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巨噬细胞上线，贴心呵护您的每一天
人阅读 发布时间：2023-03-14 13:56
巨噬细胞是免疫系统的重要组成细胞之一，正如《工作细胞》中演示的女仆装妹子，强大也温柔。作为“清道夫”，巨噬细胞可通过吞噬细胞残片、细胞代谢物，消化病原体，清除有害物质；作为“哨兵”，巨噬细胞可通过细胞因子等信号弹提醒其它免疫细胞“有敌入侵，准备战斗”；作为“一线的战士”，巨噬细胞可以感受微环境的变化，响应器官需求，维持体内平衡。
正因为巨噬细胞参与机体的众多调控环节，普遍存在于机体的所有组织中，当其出现异常时，将引起众多疾病的发生发展，例如在肿瘤发生时，肿瘤组织中的巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM）由免疫活化状态转向免疫抑制状态，变相促进肿瘤生长。
如何逆转巨噬细胞的失调，让它为疾病的治疗服务，是转化医学的重要课题。搞清巨噬细胞的起源跟分类，进而利用不同巨噬细胞的特有标志基因（marker gene）构建相应的工具小鼠，可以大大方便我们的研究。
巨噬细胞的起源和分类
根据目前的研究发现，巨噬细胞主要起源于至少4个不同的组织。单核吞噬系统的巨噬细胞，起源于骨髓干细胞，经历粒-单核祖细胞、前单核细胞和成熟单核细胞，进入组织中分化为巨噬细胞，这类巨噬细胞表达F4/80，在成熟阶段发育为Ly6C+单核细胞。第二类巨噬细胞来自卵黄囊时期，主要存在于肝、脾、肺、脑、胰腺和肾等组织。第三类巨噬细胞来源于胎肝，如朗格汉斯细胞。第四类巨噬细胞可能来源于髓外造血，尤其是脾脏。
根据巨噬细胞定居的组织不同，可将其分为肝脏中的Kupffer细胞、脑中的小胶质细胞、骨组织中的破骨细胞等，不同组织的巨噬细胞具有不同的marker 基因，因此需要选择不同的工具鼠。例如肝脏Kupffer细胞特异性cre小鼠通常选择Clec4f-Cre，而破骨细胞特异性cre小鼠通常选择Ctsk-cre。
此外，根据巨噬细胞在炎症反应中的功能和活化程度可分为两个亚型：促炎的M1巨噬细胞和抗炎的M2巨噬细胞。通过不同的细胞因子组合可诱导巨噬细胞向M1型或者向M2型转化。正如前文所说，TAM多维持免疫抑制的状态，具有M2型巨噬细胞的表型和功能。然而也有证据表明TAM具有可塑性，可以在IFNγ等因子的作用下诱导TAM的M1极化，促进抗肿瘤发生。目前，巨噬细胞极化的机制仍不清晰，通过在巨噬细胞中进行相关机制的探索，将有助于肿瘤等疾病的治疗。
巨噬细胞工具小鼠
巨噬细胞工具鼠主要分为３类：Cre工具鼠，荧光报告工具鼠和DTR工具鼠。这三类鼠广泛应用在探索巨噬细胞起源，极化和细胞互作等方面，均大大促进了巨噬细胞生物学研究进程。
Cre工具鼠是通过在小鼠marker基因位点敲入Cre/CreERT2或者Dre/DreERT2元件构建而成。
Cre工具鼠跟特定的flox小鼠交配，可以实现在巨噬细胞中敲除或者敲入目的基因，完成对基因在巨噬细胞中的功能研究。例如最近中山大学宋尔卫/苏士成组就通过使用Csf1r-cre鼠与IRENA-CKO鼠交配，获得在巨噬细胞中敲除IRENA lncRNA 的敲除小鼠，验证了IRENA在肿瘤巨噬细胞促肿瘤过程中的作用，提供了一个潜在治疗靶点。
此外，Cre工具鼠也可以通过与荧光报告工具鼠交配，实现谱系示踪的目的。例如Christian Schulz等利用组成性表达Cre的Csf1r-cre鼠及诱导性表达Cre的Csf1r-MeriCreMer与Rosa26-LSL-YFP小鼠交配，获得在Csf1r基因表达的细胞中表达YFP荧光蛋白的小鼠，从而对Csf1r+细胞进行追踪，发现组织定居巨噬细胞起源于卵黄囊来源的Csf1r+细胞。
南模生物可提供巨噬细胞相关的各类cre工具鼠模型供研究者使用，如表1所示。
荧光报告工具鼠是通过在小鼠marker基因处敲入报告基因构建而成，可以达到在体内标记巨噬细胞的目的。
例如，Juan G等通过使用Lyz2-EGFP小鼠，区分中枢神经系统的小胶质细胞和外周血来源的浸润巨噬细胞，发现缺血性脑卒中后小胶质细胞和巨噬细胞在TNF-α，Arg-1和IL-1β等蛋白表达水平上均有较大差异，而两类细胞共同促进了脑部形态修复和再生。
