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脂炎性巨噬細胞調控肝臟損傷修復

肝臟作為再生能力極強的器官，損傷后會觸發免疫激活與代謝重編程，且伴隨脂肪組織來源的脂質異常積累，二者均被證實對肝細胞增殖、肝臟修復至關重要，但二者如何協同調控再生，以及脂質積累對肝臟微環境免疫細胞的影響，尚未明確。巨噬細胞是調控肝臟再生的核心免疫細胞，存在庫普弗細胞、單核來源巨噬細胞等亞群且具有高度異質性，現有研究多聚焦其轉錄組特征，結合脂質組等代謝維度的全面表征仍屬空白，不同亞群在再生中的具體功能也未闡明。同時，免疫代謝成為研究熱點，CD36作為核心脂質轉運蛋白調控肝臟脂質穩態，且脂質紊亂會激活內質網應激的IRE1α–XBP1通路，二者均與肝臟損傷相關，但CD36介導的脂質攝取如何調控巨噬細胞表型功能、IRE1α–XBP1通路如何介導脂質代謝與免疫的協同再生，均無明確結論；此外，病理狀態下的脂質相關巨噬細胞已被發現，但肝臟再生生理過程中是否存在特異性脂質相關巨噬細胞亞群仍未知。

浙江中醫藥大學吳穎、浙江大學閃波研究員、中國科學院大學邵孟樂教授等人通過單細胞轉錄組、定量脂質組、基因編輯動物模型、細胞功能實驗等多技術手段，系統解析了脂質依賴的單核來源巨噬細胞亞群在肝臟再生中的作用及分子機制。相關內容以“Lipid-dependent accrual of a subset of monocyte-derived macrophages is essential for tissue regeneration”為題發表在《Nature Metabolism》上。

【主要內容】

圖1 單核來源巨噬細胞（MDMs）對肝臟再生的必要性

作者首先對肝部分切除（PHx）后不同時間點的肝臟免疫細胞進行多色流式細胞術分析，鑒定出八大免疫細胞群并發現其組成隨再生進程顯著變化，其中CD11bhi F4/80int的巨噬細胞亞群在肝細胞增殖最旺盛的2-3天達到峰值；結合單細胞RNA測序（scRNA-seq）進一步驗證該亞群為非庫普弗細胞的巨噬細胞，且經譜系示蹤實驗證實其來源于循環單核細胞（CX3CR1+），并定位于增殖肝細胞區域；通過構建可誘導的MDM耗竭小鼠模型（Cx3cr1-DTR），發現耗竭CX3CR1+ MDMs后，小鼠肝再生能力受損、肝損傷加重，直接證明該類細胞是肝臟正常再生的關鍵。

圖2 肝損傷誘導出一個具有獨特免疫代謝特征的富含脂質的MDM

該圖聚焦肝損傷后特異性脂質負荷巨噬細胞亞群的鑒定與特征分析，命名其為脂炎性巨噬細胞（LIMMs）。通過scRNA-seq將肝臟MDMs分為四個亞群，發現PHx后cluster1（CD36+）顯著擴增，經流式驗證該亞群為LY6C?CD36+ MDMs，且其脂代謝相關基因高表達；譜系示蹤和體外單核細胞輸注實驗證實該亞群來源于單核細胞而非庫普弗細胞；對庫普弗細胞、CD36+ MDMs和LY6C+ MDMs進行批量RNA-seq和定量脂質組分析，發現CD36+ MDMs在脂轉運/儲存及炎癥反應通路富集，且胞內中性脂質含量遠高于其他亞群；將該亞群與已知的脂質相關巨噬細胞對比，發現其兼具脂質負荷特征和高炎癥活性，尤其是IL-6-JAK-STAT3通路高度激活，同時脂質組學顯示其與其他肝臟巨噬細胞存在獨特的脂質組成。

