从极化调控到代谢交叉，Elabscience 巨噬细胞工具包解锁国自然创新密码

近年来，在国家自然科学基金（NSFC）项目申报中，巨噬细胞相关研究在生物医学领域的获批项目数量显著增加，已成为NSFC资助的热点研究方向，稳居医学科学部热点领域前列。

目前，巨噬细胞领域研究范式正经历重要转型：从传统的功能表征向"分子机制深度解析与靶向转化研究"双轨并行的方向发展。

一、巨噬细胞何以成为研究热点？

巨噬细胞作为先天免疫系统的核心组成部分，其功能远不止于传统认知中的“清道夫”。现代免疫学研究表明，它是连接代谢、神经、血管、肿瘤、纤维化等多个核心生理病理过程的“枢纽细胞”。

复杂的起源与命运：巨噬细胞具有独特的发育谱系。胚胎时期，它们便由卵黄囊祖细胞定植于各组织，分化成为组织驻留巨噬细胞（TRMs），在成年后主要依靠局部增殖维持稳态；而在出生后及炎症状态下，则由骨髓来源的单核细胞补充。这种双重来源为研究其在发育、稳态和疾病中的不同作用提供了丰富的研究方向。

极化的高度可塑性：经典活化（M1型）和替代活化（M2型）的范式是基础，但当前研究已远不止于此。学界正致力于揭示极化动态的精细调控，例如表观遗传修饰（如m6A甲基化、乳酸化等）如何像“开关”一样决定巨噬细胞的功能命运。

免疫代谢的核心玩家：巨噬细胞的功能状态与其代谢模式紧密偶联。代谢重编程是当前研究的热点方向。研究显示，促炎的M1型巨噬细胞倾向于依赖有氧糖酵解以快速供能，而抑炎/修复的M2型巨噬细胞则依赖氧化磷酸化和脂肪酸氧化以维持持久功能。由此，靶向代谢已成为干预疾病的新兴策略。

图1. 巨噬细胞的起源[1]

二、2025国家自然科学基金青睐的研究方向

综合分析当前的研究态势，巨噬细胞相关研究呈现出机制深化和交叉融合的特点，可以总结出四大极具潜力的前沿方向，为项目申报提供了清晰的切入点。

1.巨噬细胞极化与功能调控（核心热点）

M1/M2表型转换的精细调控：研究重点从描述极化现象转向深入解析其上游调控信号网络。例如，涉及代谢重编程（如糖酵解、脂肪酸氧化）、表观遗传修饰（如乳酸化修饰、乙酰化、m6A甲基化），以及转录因子等对极化过程的精确调控。

2.巨噬细胞与代谢的交叉研究（前沿高地）

代谢重编程驱动功能变化：研究巨噬细胞在炎症、肿瘤、纤维化等状态下，其能量代谢（如瓦博格效应）、氨基酸代谢（如谷氨酰胺代谢）、脂质代谢（如胆固醇稳态）的重编程如何决定其免疫功能。

代谢物作为信号分子：重点关注乳酸（其通过乳酸化修饰影响基因表达）、琥珀酸、衣康酸等代谢中间产物本身作为信号分子，调控巨噬细胞及其他免疫细胞的功能，构成“代谢－免疫”核心轴。

图2. m6A修饰在脓毒症巨噬细胞代谢重编程中的作用[2]

3.巨噬细胞在特定疾病微环境中的作用（应用导向）

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）：TAMs已成为癌症研究中的绝对焦点，因为它们在促进肿瘤免疫逃逸、血管生成、转移及治疗抵抗方面发挥着关键作用。当前的研究项目主要集中在开发策略以逆转TAMs的促瘤表型，例如促进它们从M2型向M1型的复极化。

纤维化疾病：在肝、肺、肾等器官纤维化中，研究巨噬细胞如何通过分泌细胞因子（如TGF-β）、调控肌成纤维细胞活化，驱动组织修复失衡和纤维化进展。

炎症性与自身免疫性疾病：探讨巨噬细胞在动脉粥样硬化、关节炎、肠道炎症等疾病中，通过炎症小体激活、抗原提呈等机制维持免疫稳态或驱动病理损伤。

组织修复与再生：研究巨噬细胞在损伤后不同阶段（促炎期和修复期）的表型转换，及其在清除坏死组织、促进血管新生和组织重塑中的关键作用。

图3. TAMs在肿瘤不同阶段的作用[3]

4.巨噬细胞与其他细胞/因素的互作（系统视角）

“肠道菌群-巨噬细胞”轴：研究菌群代谢产物（如短链脂肪酸SCFAs、胆汁酸）如何通过G蛋白偶联受体或核受体等途径，远程或局部调控巨噬细胞功能，影响代谢性疾病、癌症和自身免疫病。

巨噬细胞与T细胞的对话：深入研究巨噬细胞通过抗原提呈、分泌IL-10、TGF-β等细胞因子，或表达PD-L1等检查点分子，调控T细胞（特别是Treg和Th17）分化及功能，影响免疫耐受和效应应答。