南模生物可提供巨噬细胞相关荧光报告工具鼠模型供研究者使用，如表2所示。
DTR工具鼠则是在小鼠marker基因位点敲入DTR（ diphtheria toxin receptor，白喉毒素受体）。
当巨噬细胞表达DTR时，白喉毒素的注射将使细胞死亡，从而达到剔除巨噬细胞的目的。因此，DTR工具鼠可以用来研究巨噬细胞在免疫系统中的作用。Borthwick等通过构建CD11b-DTR和CD11c-DTR鼠，证明了在受感染的组织内，是巨噬细胞的剔除造成了2型炎症反应的减弱，而不是树突细胞，究其机制，是因为巨噬细胞剔除后损伤了 CD4+ T 辅助型 2类 (Th2) 细胞归巢和活化。
南模生物可提供巨噬细胞相关DTR工具鼠模型供研究者使用，如表3所示。
南模生物深耕基因编辑领域，提供全方位模式生物服务，包括基因修饰成品模型供应、个性化模型定制、饲养繁育、表型分析、药效评价等，满足不同实验室需求。
Reference:
[1] Pathria P, Louis TL, Varner JA. Targeting Tumor-Associated Macrophages in Cancer. Trends Immunol. 2019 Apr;40(4):310-327. doi: 10.1016/j.it.2019.02.003. Epub 2019 Mar 17. PMID: 30890304.
[2] Liu, J., Lao, L., Chen, J. et al. The IRENA lncRNA converts chemotherapy-polarized tumor-suppressing macrophages to tumor-promoting phenotypes in breast cancer. Nat Cancer (2021). https://doi.org/10.1038/s43018-021-00196-7.
[3] Schulz C, Gomez Perdiguero E, Chorro L, Szabo-Rogers H, Cagnard N, Kierdorf K, Prinz M, Wu B, Jacobsen SE, Pollard JW, Frampton J, Liu KJ, Geissmann F. A lineage of myeloid cells independent of Myb and hematopoietic stem cells. Science. 2012 Apr 6;336(6077):86-90. doi: 10.1126/science.1219179. Epub 2012 Mar 22. PMID: 22442384.
[4] Zarruk JG, Greenhalgh AD, David S. Microglia and macrophages differ in their inflammatory profile after permanent brain ischemia. Exp Neurol. 2018 Mar;301(Pt B):120-132. doi: 10.1016/j.expneurol.2017.08.011.
[5] Borthwick LA, Barron L, Hart KM, Vannella KM, Thompson RW, Oland S, Cheever A, Sciurba J, Ramalingam TR, Fisher AJ, Wynn TA. Macrophages are critical to the maintenance of IL-13-dependent lung inflammation and fibrosis. Mucosal Immunol. 2016 Jan;9(1):38-55. doi: 10.1038/mi.2015.34.
[6]Shi J, Hua L, Harmer D, Li P, Ren G. Cre Driver Mice Targeting Macrophages. Methods Mol Biol. 2018;1784:263-275. doi: 10.1007/978-1-4939-7837-3_24. PMID: 29761406; PMCID: PMC6331202.
