循环Ly6Chigh单核细胞来源的S100A4+巨噬细胞加剧神经炎症并阻碍创伤性脑损伤恢复

Circulating Ly6Chigh monocyte-derived S100A4+ macrophages exacerbate neuroinflammation and impede recovery of traumatic brain injury

作者信息Zhichao Lu, Chenxing Wang, Yongqi Zhu, Jingwei Zhao, Yaxuan Gu, Xingjia Zhu, Weiquan Liao, Jue Zhu, Rui Jiang, Suyin Feng, Tianxi Chen, Xudong Zhao, Ziheng Wang, Qianqian Liu, Peipei Gong, Yang Yang
PMID41605306
发布时间2026-05
DOI10.1016/j.bbi.2026.106472

实验完整度

该研究包括体外细胞实验、体内动物模型(CCI模型)、单细胞RNA测序、流式细胞术、Western blot、qRT-PCR等,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

C57BL/6小鼠CCI模型 CAG-GFP转基因小鼠 原代小胶质细胞 Ly6Chigh单核细胞

重点核对

CCI模型参数(冲击速度3.5 m/s、皮层变形深度1.30 mm、停留时间400 ms) 单细胞RNA测序质量控制标准(>200基因、>1000 UMIs、线粒体UMI<5%) Ly6Chigh单核细胞分离与培养条件(FACS分选、DMEM+10% FBS) UDCA给药剂量(450 mg/kg,口服灌胃) S100A4+巨噬细胞过继转移(1×10^5细胞)

摘要

Traumatic brain injury (TBI) is now recognized as a systemic disease, yet the molecular and cellular mechanisms involved in the systemic immune response to TBI remain unclear. To address these limitations, we collected the brains and peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from the acute phase of TBI mice and performed single-cell RNA sequencing (scRNA-seq). Here, we identify a population of S100A4+ macrophages originating from circulating Ly6Chigh monocytes that infiltrate brain tissue following TBI via the CCL4-CCR1 axis, thereby exacerbating brain injury. Further mechanistic studies suggest that enhanced SPP1 output from S100A4+ macrophages following TBI triggers a microglial response via the CD44 receptor and exacerbates neuroinflammation. IRF7, as a key transcription factor (TF), drives the activation of S100A4+ macrophages following TBI, leading to the corresponding neuroinflammation and neurological deficits. An FDA-approved clinical drug, ursodeoxycholic acid, acts as an IRF7 antagonist to block the activation of S100A4+ macrophages, thereby suppressing neuroinflammation and accelerating the recovery of neurological function in TBI mice.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
创伤性脑损伤后,外周循环Ly6Chigh单核细胞来源的S100A4+巨噬细胞是否加剧神经炎症并阻碍恢复?
核心机制
Ly6Chigh单核细胞通过CCL4-CCR1轴浸润脑实质,分化为S100A4+巨噬细胞,后者通过SPP1-CD44轴激活小胶质细胞,加剧神经炎症;IRF7是驱动其分化的关键转录因子。
主要证据
单细胞RNA测序发现S100A4+巨噬细胞在脑内扩增;流式细胞术和免疫荧光证实其来源和促炎表型;过继转移和敲除实验验证CCL4-CCR1轴和SPP1-CD44轴的功能;SCENIC分析及体内敲低验证IRF7的关键作用。
研究意义
为TBI提供了新机制理解,并验证了FDA批准的药物UDCA作为IRF7拮抗剂的潜在治疗策略,具有临床转化前景。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