圖3 脂質觸發肝臟損傷后LIMM的累積，以實現肝臟的最佳再生

該圖通過調控肝臟脂質含量的正反實驗，證實肝臟脂質積累是LIMMs募集的關鍵驅動因素，且LIMMs介導了脂質對肝再生的促進作用。一方面通過短期高脂飲食（HFD）增加肝損傷后脂質積累，發現肝臟總MDMs和LIMMs數量顯著增加、胞內脂質負荷升高，同時肝細胞增殖能力增強，而在HFD喂養的Cx3cr1-DTR小鼠中，耗竭MDMs后這種脂質介導的肝再生增強效應消失，且肝損傷加重；另一方面通過CD36抑制劑SSO阻斷脂質攝取，減少肝損傷后肝臟脂質積累，導致LIMMs數量大幅下降、胞內脂質減少，同時肝細胞增殖相關基因表達降低、肝再生能力受損；體外共培養實驗進一步證實，脂質負荷的肝細胞分泌的因子可誘導骨髓來源巨噬細胞出現脂質積累和LIMMs特征基因的表達，明確脂質微環境對LIMMs表型誘導的作用。

圖4 肝損傷后，Cx3cr1-Cd36基因敲除小鼠的LIMM誘導受抑制

該圖通過構建MDM特異性CD36敲除小鼠模型（Cx3cr1-Cd36KO），證實CD36介導的脂質攝取是LIMMs形成和肝再生的核心環節。該模型可在CX3CR1+細胞中特異性敲除Cd36，且不影響庫普弗細胞的CD36表達，PHx后發現該小鼠肝臟LIMMs的誘導顯著受抑、MDMs胞內脂質積累減少約50%，同時體外實驗證實CD36抑制會降低單核細胞向肝損傷部位的遷移和積累；動物實驗顯示，Cx3cr1-Cd36KO小鼠在PHx后肝細胞增殖能力顯著下降，細胞周期相關基因表達降低，肝體比恢復緩慢，血清肝損傷指標（AST/ALT）升高，肝再生明顯受損；即使在高脂飲食喂養下，該敲除小鼠也無法表現出脂質介導的肝再生增強效應，進一步證實高脂飲食促進肝再生依賴LIMMs中的CD36。

圖5 LIMMs在APAP誘導的肝損傷后的肝臟再生和修復中起著關鍵作用

該圖將研究拓展至對乙酰氨基酚（APAP）藥物性肝損傷模型，證實LIMMs在不同肝損傷類型中均為肝再生的關鍵調控細胞。APAP處理后小鼠肝臟同樣出現三酰甘油積累，且脂質富集區域與增殖肝細胞相鄰，流式和scRNA-seq分析顯示其肝臟免疫微環境發生與PHx模型相似的變化，CX3CR1+ MDMs顯著擴增且為單核來源，耗竭該類細胞后小鼠肝壞死面積擴大、肝細胞增殖減少、肝損傷加重；同時在APAP模型中也鑒定出CD36+的LIMMs亞群，其脂代謝和炎癥相關基因高表達、胞內脂質大量積累，且脂質組學顯示其與PHx模型中的LIMMs具有相似的脂質特征；在人APAP誘導的急性肝衰竭組織中，也發現了脂質負荷的CX3CR1+ LIMMs樣細胞，且與增殖肝細胞空間鄰近；利用Cx3cr1-Cd36KO小鼠進一步證實，敲除MDMs的CD36會導致APAP損傷后LIMMs數量減少、脂質積累下降，小鼠肝再生能力受損、肝損傷加劇。