[7]Guillot A, Tacke F. Liver Macrophages: Old Dogmas and New Insights. Hepatol Commun. 2019 Apr 22;3(6):730-743. doi: 10.1002/hep4.1356. PMID: 31168508; PMCID: PMC6545867.
正因为巨噬细胞参与机体的众多调控环节，普遍存在于机体的所有组织中，当其出现异常时，将引起众多疾病的发生发展，例如在肿瘤发生时，肿瘤组织中的巨噬细胞（tumor-associated macrophage，TAM）由免疫活化状态转向免疫抑制状态，变相促进肿瘤生长。
如何逆转巨噬细胞的失调，让它为疾病的治疗服务，是转化医学的重要课题。搞清巨噬细胞的起源跟分类，进而利用不同巨噬细胞的特有标志基因（marker gene）构建相应的工具小鼠，可以大大方便我们的研究。
巨噬细胞的起源和分类
根据目前的研究发现，巨噬细胞主要起源于至少4个不同的组织。单核吞噬系统的巨噬细胞，起源于骨髓干细胞，经历粒-单核祖细胞、前单核细胞和成熟单核细胞，进入组织中分化为巨噬细胞，这类巨噬细胞表达F4/80，在成熟阶段发育为Ly6C+单核细胞。第二类巨噬细胞来自卵黄囊时期，主要存在于肝、脾、肺、脑、胰腺和肾等组织。第三类巨噬细胞来源于胎肝，如朗格汉斯细胞。第四类巨噬细胞可能来源于髓外造血，尤其是脾脏。
根据巨噬细胞定居的组织不同，可将其分为肝脏中的Kupffer细胞、脑中的小胶质细胞、骨组织中的破骨细胞等，不同组织的巨噬细胞具有不同的marker 基因，因此需要选择不同的工具鼠。例如肝脏Kupffer细胞特异性cre小鼠通常选择Clec4f-Cre，而破骨细胞特异性cre小鼠通常选择Ctsk-cre。
此外，根据巨噬细胞在炎症反应中的功能和活化程度可分为两个亚型：促炎的M1巨噬细胞和抗炎的M2巨噬细胞。通过不同的细胞因子组合可诱导巨噬细胞向M1型或者向M2型转化。正如前文所说，TAM多维持免疫抑制的状态，具有M2型巨噬细胞的表型和功能。然而也有证据表明TAM具有可塑性，可以在IFNγ等因子的作用下诱导TAM的M1极化，促进抗肿瘤发生。目前，巨噬细胞极化的机制仍不清晰，通过在巨噬细胞中进行相关机制的探索，将有助于肿瘤等疾病的治疗。
巨噬细胞工具小鼠
巨噬细胞工具鼠主要分为３类：Cre工具鼠，荧光报告工具鼠和DTR工具鼠。这三类鼠广泛应用在探索巨噬细胞起源，极化和细胞互作等方面，均大大促进了巨噬细胞生物学研究进程。
Cre工具鼠是通过在小鼠marker基因位点敲入Cre/CreERT2或者Dre/DreERT2元件构建而成。
Cre工具鼠跟特定的flox小鼠交配，可以实现在巨噬细胞中敲除或者敲入目的基因，完成对基因在巨噬细胞中的功能研究。例如最近中山大学宋尔卫/苏士成组就通过使用Csf1r-cre鼠与IRENA-CKO鼠交配，获得在巨噬细胞中敲除IRENA lncRNA 的敲除小鼠，验证了IRENA在肿瘤巨噬细胞促肿瘤过程中的作用，提供了一个潜在治疗靶点。
此外，Cre工具鼠也可以通过与荧光报告工具鼠交配，实现谱系示踪的目的。例如Christian Schulz等利用组成性表达Cre的Csf1r-cre鼠及诱导性表达Cre的Csf1r-MeriCreMer与Rosa26-LSL-YFP小鼠交配，获得在Csf1r基因表达的细胞中表达YFP荧光蛋白的小鼠，从而对Csf1r+细胞进行追踪，发现组织定居巨噬细胞起源于卵黄囊来源的Csf1r+细胞。
南模生物可提供巨噬细胞相关的各类cre工具鼠模型供研究者使用，如表1所示。
荧光报告工具鼠是通过在小鼠marker基因处敲入报告基因构建而成，可以达到在体内标记巨噬细胞的目的。
例如，Juan G等通过使用Lyz2-EGFP小鼠，区分中枢神经系统的小胶质细胞和外周血来源的浸润巨噬细胞，发现缺血性脑卒中后小胶质细胞和巨噬细胞在TNF-α，Arg-1和IL-1β等蛋白表达水平上均有较大差异，而两类细胞共同促进了脑部形态修复和再生。
南模生物可提供巨噬细胞相关荧光报告工具鼠模型供研究者使用，如表2所示。
DTR工具鼠则是在小鼠marker基因位点敲入DTR（ diphtheria toxin receptor，白喉毒素受体）。
