中性粒细胞的结构组成

骨髓每天通过一系列明确的分化步骤产生数百万中性粒细胞，它们作为终末分化的非增殖细胞释放入循环，最终浸润大多数组织。过去十年的研究揭示了中性粒细胞的显著异质性，并描述了大量转录和表型状态，但仅有少数被赋予了功能作用。矛盾的是，中性粒细胞群体的基本组织方式仍不明确，这一局限阻碍了对其功能分类、生理相关性及临床价值的认识。

以往定义该群体转录组织的研究报告了从骨髓、脾脏、血液和炎症组织中分离的中性粒细胞的线性轨迹，并提出疾病会主动重编程粒细胞生成。然而，考虑到哺乳动物组织中存在或入侵的微环境、感染因子和恶性细胞的多样性，中性粒细胞的转录可塑性，以及在健康和疾病条件下已发现的丰富功能状态，这些图谱不太可能涵盖中性粒细胞的全部转录多样性。因此，以下基本问题仍有待解答：（1）中性粒细胞可获得的转录和功能状态的实际数量；（2）这些表型状态如何相互关联；（3）疾病重编程的特定阶段；（4）指导活组织中中性粒细胞多样性的信号和转录程序。我们假设，理解中性粒细胞群体的全局架构可能为这些未知提供见解，并促进将这一庞大的细胞“军队”转化为治疗盟友。

为生成C57BL/6J小鼠中性粒细胞多样性的全面转录图谱，研究人员对来自骨髓的谱系阴性细胞和13种组织的CD11b+LY6G+细胞进行了单细胞RNA测序，涵盖47种生物学条件（包括不同发育阶段、性别、年龄和病理扰动），最终构建了包含129,829个中性粒细胞的转录组图谱——NeuMap。该图谱显示，中性粒细胞的转录空间呈现单一互联结构，无分离集群，反映了其短寿命和持续补充的特性。通过基因签名评分和无偏聚类，研究人员在NeuMap中识别出七个功能枢纽，分别与不同的生物学功能相关，如前中性粒细胞样状态、未成熟状态、免疫沉默状态（血液中富集）、干扰素反应状态、以及两种免疫抑制-血管生成相关状态等。

进一步研究发现，解剖和病理生理背景决定了中性粒细胞在NeuMap不同枢纽的分布。例如，健康小鼠中性粒细胞主要分布于未成熟、免疫沉默等枢纽，而荷瘤小鼠则偏向免疫抑制枢纽，炎症小鼠则富集于干扰素反应枢纽。通过RNA速度分析和遗传追踪实验，证实中性粒细胞存在不同的成熟轨迹，且受TGFβ、IFNβ和GM-CSF等细胞因子调控：TGFβ促进成熟，IFNβ激活炎症/抗菌程序，GM-CSF诱导免疫抑制和血管生成特性。转录因子JUNB被发现是调控免疫抑制和血管生成状态的关键，其缺失会导致中性粒细胞促肿瘤能力下降。

NeuMap的结构在不同性别、遗传背景、环境及物种（小鼠和人类）中保守。通过将人类中性粒细胞数据投射到NeuMap，发现严重COVID-19患者中性粒细胞与前中性粒细胞枢纽相关，流感或狼疮患者的则与干扰素反应枢纽相关，癌症患者的则富集于免疫抑制枢纽。此外，血液中性粒细胞在NeuMap中的分布“条形码”可区分不同生理和病理状态（如年龄、妊娠、癌症、感染等）,显示出潜在的诊断价值。

总之，NeuMap揭示了中性粒细胞群体由有限功能枢纽组成，其转录动态受特定细胞因子和转录因子调控，为理解中性粒细胞生物学及相关疾病机制提供了重要框架。