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巨噬细胞，你还有多少惊喜是朕不知道的！| 这份惊为天人的课题设计教程，悄悄领走吧~

i生信 · 公众号 · · 2024-09-02 11:11

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巨噬细胞是国自然项目中关注最多的一类免疫细胞，每年有大量的项目都是围绕巨噬细胞在疾病中的作用和机制展开，比如巨噬细胞的 M1-M2 炎症平衡、巨噬细胞对血管和组织重构等， 那巨噬细胞有什么新的关注热点呢？

今天我们就介绍其中一个 —— 巨噬细胞向肌成纤维细胞转化（ MMT ， Macrophage-to-Myofibroblast Transition ） ， MMT 已被 报导 参与组织修复、病理纤维化等过程 。

本期将围绕 MMT 的基本概念、检测指标和相关通路、研究思路、基金申请以及与疾病的关系等方面进行总结。

一、什么是 MMT ？

巨噬细胞 - 肌成纤维细胞转化（ MMT ），是指在特定的炎症或损伤微环境中，巨噬细胞转化为肌成纤维细胞的过程：

1. 组织受到损伤后，触发 炎症反应；

2. 作为炎症反应的一部分， 巨噬细胞被招募 到损伤部位；

3. 巨噬细胞受到 TGF-β 等细胞因子和生长因子影响 ，进而获得肌成纤维细胞的特性：表达 α- 平滑肌肌动蛋白（ α-SMA ）等肌成纤维细胞标志物。

图 1 视网膜疾病中巨噬细胞向肌成纤维细胞转化 ^[1]

二、 MMT 涉及的 标记物有哪些？

类似于 上皮间质转分化（ EMT ） 等表型转换过程（ 相关阅读：做肿瘤转移只知道上皮 - 间质转分化（ EMT ）？ AST 了解一下？！和 国自然申请中最常用的 7 类细胞表型转换，特点和指标都总结好了！ ）， MMT 的检测主要为 巨噬细胞 和 肌成纤维细胞 的标志物：

1. 巨噬细胞标记物：

Ø 通用型： CD68 、 CD11b 、 F4/80 （小鼠）。

Ø M1 型： CD80 、 CD86 、 MHC II 、 iNOS 、 IL-1β 、 IL-6 、 TNF-α 、 IL-12 、 IL-23 等。

Ø M2 型： CD163 、 CD206 、 Arginase-1 、 IL-10 、 TGF-β 等。

2. 肌成纤维细胞标记物： α-SMA 、 FSP-1 、 Collagen I 、 FAP1α 等。

通过巨噬细胞标志物的下降和肌成纤维细胞标志物的升高，判断 MMT 的发生。

三、 MMT 涉及的关键信号通路有哪些？

这里我们主要介绍三条主要的信号通路： TGF-β 、 JAK/STAT 和 STING/TBK1 ：

1.TGF-β 信号通路

目前， MMT 的调控机制并未明确， 研究最多的是 TGF-β1/Smad3 信号通路 ，可以通过激活 Smad 依赖和非 Smad 依赖的信号通路来促进 MMT ： TGF-β 结合到其受体后，激活 Smad2/3 ，导致其磷酸化并与 Smad4 形成复合物，随后转位到细胞核中调控目标基因的表达，包括肌成纤维细胞的标志性蛋白，如 α-SMA 、胶原蛋白和纤连蛋白等。

2.JAK/STAT 信号通路

JAK3/STAT6 信号在 MMT 中同样扮演了重要角色。研究发现， STAT6 缺陷的小鼠或接受 JAK3 抑制剂治疗的小鼠在肾梗阻模型中，髓系成纤维细胞积累减少，肾纤维化程度降低（下图 2 ）：

图 2 肾纤维化中 MMT 的细胞变化和 TGF-β 与 JAK3/STAT6 信号通路 ^[2]

3.STING/TBK1 信号通路

在 MMT 过程中， STING/TBK1 信号通路也扮演了重要角色 。作为核心调控因子， STING 通过激活 TBK1 引发一系列下游信号传导事件，最终导致 MMT 的发生。 STING 与其相应受体结合后， TBK1 被磷酸化并进一步激活，这种激活能够促进与纤维化相关基因的表达，如 α-SMA 和胶原 I 等。

图 3 肾纤维化中 MMT 的细胞变化和 STING/TBK1 信号通路 ^[3]

