2026年1月21日，澳大利亚彼得·麦卡伦癌症中心的Benjamin M. Hogan研究团队，在国际知名期刊Nature在线发表题为：Convergent evolution of scavenger cell development at brain borders的研究论文。研究发现，在斑马鱼中，一种名为壁淋巴管内皮细胞（mural lymphatic endothelial cells：muLECs）的血管来源细胞在解剖位置和功能上与哺乳动物的边界相关巨噬细胞（border-associated macrophages：BAMs）惊人地相似。
研究团队人员综合运用了单细胞RNA测序（scRNA-seq）、CRISPR/Cas9基因编辑、转基因动物模型以及跨物种的原位杂交技术，深入探索了脊椎动物脑膜清除细胞的起源与进化。研究人员首先在斑马鱼中鉴定了转录因子odd-skipped related 2 (osr2) 是muLEC谱系特异性的标记和关键调节因子，随后通过对比小鼠、人类、鲨鱼、蝾螈和鸡的数据，构建了这类细胞的进化树。研究发现，muLECs代表了一种古老的脊椎动物清除细胞谱系，广泛存在于非哺乳类脊椎动物中，而哺乳动物特有的BAMs则是后来演化出的替代者。这一发现解决了长期以来关于脑膜免疫监视细胞进化来源的谜题，证实了muLECs和BAMs是趋同进化的产物。
脊椎动物的血脑屏障和脑膜作为屏障，共同调控中枢神经系统（CNS）中细胞、营养物质和代谢产物的流入和流出。因此，中枢神经系统具有免疫特权，并由高度专业化的免疫细胞进行巡逻。哺乳动物中的关键先天免疫细胞是实质胶质细胞和边界/屏障相关巨噬细胞（BAMs）。BAMs在哺乳动物胚胎中由卵黄囊来源的单核祖细胞发育而来，通过低水平的自我再生在生命过程中得到补充，并在疾病状态下由循环单核细胞流入补充。BAMs表达一套独特的清道夫受体，如MRC1（CD206）、LYVE1、STAB1等，这些受体参与不同配体和组织废物的吞噬作用。它们定位于脑边界的血管周间隙、脉络丛和脑膜，被认为既可清理废物又可调节免疫反应。研究表明，BAMs会影响阿尔茨海默病和帕金森病表型的进展，并与中风和脑癌相关。我们对于中枢神经系统免疫细胞类型的理解大多来自哺乳动物系统的研究。因此，对于在免疫特权完整的其他系统发育背景下，中枢神经系统免疫在细胞和功能水平上的进化分化，我们知之甚少。
斑马鱼具有保守的血-脑屏障和神经血管单元的细胞谱系，以及保守的先天免疫系统。虽然斑马鱼的巨噬细胞、中性粒细胞和小胶质细胞在功能上与哺乳动物的对应细胞同源，但BAMs尚未被描述。然而，在CNS中靠近脑膜软脊层的区域先前发现了一类新的孤立muLECs（也称为脑淋巴内皮细胞或荧光颗粒围血细胞），其位置相当于哺乳动物中的BAMs。muLECs起源于脉络丛血管丛，在受精后5–7天（dpf）形成在斑马鱼脑背表面的环状血管结构。这些环状结构内的细胞随后分散成单个细胞，作为覆盖在幼鱼和成鱼脑膜血管网络上的稀疏血管周围细胞群。该发育过程依赖于淋巴管生成的经典驱动因子（vegfc, flt4, ccbe1, prox1a）和胶质细胞功能，且不依赖造血程序。muLECs是一类特化的淋巴细胞类型，具有独特的间充质形态，并以类似清道夫内皮细胞（ECs）的方式中执行吞噬大分子废物进入内吞囊泡的功能。该清除功能依赖于Mrc1（也称为CD206）、Stab1、Stab2和内吞适配蛋白Dab2。到目前为止，控制muLEC分化的谱系特异性标志和发育程序尚未被确定。
该团队首先研究了muLECs在填充斑马鱼中脑表面时的发育转变。在宏观形态学水平上，靠近中脑静脉的muLECs逐渐相互断开，失去细长的内皮细胞（EC）外观，在7 dpf和30 dpf之间变得彼此分离并呈现更圆的形态。为了识别这一变化的最早转录调控因素，作者归纳了针对EC的单细胞RNA测序（scRNA-seq）时间动态过程，并整合了涵盖脑内muLEC发育关键阶段的数据集。这包括受精后40小时(hpf)、3 dpf、4 dpf、5 dpf和7 dpf，囊括了LECs（ lymphatic endothelial cell： LEC ）从胚胎静脉萌芽（40 hpf）、muLECs在中脑脑膜的出现（3–4 dpf）以及muLEC环的形成（5–7 dpf）不同发育阶段。作者基于已知的标记基因对细胞群进行了注释，并对ECs（n=15,898）进行了重新聚类。一个假定的muLEC群被识别为在转录水平上与其他EC群，包括LECs，具有明显区分。为了探究muLECs与LECs之间的转录差异，作者在3 dpf和7 dpf进行了差异表达基因（DEG）分析。若干标记LECs的基因在muLEC群中显著下调或缺失（例如cadherin-6 (cdh6)和tbx1），而其他基因的表达则有所降低（例如prox1a）。相反，与清道夫功能相关的基因（例如lyve1b、mrc1a）上调。值得注意的是，转录因子odd-skipped-related 2 (osr2)，此前被描述在哺乳动物腭部、滑膜关节、肾脏及骨形成以及斑马鱼鳍软骨发生中的作用，是7 dpf时muLEC群中上调最多的基因。osr2在40 hpf至3 dpf之间开始在ECs中表达，并在所有时间点特异性局限于muLEC群，是整个转录组中最具细胞类型特异性的标记。cdh6和tbx1是LEC特异性标记，在muLECs中不表达。
