單核巨噬細胞系統(tǒng)MPS和造血干細胞HSC

單核細胞(monocyte)和巨噬細胞(macrophage)系統(tǒng)是由單核細胞、巨噬細胞及其前體細胞組成的系統(tǒng)。它們具有很強的吞噬能力，且細胞核不分葉，故命名為單核吞噬細胞系統(tǒng)（mononuclear phagocyte system,MPS）。MPS細胞起源于骨髓，其分化與更新受細胞因子復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控。在某些細胞因子，如多集落刺激因子（multi-colony stimulating factor,multi-CSF）、巨噬細胞集落刺激因子（macrophage-CSF,GM-CSF）等的刺激下，骨髓中的髓樣干細胞經(jīng)原單核細胞（monoblast）、前單核細胞（pre-monocyte）分化發(fā)育為單核細胞并進入血流。隨著研究方法和手段的不斷更新，巨噬細胞質(zhì)控造血（2022年Science），巨噬細胞通過胞啃作用介導(dǎo)膜物質(zhì)轉(zhuǎn)移到造血干細胞HSC（2024年science），巨噬細胞-HSC 相互作用并定義造血克隆性（2024年Science）。這三篇science文獻，讓造血干細胞和巨噬細胞的關(guān)系研究更進一層（詳情可見靶點科技網(wǎng)站）。

外周血單核細胞占白細胞總數(shù)1%～3%，它在血流中僅存留幾小時至數(shù)十小時，然后粘附到毛細血管內(nèi)皮，穿過內(nèi)皮細胞接合處，移行至全身各組織并發(fā)育成熟為巨噬細胞。組織損傷和炎癥可加速單核細胞向組織移行。巨噬細胞在組織中壽命可達數(shù)月至數(shù)年。在不同組織中存留的巨噬細胞由于局部微環(huán)境的差異，其形態(tài)及生物學(xué)特征均有所不同，名稱也各異，巨噬細胞根據(jù)其所處部位，可以將巨噬細胞分為小膠質(zhì)細胞、肝臟Kupffer細胞、肺泡巨噬細胞、腎臟系膜細胞、破骨細胞、脾臟紅髓巨噬細胞、脂肪組織相關(guān)巨噬細胞等。它們除了執(zhí)行吞噬和免疫防疫功能外，也參與組織重塑和維持組織穩(wěn)態(tài)。此外，它們可能在不同的組織中執(zhí)行特定的功能，例如小膠質(zhì)細胞在腦組織中發(fā)揮免疫監(jiān)視，清除死亡神經(jīng)元、突觸重塑的功能，破骨細胞從骨基質(zhì)中吸收有機物和礦物質(zhì)，脾臟中的紅髓巨噬細胞能清除衰老的紅細胞、調(diào)節(jié)鐵代謝等。。一般認為除少數(shù)單核細胞或低分化的巨噬細胞外，成熟的巨噬細胞很少有或沒有增殖能力，并不斷被骨髓前體細胞分化的細胞所補充。另外，單核吞噬細胞系統(tǒng)細胞的分化發(fā)育還可受各種細胞因子如IL-2、IL-4以及干擾素等影響。單核細胞從骨髓釋放入血，經(jīng)短期的循環(huán)后，可隨機或?qū)吇源碳の锲鹛禺惙磻?yīng)而移動到各種組織里。在這些組織里，它們對可溶性或者顆粒狀的刺激物起反應(yīng)，分化成具有不同形態(tài)和功能特征的組織巨噬細胞。這種巨噬細胞獲得各異的、具更專門化功能的分化過程就是所謂的激活（activation），有許多因子可影響激活狀態(tài)。基于單核細胞和巨噬細胞表面具有豐富的表面抗原和各種各樣的表面受體，能組成性地或受刺激后合成和分泌大量具有生物活性物質(zhì)的能力，以及具有運動/滲出、內(nèi)吞/吞噬和趨化性等生物學(xué)活性，單核細胞和巨噬細胞在機體防御和自穩(wěn)功能，諸如病原體的控制（包括抗細菌、病毒、真菌和原蟲感染）、免疫調(diào)節(jié)（包括抗原提呈、樹突狀細胞的作用、抗腫瘤反應(yīng)）以及組織維持（包括廢棄物的管理、組織生長和修復(fù)、骨和鈣的代謝、神經(jīng)系統(tǒng)的再生等）等功能中起重要作用。

大約在130多年前，就有人描述了功能性的巨噬細胞，當時在急性損傷的組織和炎癥區(qū)，觀察到具有非分葉核的大細胞存在。在慢性炎癥區(qū)，這種細胞不僅多見，且其外形也顯得更大，提示這種細胞可能具有消化已破壞的細胞和炎癥碎物的能力。由于這種細胞顯然有能力消化一些大的顆粒物，因此被命名為“巨噬細胞"（macrophage）。長期以來，這種清道夫的功能一直被認為是巨噬細胞的重要職責(zé)。直到1882年Robert Koch才注意到炎癥區(qū)的吞噬細胞能夠吞食結(jié)核菌。Metchnikoff于1882年曾推斷，這種由上皮樣細胞組成的結(jié)節(jié)狀肉芽腫，實際上是由血液中的單核細胞衍生的。巨噬細胞作為固有免疫的重要細胞組分，能對入侵病原體做出反應(yīng)，吞噬和消化病原體，也可以參與清除受損、衰老的細胞，通過抗原提呈與激發(fā)適應(yīng)性免疫。但是巨噬細胞除了在對抗疾病中發(fā)揮作用外，也與慢性疾病（包括動脈粥樣硬化，哮喘、炎癥性腸病、關(guān)節(jié)炎等）、自身免疫性疾病（包括類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化癥），糖尿病、腫瘤的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。1913年單核細胞才被確立為一個細胞類型。然而當時還是有不少病理學(xué)家仍然相信單核細胞和巨噬細胞是具有不同個體發(fā)育史的細胞。直到更晚些時候，代表循環(huán)血液中典型的單核細胞和組織巨噬細胞之間的中間體細胞被確認后，才確立了這兩種細胞之間的聯(lián)系。單核細胞一般為圓形，直徑約10～20μm；巨噬細胞大小不等，直徑約10～30μm或更大，常有偽足，呈多形性。單核/巨噬細胞有圓形或橢圓形的核，胞漿中富含溶酶體及其他各種細胞器。

1960年發(fā)現(xiàn)了單核細胞和巨噬細胞在消滅某些細胞內(nèi)微生物中起著關(guān)鍵性作用。在皮膚、肺以及腸道這些組織器官中的巨噬細胞顯然提供抗微生物和寄生蟲感染的第一道防線。接觸環(huán)境中的致病原能引起巨噬細胞膨大，增加其溶酶體數(shù)目，并使巨噬細胞更具吞噬力。還證明經(jīng)病原體反復(fù)攻擊的巨噬細胞可對這些病原體產(chǎn)生更強的抗性。這種改變的狀態(tài)現(xiàn)被稱為“激活"。同時還觀察到當巨噬細胞介導(dǎo)的急性炎癥消退后，如果再用同樣的外源性微生物去攻擊時，將會導(dǎo)致巨噬細胞迅速的積聚和激活。這種“重激活"顯然是一種由記憶淋巴細胞觸發(fā)的抗原特異性識別事件，這表明在淋巴細胞和巨噬細胞之間存在一種重要的相互作用的關(guān)系。