### 中性粒细胞转录组图谱（NeuMap）的构建及其在健康与疾病中的功能解析
#### 研究背景与目标
中性粒细胞作为先天免疫系统的重要组成部分，其功能多样性在炎症、感染和癌症等病理过程中发挥关键作用。然而，中性粒细胞的转录组空间及其功能分化的系统性图谱尚未建立。本研究通过单细胞RNA测序技术（scRNA-seq）和计算分析，构建了首个覆盖健康与疾病状态下中性粒细胞转录组全景的图谱（NeuMap），旨在揭示中性粒细胞的功能分化和动态调控机制。
#### 核心发现与机制解析
1. **NeuMap的构建与结构特征**
研究团队对C57BL/6J小鼠的47种组织/病理场景（包括骨髓、血液、脾脏、肺、肝等健康组织，以及肿瘤、炎症、脓毒症等病理状态）的中性粒细胞进行了单细胞转录组测序。通过无监督聚类和功能基因集分析，发现中性粒细胞转录组空间可划分为7个功能型态（枢纽）：
- **PreNeu（前中性粒细胞）**：增殖活跃，表达 Ki67 和 Ltf 基因。
- **Immature（未成熟）**：处于分化早期，表达 Mmp8 和 Cebpe 基因，主导颗粒合成。
- **Immuno-silent（免疫静默）**：循环中的主要中性粒细胞亚群，功能低表达。
- **IFN-response（干扰素响应）**：抗病毒活性显著，表达 Ifit1 和 Cd274 基因。
- **IS-I（免疫抑制1型）**：以肺、肝、肠道为主，表达 Cd14 和 Ptgs2，具有免疫抑制和促血管生成功能。
- **IS-II（免疫抑制2型）**：肿瘤微环境中富集，表达 Vegfa 和 Cd274，促进免疫抑制和血管生成。
- **Ag-presenting（抗原呈递）**：辅助CD8+ T细胞活化，与免疫调节相关。
**关键特征**：
- **拓扑结构**：转录组空间呈现线性分化模式（骨髓→脾脏→血液→肺/肝等组织），但在疾病状态下分支形成（如肿瘤微环境中的IS-II枢纽）。
- **动态可塑性**：中性粒细胞在不同组织或病理条件下可通过调控TGFβ、IFNβ、GM-CSF等信号通路，在枢纽间动态迁移。例如，脓毒症中中性粒细胞从IS-I向IFN-response枢纽转移，而肿瘤中则向IS-II枢纽聚集。
- **物种保守性**：人类中性粒细胞在NeuMap中的分布与小鼠高度一致，6个主要枢纽可对应人类7个型态，仅IS-II在人类中与肺肿瘤相关。
2. **枢纽功能与调控机制**
- **IS-I枢纽**：
- **功能**：免疫抑制（抑制T细胞活性）、促血管生成（促进肺/肝等组织血管重塑）。
- **调控因子**：SMAD、NF-κB、AP-1复合物（尤其是Junb基因）。研究显示，Junb缺失导致IS-I枢纽中性粒细胞无法激活血管生成相关基因（如 Vegfa、Ptgs2），并显著削弱其在肿瘤微环境中的促血管功能。
- **IS-II枢纽**：
- **功能**：肿瘤免疫逃逸（抑制抗肿瘤免疫反应）、促血管生成。
- **调控信号**：GM-CSF通过激活AP-1复合物（依赖Junb）和NF-κB，促使中性粒细胞向IS-II枢纽分化。
- **IFN-response枢纽**：
- **功能**：抗病毒免疫应答（激活干扰素信号通路）、炎症反应。
- **调控信号**：IFNβ直接诱导该枢纽中性粒细胞分化，增强Ifit1和Cd274表达。
3. **动态轨迹与临床意义**
- **轨迹模型**：中性粒细胞从骨髓的PreNeu→未成熟→循环血液中的Immuno-silent枢纽，在疾病中进一步分化为特定枢纽。例如，肿瘤中IS-II枢纽占比增加，而脓毒症中IFN-response枢纽活跃。
- **临床应用潜力**：
- **诊断标志物**：通过外周血中性粒细胞在NeuMap中的分布可预测疾病状态（如COVID-19患者PreNeu枢纽升高，肿瘤患者IS-II枢纽富集）。
- **靶向治疗**：阻断GM-CSF/Junb信号可抑制IS-II枢纽中性粒细胞的促血管生成功能，减少肿瘤进展；激活IFNβ信号则增强抗病毒免疫。
#### 创新性方法与验证
1. **多组学整合分析**：
结合单细胞转录组、染色质可及性（Dogma-seq）和表型功能实验（如Matrigel plug模型），揭示了转录因子（如Junb、Cebpb）对枢纽分化的关键调控作用。例如，Dogma-seq发现IS-I枢纽富集SMAD和AP-1结合位点，而Junb缺失直接破坏该枢纽的免疫抑制功能。
2. **空间转录组验证**：
在肺肿瘤、心肌梗死和流感感染模型中，通过空间转录组学定位中性粒细胞，发现IS-I和IS-II枢纽的细胞在肿瘤边界区显著富集，且其分布与血管重塑和T细胞浸润动态相关。
#### 局限性与未来方向
- **局限性**：
- 研究主要基于小鼠和人类有限样本，需进一步验证跨物种和复杂疾病（如自身免疫病）的普适性。
- 未完全解析中性粒细胞在稳态组织（如肠道）中的动态分化机制。
- **未来方向**：
- 开发基于NeuMap的血液中性粒细胞分型工具，用于实时监测疾病进展。
- 探索中性粒细胞在癌症免疫治疗中的双刃剑作用（如IS-I/IS-II枢纽的免疫抑制与促血管生成功能）。
#### 结论
NeuMap首次系统揭示了中性粒细胞转录组的全局架构及其功能分化的动态规律，为理解免疫微环境调控和开发靶向治疗提供了理论框架。其核心贡献在于：
1. **图谱整合性**：覆盖47种生物场景，揭示中性粒细胞型态的有限性和动态可塑性。
2. **机制深度**：明确关键信号通路（TGFβ、IFNβ、GM-CSF）和转录因子（Junb、Irf5）对枢纽分化的调控。
3. **临床转化潜力**：为血液中性粒细胞分型诊断和靶向治疗（如 Junb/SMAD抑制剂）提供新策略。
该研究为解析先天免疫细胞的异质性提供了重要参考，并为精准医疗中的免疫调控开辟了新路径。
