本文件是一篇发表于2019年5月24日的学术综述论文（Review），作者为Marco Orecchioni、Yanal Ghosheh、Akula Bala Pramod以及通讯作者Klaus Ley，他们主要来自美国拉霍亚免疫学研究所（La Jolla Institute for Immunology）的炎症生物学部门。论文发表于期刊《Frontiers in Immunology》，标题为《巨噬细胞极化：M1(LPS+)与经典激活以及M2(LPS–)与替代性激活巨噬细胞中不同的基因特征》。

论文主题 这篇综述论文聚焦于巨噬细胞生物学中的一个核心概念——“极化”。巨噬细胞在响应微环境信号时，可分化成具有不同功能特征的状态，通常被简化为促炎的M1型和抗炎/促修复的M2型。然而，关于这些极化状态的界定，尤其是体内（in vivo）实际发生的极化与实验室中通过特定细胞因子组合在体外（in vitro）诱导的“经典激活”和“替代性激活”状态是否等同，一直是领域内存在混淆和争议的问题。本论文的核心目的，是通过系统性比较已发表的转录组学数据集，明确揭示体内巨噬细胞对脂多糖（LPS）反应的M1/M2特征谱，与体外使用LPS+干扰素-γ（IFN-γ）或白细胞介素-4（IL-4）诱导的巨噬细胞特征谱之间存在显著差异，从而澄清概念、纠正误解，并指出未来研究的方向。

主要论点及论据

第一， 体内M1/M2（LPS±）与体外经典/替代性激活巨噬细胞在基因表达上存在根本性差异，不可等同互换。 这是论文最核心的论点。作者明确指出，在文献中，很多研究者将“M1”与“体外经典激活（LPS+IFN-γ）”混用，将“M2”与“体外替代性激活（IL-4）”混用，但这种做法缺乏充分的实验依据，且导致了领域的混乱。为了验证这种等价关系是否成立，作者进行了一项关键的生物信息学比较分析。 * 论据与方法：作者选取了两个已发表的、高质量的转录组数据集进行比较。第一个是体内数据集（来自Buscher等人，GSE38705），该研究使用了包含83个近交系小鼠的杂交小鼠多样性面板（Hybrid Mouse Diversity Panel, HMDP），检测了其腹膜巨噬细胞对LPS刺激的响应。该研究没有使用简单的二分法，而是创造性地使用IL-12（促炎）与精氨酸酶-1（Arginase-1， M2标志物）的表达比值作为一个连续谱系的“极化因子”，对所有小鼠品系进行排序。与这个比值正相关的基因被定义为体内M1特征基因（即LPS+），负相关的基因定义为体内M2特征基因（即LPS-）。第二个是体外数据集（来自Jablonski等人，GSE69607），该研究使用C57BL/6J小鼠的骨髓源性巨噬细胞（Bone Marrow-Derived Macrophages, BMDM），分别用LPS+IFN-γ（经典激活）和IL-4（替代性激活）处理，获得了相应的基因表达谱。 * 核心发现与数据支持：作者将这两个来源的基因特征列表进行比对（使用韦恩图分析）。结果显示： 1. 重叠有限：在体内M1(LPS+)特征基因（322个）中，只有117个与体外经典激活（LPS+IFN-γ）上调的基因重叠。更有甚者，有28个体内M1基因竟然在体外替代性激活（IL-4）巨噬细胞中也上调。同样，在体内M2(LPS-)特征基因（186个）中，仅有7个分别与体外经典激活和替代性激活的特征基因重叠。 2. 私有基因占主导：有1776个基因是体内M1(LPS+)特征所独有的，460个基因是体外经典激活特征独有的。体内M2(LPS-)有173个独有基因，而体外替代性激活有349个独有基因。这些巨大的“私有”基因集合强烈表明，两种体系调控的基因网络存在本质不同。 3. 通路分析印证差异：通过Ingenuity通路分析（IPA），作者发现体内M1与体外经典激活共享65条通路（如干扰素信号、树突状细胞成熟、iNOS信号等），表明它们共享一个促炎反应核心。然而，体内M1有31条私有通路（如IL-9信号、Fcγ受体介导的吞噬作用等），体外经典激活有11条私有通路（如高细胞因子血症、移植物抗宿主病信号等）。最关键的是，体内M2(LPS-)与体外替代性激活（IL-4）巨噬细胞之间，没有共享任何一条显著富集的通路。体内M2仅富集了脂肪生成和脂肪酸合成这两条与合成代谢相关的通路，而体外替代性激活则富集了丝氨酸生物合成、整合素信号等通路。

