为CX3CR1高的LYVE1低的MHCII高的。另外，CX3CR1的子集取整巨噬细胞似乎代表一个中间的巨噬细胞群体，它直接来源于单核细胞，并在损伤或感染时扩增。尽管胚胎来源的巨噬细胞祖细胞在出生前播撒到真皮，并显示出对跨不同隔室巨噬细胞的实质性贡献，但一些研究表明，真皮巨噬细胞，至少部分，在出生后被MDMs交换。成年期间的周转率可以在感觉神经相关的巨噬细胞代表一个几乎完全产前接种的长寿人群之间变化，除神经损伤。每一个群体都有特定的功能，这些功能与其组织环境相适应：血管相关的巨噬细胞对真皮血管的完整性、疾病期间的抗纤维化活性以及感染期间协调免疫细胞的募集至关重要。感觉神经相关巨噬细胞通过降解损伤纤维的髓鞘促进损伤后神经再生。病变部位新长出的轴突似乎从其他真皮来源招募巨噬细胞，随着时间的推移，这些细胞获得感觉神经相关的巨噬细胞表型，进一步支持这一假设，即特定的真皮解剖龛定义组织巨噬细胞的概况和功能。然而，真皮巨噬细胞在皮肤发育和内环境平衡过程中的功能作用至今尚不清楚。
综上所述，仅仅考虑一个器官与环境的接触是不可能对巨噬细胞个体发育下结论的。直接暴露于微生物或微生物源性因子并不一定会促使MDMs立即补充胚胎源性巨噬细胞（例如，肺中的肺泡巨噬细胞、表皮中的朗格汉斯细胞和肝脏中的枯否细胞）。类似地，一个内部和高度保护的器官，如大脑，窝藏MDM，有助于常驻巨噬细胞池。进一步沿着这些路线，屏障样组织可以确定在器官系统没有暴露在环境中，如关节。在这里，胚胎来源的巨噬细胞和单核细胞来源的巨噬细胞负责清除无菌损伤，如细胞碎片，否则会导致免疫系统激活和器官损害。因此，控制成年期巨噬细胞在其小生境中的分化和适应的细胞自主和细胞外因子，以及其自我更新和克隆扩增的能力，特别是考虑到稳定状态下的MDMs，仍不清楚。然而，在生理性炎症过程中持续的环境暴露和免疫刺激可能对巨噬细胞的个体发生有长期的影响。
人体中巨噬细胞的发育
稳定状态下成人组织中巨噬细胞群体的异质性、个体发生和自我更新能力。内组织和屏障组织在器官发生过程中被卵黄囊祖细胞定植，形成组织特异性巨噬细胞，生长在不同的解剖区域和器官的组织下。在器官成熟过程中，骨髓红髓祖细胞(HSCs)对某些具有较高自我更新能力的巨噬细胞群体有一定的贡献，因此在组织生态位中有较长的停留时间，例如中枢神经系统相关的巨噬细胞、肝包膜巨噬细胞、真皮巨噬细胞和肺间质巨噬细胞。破骨细胞的寿命很长，但随着时间的推移，他们的胎核会被单核细胞所取代.此外，在一些组织中，如大脑、皮肤、肺和肠道，成年单核细胞会不断补充一定比例的短期巨噬细胞。
巨噬细胞跨组织保守功能
1.巨噬细胞的核心功能与功能异质性
组织特异性巨噬细胞的组织下生态位及其在组织功能中的作用。巨噬细胞通过与特化组织细胞的细胞间串扰来促进组织的功能。一些功能是众所周知的，如小胶质细胞与神经元的相互作用，这是必不可少的神经发育和功能。
图3
器官特异性免疫
1.生理性炎症与病理性炎症
巨噬细胞被战略性地放置在全身各处，以检测入侵的微生物病原体。为有效检测感染，巨噬细胞配备一系列受体，允许通过模式识别、补体或Fcγ受体（FcγRs）识别调理病原体。此外，巨噬细胞是传感蛋白的主要来源，如补体成分C1q，它在与调理病原体结合后启动促炎补体级联反应。
肠道、皮肤和肺等组织接受持续的外源免疫刺激信号，由器官内的巨噬细胞群体感知。因此，解组织中巨噬细胞群体如何将环境中的非致病性炎症信号整合到其功能核心程序中至关重要。对环境刺激的生理适应对于器官内环境稳定、有效清除病原体和炎症后内环境稳定的重建至关重要。最近，几个例子表明，这种适应事件在小鼠模型的重要性。肺部潜伏性或急性病毒感染与屋尘螨诱导的变态反应的增加和对继发性细菌的更有效的免疫反应有关。
然而，在生理炎症过程中，活跃在组织内巨噬细胞中的确切分子线索仍不清楚.有趣的是，慢性炎症性疾病，如纤维化或肥胖，显示巨噬细胞核心功能失调的特征，如脂肪细胞或成纤维细胞增殖的代谢紊乱，这些过程通常由巨噬细胞严格调控。因此，炎症后巨噬细胞调节回路可能是组织稳态和功能的重要调节因子，生理炎症过程的失调可能对易感宿主的慢性炎症的发展产生重要影响。
2.巨噬细胞核心功能与自身免疫的联系