osr2 是 muLEC 发育的特异性marker
为了理解osr2在muLEC发育中的功能，研究人员利用CRISPR基因组编辑技术生成了一个预测的功能缺失突变体。osr2突变体及其野生型同胞在所有时间点表现出无法区分的生长和形态。成熟的muLECs通常是孤立的单个细胞，细胞间接触有限，这与血管内的内皮细胞不同。在突变体中，muLEC数量未改变，但向独立清道夫细胞的典型转变异常。与同胞对照相比，osr2突变体的muLEC长度在14 dpf、21 dpf 和30 dpf 时均增加，但在7 dpf 时未发生变化。此外，从14 dpf 到30 dpf，osr2突变体中与其他muLEC发生细胞间接触的muLEC百分比减少。总体来看，这些数据表明osr2在muLEC从内皮细胞向独立细胞形态转变中起作用。此外，我们将突变体和同胞动物饲养至1年龄，并评估 muLEC。尽管突变体的大脑在形态上正常，我们仍观察到muLEC显著丧失，表明osr2在muLEC维持中是必需的。
哺乳动物的中枢神经系统没有LEC，淋巴管仅在靠近颅骨的硬脑膜处可见。尽管人类组织学分析中观察到表现出某些LEC标记的罕见细胞，但从未有大量类似斑马鱼muLEC的种群报告。为了以无偏的方式寻找哺乳动物的muLEC群体，我们基于小鼠脑膜细胞中分离细胞进行scRNA测序，结果并未发现表达osr2或淋巴管标记的muLEC群体，证实哺乳动物脑膜缺乏此类细胞。然而，转录组对比分析显示，斑马鱼的muLEC在基因表达特征上与小鼠和人类的BAMs高度相似，甚至超过了与其他内皮细胞的相似度，两者共享大量清道夫受体（如mrc1, lyve1, stab1）和溶酶体酶基因，以及与蛋白水解、肽酶和溶酶体活性相关的基因。综合来看，这些数据表明，muLECs应该基于解剖学、转录组和功能类比被视为“类巨噬细胞”。
作为巨噬细胞功能性测试，我们通过显微注射将荷兰Liposoma的氯膦酸盐脂质体Clodronate Liposomes递送到6 dpf 的斑马鱼胚胎中。注射后24 小时，巨噬细胞和muLECs都显著减少。此外，在损伤模型中，muLEC表现出类似巨噬细胞的激活反应，进一步证明了两者在功能上的同功性（analogous），尽管它们在细胞起源上完全不同（血管来源 vs 造血来源）。
氯膦酸盐脂质体有效清除巨噬细胞和 muLECs
为了确定脑膜清除细胞的进化轨迹，研究团队利用杂交链式反应原位杂交（HCR ISH）技术，检测了包括软骨鱼（肩章鲨）、两栖动物（美西钝口螈）、鸟类（鸡）和有袋类哺乳动物（脂尾袋鼬）在内的多种脊椎动物脑膜组织。结果显示，表达osr2和mrc1的muLEC存在于鲨鱼、蝾螈和鸡的脑膜中，表明这是脊椎动物的祖先状态。相反，在小鼠和袋鼬等哺乳动物中，脑膜边界未检测到osr2阳性细胞，取而代之的是表达csf1r的造血来源BAMs。这一结果清晰地描绘了从古老的淋巴管内皮来源清除细胞向哺乳动物特有的髓系清除细胞的演化转变。
哺乳动物（左）和非哺乳动物脊椎动物（基于斑马鱼，右）脑膜的细胞组成示意图。
总之，研究证实转录因子 odd-skipped related 2（osr2）是 斑马鱼muLEC 分化和维持的特异性标记和调控因子。osr2通过部分控制钙粘蛋白-6，调控 muLECs从相互连接的内皮细胞向独立清道夫细胞的转变。muLECs在转录水平上比其他哺乳动物脑膜细胞更类似于BAMs，并在组织稳态中共享多种功能。但是，斑马鱼体内缺乏BAMs，鼠类和人类体内缺乏muLECs。对多物种的 osr2、淋巴内皮细胞（LEC）和BAM标记分析显示，muLECs是一种古老谱系，而 BAMs 是近期哺乳动物的特化。muLECs和BAMs在功能上有类比，但并非同源，提供了趋同进化的一个实例。这凸显了脑膜清道夫细胞的生理重要性以及LEC在进化过程中生成特化细胞类型的发育可塑性。
荷兰Liposoma的巨噬细胞清除剂Clodronate Liposomes，氯膦酸盐脂质体，作为全球领先的体内单核巨噬细胞清除试剂。凭借其稳定的化学性质、高效的体内清除能力及良好的生物相容性，已成为全球单核巨噬细胞清除的首选药物。产品被引频频见刊Cell，Nature和Science，助力突破发现，拓展科学边界。
本Nature论文，研究人员就使用了荷兰Liposoma的巨噬细胞清除剂氯膦酸盐二钠脂质体Clodronate Liposomes，货号CP-005-005，通过显微注射斑马鱼受精后第七天胚胎体积2nL，清除巨噬细胞和 muLECs 。
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原始文献：
Gaudi, A.U., Meier, M., Baltaci, O.F. et al. Convergent evolution of scavenger cell development at brain borders. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-10003-3