第二， 体内外巨噬细胞特征的差异解释了为何多数体外鉴定的表面标记物无法在体内应用。 这是一个由核心论点衍生出的重要实践性结论。由于基因表达谱的巨大差异，那些在体外模型中被广泛用作M1或M2标志物的细胞表面蛋白，其表达模式在体内复杂环境中很可能并不适用。 * 论据：论文指出，许多研究致力于寻找区分M1/M2的表面标记物，但成果主要基于体外培养的BMDM。本研究的比较分析显示，这些体外鉴定的标记物所对应的基因，在体内的M1/M2特征谱中要么不出现，要么出现相反的调控模式。例如，CD38曾被Jablonski等人报告为体外区分经典激活巨噬细胞的良好标记物，在本研究中发现它也存在于体内M1特征中，但其作为可靠体内标记物的有效性仍需验证。论文提到CD300a和CD84等分子在mRNA水平上显示为体内M2特征的候选标记，但其蛋白表达是否与mRNA一致、能否作为可靠的体内表面标记，仍是未知数。 * 结论：作者强调，正是因为体内外巨噬细胞极化状态的本质不同（即第一论点），导致了基于体外系统发现的表面标记物大多无法平移至体内情景。因此，领域内亟需一场新的努力，去发现和验证能够在真实生理和病理环境下准确反映巨噬细胞M1/M2极化状态的有效表面标记物。

第三， 体内M1/M2基因特征在预测人类疾病结局方面可能比体外特征更具临床相关性。 为了证明其定义的体内基因特征具有生物学和临床意义，作者进行了一项概念验证分析，探究这些特征能否预测癌症患者的生存。 * 论据与方法：作者利用骨肉瘤患者的肿瘤活检转录组数据（GSE21257），分析了体内M1(LPS+)、M2(LPS-)特征基因以及体外经典、替代性激活特征基因的表达水平与患者生存率之间的关联。 * 结果：Kaplan-Meier生存曲线分析显示，肿瘤组织中高表达体内M1(LPS+)特征基因的患者，其生存期显著长于低表达者。相反，高表达体内M2(LPS-)特征基因的患者，生存期更短，死亡率更高。相比之下，体外经典激活（LPS+IFN-γ）的基因特征与患者生存没有显著相关性；而体外替代性激活（IL-4）的特征虽与不良预后相关，但其预测效力弱于体内M2(LPS-)特征。 * 意义：这一分析表明，基于体内真实炎症反应（LPS刺激）定义的M1/M2转录特征，比基于简化体外细胞因子刺激定义的特征，更能反映肿瘤微环境中巨噬细胞的功能状态及其对临床结局的影响。这为将这些特征用作预后生物标志物或治疗靶点筛选工具提供了初步依据。

第四， 巨噬细胞的来源、组织微环境及体外培养条件深刻影响其基因表达和极化状态。 论文在引言和讨论部分，为上述主要发现提供了重要的背景和理论支撑，这本身构成了一个关键的子论点：即巨噬细胞的高度可塑性受多种因素调控，不能脱离上下文讨论其极化。 * 支持性观点与证据： 1. 组织特异性与胚胎起源：论文引用研究指出，大多数组织驻留巨噬细胞在胚胎期造血功能建立之前就已定植，并在成年后通过自我更新维持，它们具有不同于骨髓来源巨噬细胞的基因特征。不同组织的巨噬细胞拥有其独特的“组织特异性基因签名”。 2. 体外培养的“失真”效应：研究显示，将组织巨噬细胞（如小胶质细胞）转移到体外培养环境中，会导致成百上千个基因的表达发生改变，特异性基因丢失，获得一种“体外转录组”。这反映了细胞脱离正常组织微环境后发生的深刻变化。 3. 分化因子的极化效应：即使是在体外，用于诱导巨噬细胞分化的集落刺激因子（如M-CSF和GM-CSF）本身就对细胞有“启动”或“激活”作用，能够影响其后续对刺激的反应模式。

论文的意义与价值 本综述论文具有重要的学术价值和指导意义： 1. 概念澄清与领域规范：它有力地挑战并澄清了巨噬细胞极化研究领域一个广泛存在但未经严格验证的假设——即体内M1/M2等同于体外经典/替代性激活。论文通过严谨的数据比对，揭示了这种等价关系的不成立，呼吁研究人员在描述巨噬细胞状态时更加精确（例如使用“M1(LPS+)”、“经典激活 (LPS+IFN-γ)”等明确包含刺激条件的命名），以减少混淆，推动领域术语使用的规范化。 2. 提供新的分析框架与工具：论文重新强调了Buscher等人提出的基于IL-12/精氨酸酶-1比值的连续谱系分析方法的优越性，它比非此即彼的二分法更能反映巨噬细胞应答的天然多样性。同时，论文提供了详尽的基因列表和通路比较结果，可作为后续研究宝贵的参考资料和验证基线。 3. 指明未来研究方向：论文明确指出了当前研究的局限和空白，特别是缺乏有效的体内M1/M2表面标记物。这为未来的研究指明了重点：需要利用更接近生理条件的模型（如组织特异性巨噬细胞、体内成像技术、单细胞测序等）来发现和验证能够真实反映体内巨噬细胞功能状态的标记物和调控机制。 4. 连接基础与临床：通过骨肉瘤生存分析的概念验证，论文展示了其定义的体内极化特征在疾病预后预测中的潜在应用价值，为将基础免疫学发现转化为临床相关的生物标志物或治疗策略提供了思路。

这篇综述通过系统性的数据再分析，完成了对巨噬细胞极化领域一个重要迷思的“祛魅”，强调了研究生理相关性和模型局限性的重要性，是一篇具有批判性思维和指导意义的学术文献。