四、怎么确定 MMT 的发生？

1. 生信分析

通过单细胞测序，检测同时表达巨噬细胞和肌成纤维细胞标记物的 中间转化细胞群体 。

图 4 NSCLC 组织中 CD68 ⁺ 巨噬细胞和 α-SMA ⁺ 肌成纤维细胞的空间分布 ^[4]

2. 多重免疫组化（ mIHC ）

关于多重免疫组化（ mIHC ）技术，我们前面已有介绍（见链接： 国自然预实验中，哪些技术让专家眼前一亮？——多重免疫组化 mIHC ）。

mIHC 作为一种可以在组织切片中同时检测多个标记物的技术，适用于研究 MMT 。通过使用多重标记物（如巨噬细胞标志物 CD68 、 CD206 和肌成纤维细胞标志物 α -SMA 、 FSP-1 ），可以精确定位并 鉴定中间转化细胞群体 ，从而分析 MMT 在不同病理条件下的发生情况。

图 5 视网膜前膜中巨噬细胞 - 肌成纤维细胞转化细胞的鉴定 ^[1]

3. 谱系追踪

Ø 标记循环单核细胞来源的巨噬细胞：

使用 Cx3cr1Cre Rosa26Td 小鼠、 Lyz2Cre Rosa26Td 小鼠以及 CCR2-GFP 报告小鼠模型来标记和追踪循环单核细胞来源的巨噬细胞。

Ø 标记组织驻留巨噬细胞（如心脏、肝脏等）：

使用 Cx3cr1CreERT2 Rosa26Td 小鼠和 Lyve1Cre Rosa26Td 小鼠，标记组织驻留巨噬细胞。

Ø 分析细胞标记和转变：

利用流式细胞仪和免疫染色技术，在组织中检测肌成纤维细胞标志物和巨噬细胞标志物的表达情况，观察循环单核细胞来源的巨噬细胞和组织驻留巨噬细胞是否转变为肌成纤维细胞。

图 6 Ang II 诱导下巨噬细胞向肌成纤维细胞转变 ^[5]

五、如何开展 MMT 相关研究？

1. 明确疾病中 MMT 的发生

利用单细胞RNA测序技术（scRNA-seq）分析患者或动物模型中的相关组织样本，通过标记物（如巨噬细胞标记物CD68、CD11b，肌成纤维细胞标记物α-SMA、Tagln等）的共表达，确认巨噬细胞在病理过程中向肌成纤维细胞的转变。

2. 潜在调控基因的筛选

通过比较正常和病变组织中 MMT 相关细胞的基因表达差异， 借助生物信息学工具筛选出与 MMT 过程密切相关的基因 。利用基因富集分析和信号通路分析，可以缩小候选基因范围，并确定可能影响 MMT 的关键分子。

3. 基因 A 对 MMT 过程的影响

通过基因敲除或过表达系统，验证基因 A 在 MMT 过程中的功能。

4. 解析基因 A 对 MMT 过程的调控机制

Ø 信号通路分析 ：通过 Western blot 和磷酸化蛋白质组学，研究基因 A 对已知 MMT 相关信号通路（如 TGF-β/Smad ）的影响。

Ø 转录和表观遗传调控 ：利用 DNA pulldown 和 ChIP-Seq 等技术，鉴定基因 A 是否直接结合并调控 MMT 相关基因的启动子区域。同时，研究基因 A 是否通过影响 DNA 甲基化或组蛋白修饰来调控 MMT 相关基因的表达。

Ø 蛋白质相互作用 ：通过免疫共沉淀（ Co-IP ）和质谱分析，识别与基因 A 相互作用的蛋白伙伴，构建调控网络。

Ø 代谢重编程 ：通过代谢组学分析和代谢通量测定分析基因 A 是否通过调节细胞代谢（如糖酵解、脂肪酸氧化等）来影响 MMT 的进程。

六、如果研究 MMT ，有哪些可参考范文和基金案例？

1. 案例文章

案例 1 ：

ALKBH5-mediated m6A modification of IL-11 drives macrophage-to-myofibroblast transition and pathological cardiac fibrosis in mice. Nat Commun.

ALKBH5 通过介导 IL-11 的 m6A 去甲基化，增加了其稳定性和蛋白水平，促进巨噬细胞向肌成纤维细胞转化，导致病理性心脏纤维化和功能障碍。

案例 2 ：

P2Y12 inhibitor clopidogrel inhibits renal fibrosis by blocking macrophage-to-myofibroblast transition.

