Nature：巨噬細胞是神經(jīng)元細胞嗎？

2024年12月4日，哥本哈根大學的Carmelo Bellardita和英國帝國理工學院的Simone Di Giovanni研究團隊，在國際頂刊Nature（IF：50.5）發(fā)表了題為“  Macrophages excite muscle spindles with glutamate to bolster locomotion"的研究性論文。該研究發(fā)現(xiàn)了肌梭組織駐留巨噬細胞（muscle spindles macrophages，MSMP）在該神經(jīng)肌肉回路中意想不到的作用，它通過釋放谷氨酸來調(diào)節(jié)神經(jīng)活動和肌肉收縮。這一發(fā)現(xiàn)為神經(jīng)-肌肉功能的交互提供了新的理解。研究First揭示，肌肉紡錘體內(nèi)的巨噬細胞通過快速神經(jīng)遞質(zhì)介導的機制積極參與運動控制，而這種機制通常僅與神經(jīng)元相關，挑戰(zhàn)了巨噬細胞作為純免疫細胞的經(jīng)典觀點。開創(chuàng)性的新研究：巨噬細胞被認為是神經(jīng)元的免疫細胞。

牽張反射是神經(jīng)系統(tǒng)對機械刺激的最快運動反應，該反應由外周感受器“肌梭"（muscle spindles, MS）介導，肌梭是橫紋肌的牽張感受器。肌梭受牽拉時，會通過激活本體感覺的神經(jīng)纖維-脊髓-α運動神經(jīng)元這一回路引發(fā)肌肉收縮。若該神經(jīng)肌肉回路受損，會導致本體感覺障礙、不規(guī)則的肌張力，進而影響運動控制、姿勢和步態(tài)失衡，限制運動功能的恢復。全新的機制，肌梭組織駐留巨噬細胞（muscle spindles macrophages，MSMP）通過谷氨酸信號傳遞，不僅能快速激活感覺和運動神經(jīng)元，還能動態(tài)調(diào)節(jié)神經(jīng)-肌肉功能。巨噬細胞成了神經(jīng)元細胞。這一發(fā)現(xiàn)為治療運動障礙和代謝疾病開辟了令人興奮的新途徑。

研究起始于探索與MS相關的分子特征。研究人員首先通過RNA測序和免疫熒光發(fā)現(xiàn)在肌梭微環(huán)境中存在一種新的巨噬細胞亞群，它們與經(jīng)典巨噬細胞不同，具有的基因表達特征。進一步分析表明，MSMP表達與神經(jīng)傳遞和突觸功能相關的基因，尤其是谷氨酸傳遞相關的分子。這些發(fā)現(xiàn)不僅揭示了MSMP的組織駐留特性，還提示其在肌梭功能中的潛在作用。此外，人類樣本中也觀察到肌梭區(qū)域存在類似的CD68+巨噬細胞。

為了進一步理解MSMP的功能，研究人員利用了光遺傳學技術，在CX3CR1Cre::ChR2YFP轉(zhuǎn)基因小鼠中，發(fā)現(xiàn)對MSMP進行光刺激能以毫秒級時間尺度上驅(qū)動感覺神經(jīng)元放電并激活運動神經(jīng)元，引起肌肉收縮。這一過程與刺激強度和及其空間定位緊密相關，表明MSMP在神經(jīng)-肌肉反應中具有高精度調(diào)控功能。進一步實驗表明，當通過光遺傳學抑制MSMP時，肌肉拉伸反射的幅度隨之顯著降低，且這種效應在更大程度的肌肉拉伸下更加明顯。這些結果證實，MSMP是拉伸反射回路中關鍵的功能性節(jié)點。進一步，研究人員探索了MSMP調(diào)控神經(jīng)-肌肉活動的分子機制。免疫染色顯示，肌梭內(nèi)的感覺神經(jīng)元表達AMPA和NMDA受體，這表明MSMP釋放的谷氨酸可能通過這些受體直接調(diào)節(jié)神經(jīng)活動。通過光遺傳學實驗驗證，抑制谷氨酸受體會幾乎阻斷MSMP驅(qū)動的神經(jīng)和肌肉反應。此外，通過病毒介導的基因干擾技術靶向抑制MSMP的囊泡釋放功能，會使感覺和運動神經(jīng)元的響應幅度顯著降低，這進一步證明了谷氨酸在MSMP調(diào)控中的關鍵作用。為了探索MSMP如何產(chǎn)生谷氨酸，研究人員結合單細胞RNA測序和體外實驗發(fā)現(xiàn)，MSMP不僅表達谷氨酸轉(zhuǎn)運相關基因，還通過谷氨酰胺酶將肌肉釋放的谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸。體外實驗顯示，添加谷氨酰胺顯著提高培養(yǎng)液中谷氨酸的濃度，而使用谷氨酰胺酶抑制可幾乎阻止這一過程。進一步分析發(fā)現(xiàn)，谷氨酰胺誘導的MSMP活化依賴于鈣信號，表明谷氨酰胺和鈣在MSMP功能調(diào)控中具有重要作用。研究人員進一步通過行為學實驗評估了MSMP對運動的具體作用。在游泳測試中，通過光遺傳學或基因編輯抑制或清除MSMP后，小鼠表現(xiàn)出顯著的運動協(xié)調(diào)障礙，包括關節(jié)活動范圍的異常增加和對外界擾動的反應能力下降。步態(tài)分析進一步揭示，這些功能障礙與MSMP調(diào)控的牽張反射直接相關。特別是在步態(tài)和游泳測試中，缺失MSMP的小鼠難以維持運動的流暢性和協(xié)調(diào)性。這些結果表明，MSMP是運動協(xié)調(diào)和感覺反饋的重要調(diào)控者。通過耗竭巨噬細胞并評估感覺功能和運動行為的變化，作者研究了MSMP的生理相關性。

