鲫鱼（Siniperca chuatsi）卵巢中巨噬细胞亚型的鉴定以及斑马鱼中保守性炎症巨噬细胞的功能验证

本研究利用单细胞RNA测序技术，在中华鲟卵巢中鉴定出两种巨噬细胞亚型ScMC1和ScMC2。ScMC1呈现促炎表型，高表达IL-1β和TNF-α，调控卵巢炎症；ScMC2则增强吞噬和抗原呈递能力，激活蛋白酶体和溶酶体通路。通过斑马鱼模型验证，ScMC1的过度激活可导致卵泡脱落和生育力下降，揭示了卵巢巨噬细胞亚型功能分化及其与炎症、生殖稳态的关联，为水产养殖提供理论依据。

郝旭|王媛华|王瑞蕾|苗晓敏|冯静云|陶一曦|李云

中国西南大学渔业学院水产养殖工程技术研究中心，重庆400715

摘要

鱼类卵巢微环境中的巨噬细胞异质性和功能特化仍知之甚少。在本研究中，我们利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术鉴定了两种不同的巨噬细胞亚型：ScMC1和ScMC2。ScMC1表现出促炎表型，其特征是炎症细胞因子（如il1b和tnfa）的高表达，以及与免疫相关的通路（如TNF、NF-Kappa B和IL-17信号通路）的激活，并通过自分泌和旁分泌机制调节卵巢炎症。相比之下，ScMC2具有增强的吞噬和抗原呈递能力，其蛋白酶体和溶酶体通路相关基因表达上调。这两种亚型均表达主要组织相容性复合体I类和II类基因，表明它们可能与T细胞相互作用，但ScMC2在蛋白质降解和抗原呈递方面表现更优。为了验证促炎亚型（ScMC1）的病理作用，我们使用了斑马鱼（Danio rerio）模型。细胞相似性分析显示，斑马鱼的炎症巨噬细胞（DrMC1）与ScMC1相似，它们会在LPS诱导下聚集在卵细胞周围并分泌大量IL-1β。长期LPS暴露会导致卵泡脱落、性腺指数下降和生育能力受损，从而证明了炎症巨噬细胞对卵巢稳态的负面影响。本研究揭示了卵巢巨噬细胞亚型的功能差异，将ScMC1驱动的炎症与生殖病理联系起来，并将ScMC2与潜在的免疫监视功能相关联，为鱼类免疫系统与卵巢生理之间的相互作用提供了重要见解。