当巨噬细胞表达DTR时，白喉毒素的注射将使细胞死亡，从而达到剔除巨噬细胞的目的。因此，DTR工具鼠可以用来研究巨噬细胞在免疫系统中的作用。Borthwick等通过构建CD11b-DTR和CD11c-DTR鼠，证明了在受感染的组织内，是巨噬细胞的剔除造成了2型炎症反应的减弱，而不是树突细胞，究其机制，是因为巨噬细胞剔除后损伤了 CD4+ T 辅助型 2类 (Th2) 细胞归巢和活化。
南模生物可提供巨噬细胞相关DTR工具鼠模型供研究者使用，如表3所示。
南模生物深耕基因编辑领域，提供全方位模式生物服务，包括基因修饰成品模型供应、个性化模型定制、饲养繁育、表型分析、药效评价等，满足不同实验室需求。
Reference:
[1] Pathria P, Louis TL, Varner JA. Targeting Tumor-Associated Macrophages in Cancer. Trends Immunol. 2019 Apr;40(4):310-327. doi: 10.1016/j.it.2019.02.003. Epub 2019 Mar 17. PMID: 30890304.
[2] Liu, J., Lao, L., Chen, J. et al. The IRENA lncRNA converts chemotherapy-polarized tumor-suppressing macrophages to tumor-promoting phenotypes in breast cancer. Nat Cancer (2021). https://doi.org/10.1038/s43018-021-00196-7.
[3] Schulz C, Gomez Perdiguero E, Chorro L, Szabo-Rogers H, Cagnard N, Kierdorf K, Prinz M, Wu B, Jacobsen SE, Pollard JW, Frampton J, Liu KJ, Geissmann F. A lineage of myeloid cells independent of Myb and hematopoietic stem cells. Science. 2012 Apr 6;336(6077):86-90. doi: 10.1126/science.1219179. Epub 2012 Mar 22. PMID: 22442384.
[4] Zarruk JG, Greenhalgh AD, David S. Microglia and macrophages differ in their inflammatory profile after permanent brain ischemia. Exp Neurol. 2018 Mar;301(Pt B):120-132. doi: 10.1016/j.expneurol.2017.08.011.
[5] Borthwick LA, Barron L, Hart KM, Vannella KM, Thompson RW, Oland S, Cheever A, Sciurba J, Ramalingam TR, Fisher AJ, Wynn TA. Macrophages are critical to the maintenance of IL-13-dependent lung inflammation and fibrosis. Mucosal Immunol. 2016 Jan;9(1):38-55. doi: 10.1038/mi.2015.34.
[6]Shi J, Hua L, Harmer D, Li P, Ren G. Cre Driver Mice Targeting Macrophages. Methods Mol Biol. 2018;1784:263-275. doi: 10.1007/978-1-4939-7837-3_24. PMID: 29761406; PMCID: PMC6331202.
[7]Guillot A, Tacke F. Liver Macrophages: Old Dogmas and New Insights. Hepatol Commun. 2019 Apr 22;3(6):730-743. doi: 10.1002/hep4.1356. PMID: 31168508; PMCID: PMC6545867.
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