圖6 LIMMs中神經酰胺相關的IRE1α激活促進肝臟損傷后再生

該圖闡明LIMMs中CD36介導的脂質攝取通過神經酰胺合成激活IRE1α–XBP1通路的分子機制。批量RNA-seq的GSEA分析發現LIMMs中未折疊蛋白反應通路富集，且特異性激活IRE1α–XBP1分支（Xbp1 mRNA剪接升高）；脂質組學顯示LIMMs中鞘脂代謝通路激活，神經酰胺含量顯著升高，而CD36敲除后，MDMs中神經酰胺積累減少、Xbp1剪接顯著受抑，高脂飲食下該現象依然存在；體外實驗中，用棕櫚酸處理的肝細胞條件培養基可誘導骨髓來源巨噬細胞Cd36表達和Xbp1剪接，而抑制神經酰胺合成的關鍵酶（絲氨酸棕櫚酰轉移酶、神經酰胺合酶）或阻斷CD36，均可顯著抑制該效應，CD36敲除的骨髓來源巨噬細胞也無法出現上述變化。

圖7 表達Cx3cr1的MDMs中IRE1α缺乏會損害肝損傷后的肝臟再生

該圖通過構建MDM特異性IRE1α敲除小鼠模型（Cx3cr1-Ern1KO），證實IRE1α激活是LIMMs調控肝再生的核心下游環節。該模型在CX3CR1+細胞中特異性敲除編碼IRE1α的Ern1基因，導致LIMMs中Xbp1剪接大幅降低，PHx后該小鼠肝體比恢復緩慢、血清AST水平持續升高，肝細胞增殖峰值延遲，細胞周期相關基因和PCNA蛋白表達顯著降低；用SSO阻斷CD36后，Cx3cr1-Ern1KO小鼠的肝再生能力未進一步受損，說明IRE1α是CD36下游的關鍵效應分子；高脂飲食喂養下，該敲除小鼠無法表現出脂質介導的肝再生增強效應，肝細胞增殖減少、肝損傷加重；在APAP藥物性肝損傷模型中，Cx3cr1-Ern1KO小鼠同樣出現肝壞死面積擴大、肝細胞增殖減少的表型。

圖8 LIMMs產生的依賴IRE1α的IL-6促進受損肝臟的最佳再生

該圖揭示IRE1α通過驅動LIMMs分泌IL-6調控肝細胞增殖，完成CD36-IRE1α-IL-6軸調控肝再生的功能驗證。首先證實IRE1α敲除不影響肝臟和MDMs的脂質含量及LIMMs的數量，僅影響其免疫功能；對IRE1α敲除的LIMMs進行批量RNA-seq，發現炎癥反應和IL-6-JAK-STAT3通路顯著抑制，且Il6是核心差異基因；構建MDM特異性IL-6敲除小鼠（Cx3cr1-Il6KO），發現其PHx后肝細胞增殖能力顯著受損，與IRE1α敲除表型一致，且LIMMs是肝損傷后IL-6的主要來源；IRE1α敲除的LIMMs和肝臟組織中IL-6的mRNA和蛋白水平均顯著降低，而Ern1和Il6雙敲除小鼠的肝再生表型未進一步加重，證明IL-6是IRE1α下游的關鍵效應分子；通過 hydrodynamic 注射在Cx3cr1-Ern1KO小鼠肝臟中過表達IL-6，可顯著挽救其肝細胞增殖能力，恢復細胞周期相關基因表達，減少肝壞死面積，證實補充IL-6可逆轉IRE1α敲除導致的肝再生缺陷。

【全文總結】

該研究首次發現并定義了肝臟再生中關鍵的脂炎性巨噬細胞亞群LIMMs，闡明了脂質代謝調控巨噬細胞功能、進而介導免疫-代謝協同調控肝臟再生的分子機制，填補了肝臟再生領域中免疫與代謝互作機制的研究空白，同時證實了LIMMs及其中的CD36-IRE1α-IL-6調控軸在不同肝損傷類型中的核心作用，為臨床改善肝切除術后再生不良、治療藥物性肝損傷等肝臟疾病提供了極具潛力的細胞和分子靶點。

https://doi.org/10.1038/s42255-026-01480-5

來源：BioMed科技
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