白细胞介素-34依赖性血管周围巨噬细胞调控脑部血管功能

神经病学 生命科学 医学 免疫学
巨噬细胞 脑部血管 白细胞介素-34 血管周围巨噬细胞 血管功能

学术背景

中枢神经系统（CNS）的巨噬细胞包括小胶质细胞（microglia）和边界相关巨噬细胞（border-associated macrophages, BAMs）。BAMs分布于脑膜、脉络丛和血管周围空间，其中血管周巨噬细胞（perivascular macrophages, PVMs）与脑血管功能密切相关。然而，BAMs的维持机制及其对脑血管功能的调控作用尚不明确。

此前研究发现，小胶质细胞的发育依赖集落刺激因子1（CSF-1），而其成年后的稳态维持需要白细胞介素-34（IL-34）。但IL-34是否同样调控BAMs的存活与功能仍是未解之谜。此外，PVMs如何与血管细胞（如血管平滑肌细胞、周细胞）互作以调节脑血流动力学（cerebral blood flow, CBF）和血管舒缩运动（vasomotion）亦缺乏深入研究。

本研究由Melanie Greter团队主导，旨在揭示：
1. BAMs在不同发育阶段对CSF-1和IL-34的依赖性；
2. IL-34的来源细胞及其对PVMs稳态的调控机制；
3. PVMs缺失对脑血管功能的影响。

论文来源

  • 作者团队：Hannah Van Hove、Chaim Glück、Wiebke Mildenberger等，来自瑞士苏黎世大学（University of Zurich）实验免疫学研究所等机构。
  • 通讯作者：Melanie Greter（greter@immunology.uzh.ch）。
  • 发表期刊：*Immunity*（2025年5月13日，第58卷）。
  • DOI：10.1016/j.immuni.2025.04.003。

研究流程与结果

1. BAMs的发育与稳态依赖CSF-1R信号

实验设计：
- 使用条件性敲除小鼠模型（Cx3cr1CreER;Csf1rfl/fl），在胚胎期（E14.5和E16.5）或成年期通过他莫昔芬诱导删除CSF-1受体（CSF-1R）。
- 流式细胞术分析胚胎（E18.5）和成年小鼠脑中的BAMs（标记为CX3CR1+CD206+或CD11b+F4/80hi）和小胶质细胞（CX3CR1+CD206−）。

结果：
- 胚胎期删除CSF-1R导致BAMs和小胶质细胞数量显著减少（图1A）。
- 成年期删除CSF-1R或使用抑制剂PLX5622同样导致两类细胞减少（图1B、S1D），表明CSF-1R信号对BAMs的发育和维持均不可或缺。

2. IL-34是成年BAMs稳态的关键调控因子

实验设计：
- 分析Il34LacZ/LacZ小鼠在不同发育阶段的BAMs数量。
- 高维流式细胞术和免疫荧光染色细分BAMs亚群：PVMs（CD163+CD206+）、MHC II+ BAMs等。

结果：
- IL-34缺失不影响胚胎期BAMs发育，但成年后BAMs数量显著下降（图1D）。
- 所有BAMs亚群（除硬脑膜巨噬细胞外）均依赖IL-34（图2A-B）。
- 免疫荧光显示PVMs在IL-34缺失小鼠的动脉周围几乎消失（图2E-F）。

3. IL-34的来源细胞：血管周细胞与成纤维细胞

实验设计：
- 单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析小鼠和人脑血管细胞中IL34的表达。
- 使用Tbx18CreER;Il34fl/fl小鼠特异性删除血管周细胞（mural cells）和成纤维细胞中的IL-34。

结果：
- IL-34主要由血管平滑肌细胞（VSMCs）、周细胞和成纤维细胞表达（图3A、D）。
- 删除血管周IL-34导致PVMs减少，但不影响小胶质细胞（图3F-G）。
- 人类脑样本中IL-34同样定位于血管周围（图3E）。

4. IL-34缺失导致脑血管功能异常

实验设计：
- 激光散斑对比成像（LSCI）和宽场定位显微镜（pia-flow）测量脑血流速度。
- 双光子显微镜观察清醒小鼠的血管舒缩运动。

结果：
- IL-34缺失小鼠的脑血流量增加15%，穿透性小动脉血流速度升高（图6B-D）。
- 血管舒缩运动幅度和频率显著增加（图6I）。
- 电镜显示动脉周围基底膜结构异常，星形胶质细胞终足肿胀（图5D、S4C）。

5. 特异性删除PVMs验证其功能

实验设计：
- 构建Mrc1Cre;Csf1rfl/fl小鼠，特异性删除CD206+ PVMs。

结果：
- PVMs缺失同样导致脑血流动力学异常（图7C-G），证实PVMs独立于小胶质细胞调控血管功能。

结论与意义

  1. 发育与稳态的 cytokine 分工：BAMs的胚胎发育依赖CSF-1，而成年后稳态需IL-34。
  2. 细胞互作新机制：血管周细胞和成纤维细胞通过分泌IL-34维持PVMs存活，构成“血管壁微环境-巨噬细胞”调控轴。
  3. 脑血管功能调控：PVMs通过抑制血管舒缩运动和调节血流速度，维持脑血管稳态。

科学价值：
- 首次揭示IL-34在非神经元细胞中的功能，拓展了对CNS巨噬细胞生态位的认知。
- 为脑血管疾病（如高血压、淀粉样血管病）中PVMs的作用提供新靶点。

应用前景：
- 靶向IL-34/PVMs通路可能改善脑血流异常相关疾病。
- 人类IL-34水平与血管性痴呆的相关性提示其临床潜力（图3E）。

研究亮点

  1. 多维度技术整合：结合条件性基因敲除、高维流式、scRNA-seq和活体成像，系统性解析PVMs的调控机制。
  2. 跨物种验证：从小鼠模型到人类脑样本，强化结论普适性。
  3. 创新发现：提出PVMs是脑血管运动的直接调控者，挑战了传统“神经血管单元”的框架。

其他信息

  • 数据公开：scRNA-seq数据已上传至GEO（GSE292245、GSE292306、GSE292466）。
  • 局限性：IL-34是否通过其他受体（如PTPRZ1）影响神经元或胶质细胞仍需进一步研究。