在没有感染的情况下，巨噬细胞在器官内的独特空间分布使它们成为消除潜在有害线索的中心舞台，否则会触发炎症或自身反应性免疫反应。这包括，最重要的是，消除死亡细胞（排气作用），这是在初级和次级免疫器官的正或负选择过程中产生的。（胸腺、脾脏、骨髓和淋巴结），或由于组织经常暴露于无菌损伤，如紫外线或自然电离辐射。此外，在关节等组织中，持续的机械应力会导致软骨组织持续、可逆的损伤，释放细胞碎片和滑液中的成分，如透明质酸，这些成分可以与模式识别受体结合。
同样，由低亲和力多反应天然抗体或低水平自身反应抗体组成的小免疫复合物，也广泛存在于健康人体内。。为防止它们在肾脏或肺等器官中沉积，必须迅速清除它们，这可能导致补体途径的激活或激活驻留巨噬细胞上大量表达的FcγRs。
值得注意的是，这种持续的管家功能必须在不触发巨噬细胞活化的情况下运作，因此，不诱导伴随的炎症。如果整个核心功能，如吞噬活性或调节巨噬细胞活性的检查点，失调或受损，巨噬细胞在消除这些潜在的有害线索的重要性变得明显。事实上，巨噬细胞吞噬能力的降低与小鼠和人类系统性红斑狼疮的发生有关。巨噬细胞未能及时清除凋亡细胞，导致细胞从凋亡过渡到坏死或坏死，这是一种免疫原性的细胞死亡形式，诱导组织炎症，并可能最终导致自身抗体反应的启动。机制上，坏死细胞通过巨噬细胞上不同的激活受体被识别，如巨噬细胞诱导的C型凝集素（Mincle）或Toll样受体，这导致促炎细胞因子的分泌和单核细胞和中性粒细胞的募集。
除激活巨噬细胞受体的错误触发外，抑制性受体的表达减少，例如抑制性的fcγrIIb，它平衡通过激活fcγRs而传递的激活信号，从而导致巨噬细胞的异常激活和组织损伤，也是小鼠和人类系统性红斑狼疮发生的另一个危险因素。
巨噬细胞与组织源性因子的连续串扰可以参与稳态巨噬细胞活性的调节。事实上，纤维蛋白原样2或FcγRIb的缺乏导致小鼠的炎症反应和自身免疫性增强。总之，组织驻留的巨噬细胞在预防自身免疫中起着重要的作用。重要的是，炎症可能会导致MDMs在许多器官中的招募，这可能会导致胚胎源性巨噬细胞的更换。
展望和未来方向
组织中的巨噬细胞不仅仅是对刺激或感染作出反应的旁观者。相反，它们处于组织稳态和发病机制的界面，如果它们的稳态核心功能受到干扰，则会导致疾病。因此，组织中的巨噬细胞代表跨越器官和生物体的实质性核心壁龛细胞类型，确保组织的功能和完整性。在生理或致病性炎症时，MDM被招募到组织中，这可能对疾病结果有利或有害，取决于上下文。随着巨噬细胞工具箱的扩大，终于能够以前所未有的方式研究胚胎来源的巨噬细胞和MDMs的不同作用和可能的冗余。
尽管越来越多地解巨噬细胞在其特定的生态位内的反应，但关于组织内不同的巨噬细胞群体（EMP源性与HSC源性）如何整合并响应相同的信号，仍存在知识差距。反之亦然，目前尚不清楚这些不同的巨噬细胞群体是否会对组织微环境产生影响，或者这种细胞间的串扰如何长期影响组织的功能和完整性。
巨噬细胞耗竭的研究表明，MDMs和胚胎祖细胞可以重新填充组织，并在其适当位置内的因素的驱动下，促进其进一步成熟为组织特异性巨噬细胞，类似于原始的巨噬细胞群。将完全分化的巨噬细胞群体移植到另一器官的细胞移植研究也表明，巨噬细胞可能具有很高的可塑性，使它们能够适应组织环境。尽管如此，对数据的仔细观察表明，与器官一起发育的长寿命胚胎巨噬细胞上的原始分子特征不能被占据空位的“代孕巨噬细胞”完全再现。此外，在一个类似的细胞转移研究中，它表明，完全分化的组织巨噬细胞转移到一个空的肺肺泡巨噬细胞龛几乎殖民的组织，并不能产生功能的肺泡巨噬细胞。
因此，巨噬细胞的可塑性是由巨噬细胞前体的成熟状态和他们的能力，以适应其特定的壁龛。这很可能是巨噬细胞的个体发育决定大多数上下文相关的效应器功能，因为胚胎来源的巨噬细胞的长寿允许在巨噬细胞龛内进行连续持久的信号整合，从而为这些细胞提供与短寿命MDMs不同的转录组和蛋白质组。因此，组织生态位功能可能受器官内EMP来源的巨噬细胞与HSC来源的巨噬细胞的平衡所控制。
临床转化意义
总之，虽然所有目前可用的模型系统有一些具体的好处，没有一个模型是完全概括人类的情况，支持需要一个跨物种的方法来描述巨噬细胞的核心功能在健康和疾病，并利用这方面的知识在未来的转化方法。
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