GPNMB阳性巨噬细胞通过时间单细胞测序揭示其在肌肉再生中的关键作用

　　本研究针对骨骼肌损伤修复过程中巨噬细胞表型多样性及功能转换机制不明的科学问题，通过单细胞RNA测序技术系统解析了GPNMB高表达巨噬细胞亚群在肌肉再生中的核心作用。研究发现GPNMBhi Ly6Clo 巨噬细胞通过分泌IGF1、激活MERTK通路促进肌细胞分化，基因敲除实验证实GPNMB缺失会显著抑制巨噬细胞胞葬作用并损害肌肉再生。该成果为肌肉损伤治疗提供了新靶点，发表于《Experimental & Molecular Medicine》。

　　

骨骼肌作为人体最大组织群，其损伤修复效率直接影响运动功能恢复和代谢健康。尽管已知巨噬细胞在组织修复中扮演多重角色，但不同亚群在肌肉再生中的动态变化与功能特异性仍是未解之谜。尤其当炎症反应向再生阶段转换时，特定巨噬细胞亚群如何协调肌前体细胞激活与炎症消退，成为再生医学领域的关键科学问题。

中国医科大学医院联合国立阳明交通大学的研究团队通过时间分辨单细胞测序技术，首次系统描绘了骨骼肌损伤后巨噬细胞的动态演化图谱。研究发现表达糖蛋白非转移性黑色素瘤蛋白B（GPNMB）的巨噬细胞亚群在损伤后第3天达到峰值，该亚群共表达胰岛素样生长因子1（IGF1）、原癌基因酪氨酸蛋白激酶受体（MERTK）等再生相关因子。通过构建GPNMB基因敲除小鼠模型，证实该蛋白缺失会导致巨噬细胞吞噬凋亡细胞（efferocytosis）能力下降，并显著延缓肌纤维横截面积（CSA）恢复。更引人注目的是，外源性重组GPNMB（rGPNMB）处理可直接促进C2C12肌管形成，注射至损伤部位可使肌纤维CSA增加2-3倍。这项突破性成果发表于《Experimental & Molecular Medicine》，为靶向免疫微环境的肌肉再生疗法开辟了新途径。

关键技术方法包括：1）CTX诱导的小鼠胫骨前肌损伤模型建立；2）10x Genomics单细胞转录组测序及Seurat分析；3）流式细胞术分选CD45⁺
CD11b⁺
GPNMB^hi
Ly6C^lo
巨噬细胞亚群；4）骨髓源性巨噬细胞（BMDM）极化实验；5）MERTK抑制剂干预实验。

【Dynamics of macrophage subset changes during skeletal muscle regeneration】
通过CTX损伤模型结合流式分析，发现损伤后CD11b⁺
细胞先增后减，Ly6C^hi
促炎表型在第4天转为Ly6C^lo
抗炎表型。单细胞测序鉴定出5个巨噬细胞亚群，其中cluster 2在再生阶段特异性高表达GPNMB。

【Identification of GPNMB-expressing macrophages as critical effectors】
伪时间分析显示GPNMB与MERTK、IGF1等呈现共表达模式。流式验证发现GPNMB^hi
Ly6C^lo
亚群在损伤后第3天占比达10.4%，CellChat分析揭示该时段IGF1-IGF1R和GAS6-MERTK通路显著激活。

【GPNMB promotes M2 macrophage polarization】
体外实验证实M2型巨噬细胞GPNMB表达量是M1型的3倍。过表达GPNMB可上调Arg1、Mrc1等M2标记物，并特异性激活IRF4、PPARγ转录因子，但不影响STAT6等经典通路。

【GPNMB KO impairs skeletal muscle regeneration】
基因敲除小鼠模型显示，GPNMB缺失导致损伤第7天肌纤维CSA减少35%，组织学观察发现明显炎症浸润和再生延迟。MERTK抑制剂处理再现了类似表型，证实该通路的关键作用。

【GPNMB stimulation promotes myogenic differentiation】
rGPNMB处理使C2C12肌管宽度增加1.8倍，多核细胞比例提升2.2倍。动物实验中20μg/kg rGPNMB注射使损伤第7天肌纤维CSA达1051±340.9μm²
，较对照组提高123%。

该研究首次建立骨骼肌再生过程中巨噬细胞亚群的时空动态图谱，阐明GPNMB^hi
Ly6C^lo
作为"再生型巨噬细胞"的核心地位。其科学价值体现在三方面：1）揭示GPNMB通过调控MERTK依赖性胞葬作用和IGF1分泌双重机制促进再生；2）证实外源GPNMB可跨越免疫-肌细胞界限直接激活肌生成程序；3）为肌肉退行性疾病提供潜在治疗策略。研究提出的"巨噬细胞代谢重编程-效应分子分泌-肌前体细胞激活"级联反应模型，为理解组织再生中免疫-干细胞互作提供了新范式。