外泌体介导的调控：探究肿瘤细胞、干细胞等来源的外泌体所携带的miRNA、lncRNA、蛋白质等，怎样被巨噬细胞摄取并调控其极化状态，进而成为细胞间通讯的重要途径。

图4. CRC衍生外泌体中的miR-106a-5p在促进肝转移方面发挥着关键作用[4]

三、巨噬细胞未来研究方向

1.研究转变：从“功能描述”到“机制深挖+靶向转化”

倾向性：或许更为青睐那些能够解析复杂调控网络，且明确指向临床转化或干预靶点的研究。

趋势：研究需深入探寻其上游调控机制（例如利用多组学技术发现关键分子），同时在下游验证其作为治疗靶点的可行性（例如运用基因编辑、抗体或小分子抑制剂开展功能干预）。

2.交叉融合成为创新核心

倾向性：“巨噬细胞+X”的交叉研究是创新前沿。其中，“X”可以是其他热点（如外泌体、铁死亡）或前沿技术（如AI、空间组学）。

趋势：（1）探索巨噬细胞+新型细胞死亡机制。研究巨噬细胞如何诱导或经历铁死亡、铜死亡等，以及这些死亡方式如何影响免疫微环境。

（2）巨噬细胞+工程化改造。研究工程化外泌体靶向递送药物至巨噬细胞，或CAR-M（嵌合抗原受体巨噬细胞）等细胞疗法的基础机制与优化策略。

3.关注组织特异性与时空动态性

倾向性：或将更支持能够揭示不同组织驻留巨噬细胞（如小胶质细胞、库普弗细胞、肺泡巨噬细胞）特有功能，及其在疾病发生发展中动态变化的研究。

四、从模型构建到指标检测

1. 巨噬细胞模型搭建：RAW264.7（小鼠）和THP-1（人）细胞系是常用工具，后者需用PMA诱导为M0巨噬细胞后再极化（巨噬细胞极化方案可参考往期推文）。

2. 巨噬细胞表型鉴定：流式细胞术是检测巨噬细胞（常规小鼠：CD45+CD11b+F4/80+；人：CD68+CD11b+）及极化状态（M1：CD86/iNOS+；M2：CD206/Arg1+）的关键方法。需要注意不同组织驻留巨噬细胞的表型可能存在较大差异（不同组织驻留巨噬细胞检测方法请参考往期推文）。例如：小鼠肺组织或肺泡灌洗液的肺泡巨噬细胞（CD11b-CD11c+Siglec-F+F4/80+）和肺间质巨噬细胞（CD11b+CD11c+Siglec-F-F4/80+CD64+）在CD11b的表达存在明显差异；小鼠神经的小胶质细胞（CD11b+CD45med/LOW）的CD45的表达可能存在不同；小鼠肠固有层巨噬细胞（CD11b+MHC Ⅱ+CD11C+LY6C-）在制备样本时F4/80抗原易脱落；小鼠脾脏MZM（Marginal Zone Macrophage）是CD11blowF4/80low的巨噬细胞或CD11blowCD64-/low的巨噬细胞。

3. 巨噬细胞功能分析：包括吞噬功能和胞葬作用的检测。

4. 巨噬细胞代谢研究：检测糖酵解和线粒体呼吸功能，并辅以关键代谢物和酶的检测（巨噬细胞代谢研究攻略请参考往期推文）。

当前，巨噬细胞研究正从基础机制解析，向精准调控与临床应用加速迈进。其作为免疫代谢的核心枢纽、高度可塑的功能特性及与疾病微环境的深度互作，共同构成了国自然项目申报的独特优势与深厚潜力。2026年的研究突破将愈发依赖于交叉学科视角的整合、前沿技术的融合应用，以及对组织特异性的精准解析。对科研人员而言，采用“巨噬细胞+X”的创新研究范式，从系统生物学层面解析其动态调控网络，并积极探索临床转化路径，是在该领域占据领先地位的关键。

参考文献：

1. Lazarov T, Juarez-Carreño S, Cox N, Geissmann F. Physiology and diseases of tissue-resident macrophages. Nature. 2023 Jun;618(7966):698-707. Doi: 10.1038/s41586-023-06002-x.

2. Yao C, Zhu H, Ji B, et al. rTM reprograms macrophages via the HIF-1α/METTL3/PFKM axis to protect mice against sepsis. Cell and Molecular Life Science. 2024 Nov 16;81(1):456. Doi: 10.1007/s00018-024-05489-5.

3. Mantovani A, Allavena P, Marchesi F, et al. Macrophages as tools and targets in cancer therapy. Nature Reviews Drug Discovery. 2022 Nov;21(11):799-820. Doi: 10.1038/s41573-022-00520-5.

4.Liang Y, Li J, Yuan Y, et al. Exosomal miR-106a-5p from highly metastatic colorectal cancer cells drives liver metastasis by inducing macrophage M2 polarization in the tumor microenvironment. Journal of Experimental & Clinical Cancer Research. 2024 Oct 9;43(1):281. Doi: 10.1186/s13046-024-03204-7.