单细胞转录组图谱构建

识别TBI急性期脑组织和外周血免疫细胞类型及转录变化

收集TBI和假手术小鼠脑组织和PBMC,进行scRNA-seq,鉴定13种主要细胞类型。

2

单核/巨噬细胞亚群分析

鉴定与TBI神经炎症相关的单核/巨噬细胞亚群

对单核/巨噬细胞进行亚聚类,发现S100A4+巨噬细胞在TBI后显著扩增。

3

功能验证:S100A4+巨噬细胞的作用

验证S100A4+巨噬细胞在TBI后是否加剧神经炎症和加重功能损伤

使用S100A4单克隆抗体清除或过继转移S100A4+巨噬细胞,观察神经炎症和神经功能。

4

机制验证:来源于Ly6Chigh单核细胞

验证脑内S100A4+巨噬细胞的来源

使用PLX5622清除小胶质细胞、Gr1抗体清除Ly6Chigh单核细胞,并进行骨髓移植和过继转移。

5

机制验证:CCL4-CCR1轴介导浸润

验证CCL4-CCR1轴在Ly6Chigh单核细胞浸润大脑中的作用

敲低Ccr1后过继转移Ly6Chigh单核细胞,观察脑内S100A4+巨噬细胞数量。

6

机制验证:SPP1-CD44轴激活小胶质细胞

验证S100A4+巨噬细胞通过SPP1分泌激活小胶质细胞

体外用S100A4+巨噬细胞条件培养基处理原代小胶质细胞,并用SPP1抗体中和或敲低Spp1。

7

转录因子筛选与验证

鉴定驱动S100A4+巨噬细胞分化的关键转录因子

使用SCENIC分析识别候选转录因子,并通过shRNA敲低和过继转移验证IRF7的关键作用。

8

药物筛选与体内疗效评估

筛选IRF7抑制剂并验证UDCA的治疗效果

基于虚拟筛选获得IRF7抑制剂候选,选取UDCA在TBI小鼠中口服灌胃,评估其对S100A4+巨噬细胞数量、神经炎症和神经功能的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
MobiCube高通量单细胞3'转录组建库试剂盒V2.0--PN-S060200201
MobiNova-100微流控平台----
Illumina Nova 6000测序平台Illumina--
核浆蛋白提取试剂盒BeyotimeP0028
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0010
抗IRF7抗体Proteintech22392-1-AP
GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
Histone H3抗体Proteintech17168-1-AP
DAPISolarbioC0060
抗荧光淬灭封片剂SolarbioS2100
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL3000015
DMEM培养基GibcoC11330500BT
胎牛血清Gibco10082-147
胰蛋白酶Sigma-AldrichT9201-1G
DNase ISigma-AldrichD5025-150KU
FastPure细胞/组织总RNA提取试剂盒V2Vazyme Biotech Co., Ltd.--
小鼠Spp1 ELISA试剂盒CUSABIOCSB-E12008m
小鼠IL-6 ELISA试剂盒Multi SciencesEK206
小鼠IL-1β ELISA试剂盒Multi SciencesEK201B
小鼠IL-18 ELISA试剂盒Multi SciencesEK218
TGF-β1 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-0162
肌酸激酶活性检测试剂盒ElabscienceE-BC-K558-S
丙氨酸氨基转移酶活性检测试剂盒ElabscienceE-BC-K235-M
天冬氨酸氨基转移酶活性检测试剂盒ElabscienceE-BC-K236-M
乳酸脱氢酶活性检测试剂盒ElabscienceE-BC-K766-M
脂多糖MedChemExpressHY-D1056
熊去氧胆酸----
对照PBS脂质体Yeasen Biotechnology40338ES10
PLX5622MedChemExpress--
S100A4抗体SelleckA3052
Gr1抗体SelleckA2135
CD44抗体SelleckA2174
SPP1抗体BioXcellBE0373

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
TBI模型
CCI参数(冲击速度、深度、停留时间)
阅读提示:Methods 2.3 TBI model
单细胞RNA测序
样本采集时间(3天)、细胞活性、质量控制标准、测序平台
阅读提示:Methods 2.4-2.6
流式细胞术
抗体组合、染色条件、细胞制备方法
阅读提示:Methods 2.11
免疫荧光
组织固定、切片厚度、抗体浓度、图像采集参数
阅读提示:Methods 2.9
Western blot
蛋白提取方法、抗体稀释比例、上样量、内参选择
阅读提示:Methods 2.8
qRT-PCR
RNA提取方法、逆转录量、引物序列、内参基因
阅读提示:Methods 2.10
细胞培养与处理
细胞培养基、血清浓度、刺激条件(LPS浓度和时间)、药物处理浓度
阅读提示:Methods 2.13-2.14
动物给药
给药途径、剂量、时间点、溶剂
阅读提示:Methods 2.17
神经功能评分
评分标准、时间点、盲法
阅读提示:Methods 2.20