使用巨噬細胞清除劑Clodronate Liposomes（Liposoma）使巨噬細胞耗竭導致支持本體感覺MS傳入神經(jīng)的分子機制下調(diào)，以及運動過程中步態(tài)和協(xié)調(diào)參數(shù)的改變。在自由游泳小鼠的腓腸肌中選擇性破壞MSMP會導致后肢運動發(fā)生變化，包括踝關節(jié)和后爪的角位移增加，但時空步態(tài)參數(shù)沒有顯著改變。然而，角位移變異性受損，表明對擾動進行運動校正的能力降低。

巨噬細胞利用谷氨酸調(diào)節(jié)感覺并激活肌肉。反過來，肌肉收縮產(chǎn)生谷氨酰胺，谷氨酰胺重新激活巨噬細胞，形成一個持續(xù)的反饋循環(huán)。這種復雜的機制突出了巨噬細胞在運動控制中作為免疫、感覺和代謝功能的關鍵整合者的作用。在中風、帕金森病和糖尿病等疾病中，炎癥、能量不足和神經(jīng)回路中斷加劇了疾病的進展，針對巨噬細胞功能障礙可能提供一種新的治療途徑。通過利用它們調(diào)節(jié)神經(jīng)活動、微調(diào)能量平衡和修復組織的能力，這些免疫細胞可能成為減緩退化、恢復運動功能和改善代謝健康的關鍵角色。這項開創(chuàng)性的工作不僅重塑了我們對運動控制的理解，而且為解決免疫、神經(jīng)和代謝功能障礙相互聯(lián)系的本質(zhì)的創(chuàng)新治療奠定了基礎。

總之，研究確定肌梭組織駐留巨噬細胞（muscle spindles macrophages，MSMP）是運動調(diào)節(jié)中的關鍵參與者，能通過谷氨酸能信號傳導調(diào)節(jié)神經(jīng)活動和肌肉收縮的能力以及對感覺線索的動態(tài)響應。這為我們對神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的理解引入了新的維度。這些發(fā)現(xiàn)對影響感覺運動功能的各種病癥具有意義，并可能為未來的治療干預鋪平道路。然而，還需要進一步研究以確定MSMP在體內(nèi)是否將谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸以及它們?nèi)绾雾憫獧C械牽張。

荷蘭Liposoma的巨噬細胞清除劑氯膦酸二鈉脂質(zhì)體Clodronate Liposomes，氯膦酸鹽脂質(zhì)體，廣泛用于體內(nèi)單核巨噬細胞清除。頻頻登刊Cell，Nature和Science。如需訂購，可以隨時聯(lián)系。技術支持可以聯(lián)系大中華Exclusive代理商靶點科技（Target Technology），專業(yè)技術團隊給您單核巨噬細胞清除提供整套解決方案。在本研究中，科研人員使用了荷蘭Liposoma的巨噬細胞清除劑，貨號CP-005-005，巨噬細胞清除套裝。

原始文獻

Yan Y, Antolin N, Zhou L, et al. Macrophages excite muscle spindles with glutamate to bolster locomotion. Nature. Published online December 4, 2024. doi:10.1038/s41586-024-08272-5