P2Y12 通过 TGF-β/Smad3 信号促进巨噬细胞向肌成纤维细胞转化，导致肾纤维化发生发展。

案例 3 ：

GSDMD-dependent neutrophil extracellular traps promote macrophage-to-myofibroblast transition and renal fibrosis in obstructive nephropathy.

GSDMD 通过促进中性粒细胞 NETs 形成，激活巨噬细胞向肌成纤维细胞转化，导致梗阻性肾病中的肾纤维化。

2. 基金案例

案例 1 ： 上皮细胞源性外泌体 NFYA 调控 巨噬细胞 - 肌成纤维细胞转化 在草酸钙晶体肾损伤后纤维化中的作用及机制研究

案例 2 ： P 物质诱导 巨噬细胞 - 肌成纤维细胞转化 促进脓毒症心室重构的机制研究

案例 3 ： 染色质重塑蛋白 Arid1a 表观调控 巨噬 - 肌成纤维细胞转化 在肥胖相关肩袖再撕裂中的作用和机制研究

案例 4 ： Tenascin-C 促进 巨噬细胞向肌成纤维细胞转化 在肾脏纤维化中的作用机制研究

案例 5 ： MBD2/TBC1D16/Rab 介导的 巨噬细胞向肌成纤维细胞转化 在梗阻性膀胱重塑中的作用及机制研究

案例 6 ： RNA 聚合酶 Ⅱ 第五亚基调节蛋白（ RMP ）调控 巨噬细胞向肌成纤维细胞转化 在心梗后纤维化重塑中的作用和机制研究

七 附录、 MMT 与哪些病理过程有关？

1. 器官纤维化

MMT 在肾脏纤维化的发生发展中起关键作用。研究发现，在肾纤维化模型中 , 约 35%-65% 的肌成纤维细胞来源于 MMT 。 MMT 细胞表达巨噬细胞标记物 CD68 和肌成纤维细胞标记物 α-SMA ，主要出现在急性和活跃的肾纤维化病变中 , 与总的 α-SMA+ 肌成纤维细胞数量呈正相关。

图 7 急性、活动性及硬化性肾损伤中 CD68 ⁺ 和 α-SMA ⁺ 细胞的比较 ^[6]

2. 肿瘤

在非小细胞肺癌（ NSCLC ）中，巨噬细胞可以通过介导的巨噬细胞 - 肌成纤维细胞转化（ MMT ）生成癌症相关成纤维细胞（ CAFs ），并推动肿瘤进展。

图 8 非小细胞肺癌中巨噬细胞 - 肌成纤维细胞转化的表型特征 ^[4]

参考文献

1. Abu El-Asrar AM, De Hertogh G, Allegaert E, Nawaz MI, Abouelasrar Salama S, Gikandi PW , et al. Macrophage-Myofibroblast Transition Contributes to Myofibroblast Formation in Proliferative Vitreoretinal Disorders. Int J Mol Sci 2023 , 24(17).

2. Wei J, Xu Z, Yan X. The role of the macrophage-to-myofibroblast transition in renal fibrosis. Front Immunol 2022 , 13 : 934377.

3. Zeng H, Gao Y, Yu W, Liu J, Zhong C, Su X , et al. Pharmacological Inhibition of STING/TBK1 Signaling Attenuates Myeloid Fibroblast Activation and Macrophage to Myofibroblast Transition in Renal Fibrosis. Front Pharmacol 2022 , 13 : 940716.

4. Tang PC, Chung JY, Xue VW, Xiao J, Meng XM, Huang XR , et al. Smad3 Promotes Cancer-Associated Fibroblasts Generation via Macrophage-Myofibroblast Transition. Adv Sci (Weinh) 2022 , 9(1) : e2101235.

5. Zhuang T, Chen MH, Wu RX, Wang J, Hu XD, Meng T , et al. ALKBH5-mediated m6A modification of IL-11 drives macrophage-to-myofibroblast transition and pathological cardiac fibrosis in mice. Nat Commun 2024 , 15(1) : 1995.

6. Meng XM, Wang S, Huang XR, Yang C, Xiao J, Zhang Y , et al. Inflammatory macrophages can transdifferentiate into myofibroblasts during renal fibrosis. Cell Death Dis 2016 , 7(12) : e2495.