人中枢神经系统边界先天免疫细胞的多组空间景观

　　人类中枢神经系统边界区免疫细胞的单细胞空间转录组学和蛋白质组学研究揭示了中枢神经系统相关巨噬细胞在年龄、扰动和疾病中的差异。

　　

人类中枢神经系统(CNS)的先天免疫室是高度多样化的，包括几种免疫细胞群，如巨噬细胞，它们常见于脑实质(小胶质细胞)，而在脑界面较少的巨噬细胞(CAMs)。由于它们的稀少性和特殊的位置，在发育、健康和扰动过程中，对时间和空间上受限制的CAM亚类的存在知之甚少。在这里，我们将单细胞RNA测序、飞行时间质量细胞术和单细胞空间转录组学与命运图谱和先进的免疫组织化学相结合，全面表征了人类中枢神经系统界面的免疫系统，分析了来自102个人的356,000多个转录组。我们还对15例接受外周血干细胞移植的患者的脑内骨髓细胞进行了综合分析，揭示了不同中枢神经系统界面间室特异性的植入率。解剖解剖的胶质母细胞瘤样本的综合多组学和高分辨率空间转录组分析显示，缺氧驱动的髓细胞类型分布在区域上不同。值得注意的是，胶质母细胞瘤相关的缺氧反应不同于胎儿小胶质细胞和CAMs的生理性缺氧反应。我们的研究结果突出了人类中枢神经系统与外周神经系统界面的髓系多样性，并为人类大脑免疫系统的复杂性提供了见解。

中枢神经系统界面是物理的、免疫的和分子的屏障，保证了中枢神经系统实质的结构完整性，同时促进了废物的处理1。最近的证据表明，中枢神经系统界面是病原体侵袭、肿瘤传播和神经退行性变的解剖部位。由于免疫功能的多样性，中枢神经系统界面比中枢神经系统实质(PC)拥有更多样化的免疫群体。小鼠血管周围间隙(PV)、轻脑膜(LM)、脉络膜丛(CP)和硬脑膜(DM)中含有髓样细胞、淋巴细胞和树突状细胞(DCs)，而PC主要只含有小胶质细胞。值得注意的是，非实质的PV、LM、CP和DM巨噬细胞是中枢神经系统界面的主要免疫细胞。这些细胞统称为CAMs或边界相关巨噬细胞(BAMs)。尽管它们具有重要的功能，但它们在人脑中的复杂性仍未被探索。

多年来，人们一直认为所有的CAMs都起源于寿命较短的骨髓衍生单核细胞，这些单核细胞在出生后不断被替换。最近的证据证实了CAMs的一个共同的产前卵黄囊起源9,18,19,20。CAMs和小胶质细胞被证明是长寿和自我更新的。尽管有这些共同的起源，成人小胶质细胞和CAMs表现出不同的转录表型。即小鼠小胶质细胞主要表达Hexb、Tmem119和P2ry12，而CAMs特征性表达Mrc1、Lyve1和Ms4a7 。

最近，我们描述了虽然小胶质细胞和LM CAMs在产前存在，但PV CAMs仅在出生后在PV空间建立后出现24。值得注意的是，CAMs和平滑肌细胞之间的直接细胞间相互作用对于出生后PV空间的定植至关重要。这些发现表明CAMs在其生态位和主要发育可塑性中具有明显的整合。

虽然个体的人类中枢神经系统界面标本已经被初步描绘，但只有对脑PC25进行了综合的并排转录组学、蛋白质组学和跨物种比较。此外，对病理生理上重要的CAM生态位的空间解析转录组学分析仍然缺乏。此外，人们对人类CAMs的发展、命运和周转知之甚少。在这里，我们应用单细胞RNA测序(scRNA-seq)、转录组和表位的细胞测序索引(CITE-seq)、大量细胞术和高分辨率空间转录组学，对胎儿发育、成年和病理过程中人类中枢神经系统界面的免疫区进行了全面的分子普查。