引言

巨噬细胞是先天免疫系统的关键组成部分，是高度可塑的免疫细胞，其异质性受组织定位和环境信号的影响（Murray, 2017）。在哺乳动物中，巨噬细胞根据激活状态传统上被分为两种亚型：经典激活巨噬细胞（M1）和替代激活巨噬细胞（M2）（Orecchioni et al., 2019; Yunna et al., 2020）。M1亚型由促炎信号（如LPS和IFN-γ）激活，其特征是产生促炎细胞因子（如IL-1β、IL-6、IL-12和肿瘤坏死因子TNF），在病原体防御中起关键作用（Chen et al., 2023a）。相反，M2亚型由抗炎信号（如IL-10和TGF-β）激活，它们在抗炎反应和修复受损组织中起重要作用（Ivashkiv, 2013）。 尽管巨噬细胞在哺乳动物中已被广泛研究，但在鱼类中的研究仍处于初级阶段。巨噬细胞谱系细胞对鱼类免疫反应至关重要（Grayfer et al., 2018），并且表达一些与哺乳动物M1和M2巨噬细胞相同的标记物（Wiegertjes et al., 2016）。在某些硬骨鱼器官（如大脑、鳃、肾脏、肝脏、脾脏和肠道）中（Campos-Sánchez et al., 2024; Huang et al., 2024; Wang et al., 2024a; Zaccone et al., 2023），巨噬细胞表现出与哺乳动物相似的功能可塑性，但并不总是能严格归入M1/M2分类。高通量转录组技术（如scRNA-seq）的出现彻底改变了我们在单细胞和亚型水平上分析基因表达的能力，使得能够识别不同组织中的免疫细胞亚型及其功能状态（Chen et al., 2024; Han et al., 2024; Wu et al., 2024）。最近在哺乳动物模型中的研究表明，卵巢中存在不同的巨噬细胞亚型，它们在免疫调节和生殖过程中发挥特定作用（Yan et al., 2023; Zhou et al., 2024）。然而，在非哺乳动物脊椎动物（包括鱼类卵巢）中，巨噬细胞亚型的特征仍然鲜有研究。 卵巢是免疫和生殖过程交汇的独特器官，在生殖能力和机体整体健康中起着关键作用（Panay et al., 2020）。在哺乳动物中，卵巢巨噬细胞已知能调节卵巢功能，包括卵泡激活（Xiao et al., 2022）、卵细胞发育（Ono et al., 2018; Chen et al., 2023b）、排卵（Van der Hoek et al., 2000）和卵巢衰老（Zhang et al., 2020）。M1巨噬细胞会促进卵巢炎症环境，其过度激活会导致颗粒细胞凋亡，从而降低卵巢储备（Fan et al., 2022; Jiao et al., 2021; Li et al., 2019）。相比之下，M2巨噬细胞通过减少退化卵泡数量和激活时增强卵巢储备来调节卵巢环境（Jiang et al., 2019）。然而，关于硬骨鱼卵巢中巨噬细胞的研究很少。少数研究暗示鱼类卵巢中存在巨噬细胞（Bravo et al., 2023; Li et al., 2024），但其亚型和功能仍不清楚。事实上，有大量证据表明鱼类中的免疫系统和生殖系统之间存在密切关联（Alesci et al., 2024; Chuphal et al., 2023; Segner et al., 2017）。研究经济重要鱼类（如青鱼Siniperca chuatsi）卵巢中的巨噬细胞亚型，可以为免疫-生殖相互作用提供宝贵见解，这对水产养殖和鱼类健康至关重要。 青鱼是东亚重要的淡水物种，具有显著的商业价值。由于其对外界压力和病原体的高敏感性，研究其免疫系统具有重要意义。此外，该物种的生殖健康直接影响水产养殖生产力。了解卵巢免疫细胞（特别是巨噬细胞）在免疫调节和生殖健康中的作用，可以为开发提高青鱼抗病性和生育力的新策略提供基础。在本研究中，我们利用scRNA-seq技术鉴定并表征了青鱼卵巢中的巨噬细胞亚型。通过比较转录组分析，揭示了两种巨噬细胞亚群在青鱼卵巢中的潜在功能，并使用斑马鱼模型验证了炎症巨噬细胞的功能。这项研究不仅填补了鱼类生殖免疫学的重要知识空白，还增进了我们对水产养殖物种中免疫-生殖相互作用的理解，从而有利于水产养殖管理和育种策略。

动物和伦理声明

青鱼（Siniperca chuatsi）来自中国重庆潼南的一个当地养殖场。野生型和Tg(mpeg1.1:GAL4,UAS:EGFP)斑马鱼来自我们实验室的标准水族系统。所有实验均遵循《实验动物护理和使用指南》进行，并获得了中国西南大学实验动物委员会的批准（IACUC编号20240722–04）。

采样和scRNA-seq

关于青鱼...

scRNA-seq技术在青鱼卵巢中鉴定了两种巨噬细胞亚型

在先前的研究中，使用均匀流形逼近和投影（UMAP）技术鉴定了青鱼卵巢中的细胞类型（Zhang et al., 2025）。在本研究中，我们采用t-SNE技术重新分析了所有卵巢细胞（图1A）。根据它们对典型巨噬细胞标记物（如marco、cd68、csf1ra）的特异性表达，我们鉴定了两个不同的巨噬细胞簇...

讨论

作为哺乳动物卵巢生理学中不可或缺的先天免疫细胞，巨噬细胞在维持稳态和病理过程中发挥着多方面作用（Wynn and Vannella, 2016; Lazarov et al., 2023; Luo et al., 2024; Guimarães et al., 2024）。在硬骨鱼类中，新兴证据强调了巨噬细胞在卵巢发育中的调节作用，例如斑马鱼研究显示巨噬细胞驱动的卵巢功能障碍（Bravo et al., 2023）。虽然哺乳动物巨噬细胞的异质性已得到充分研究...

结论

总之，本研究利用scRNA-seq技术鉴定了青鱼卵巢中的巨噬细胞亚型及其转录特征。我们初步确定青鱼卵巢主要包含两种巨噬细胞亚型：il1b+tnfa+巨噬细胞和高度吞噬性的巨噬细胞亚型。此外，我们发现斑马鱼（与青鱼进化距离较远的物种）中也存在炎症巨噬细胞，并证明了它们的功能...

CRediT作者贡献声明

郝旭：撰写——审稿与编辑、原始草稿撰写、方法学设计、实验设计、资金获取、数据管理、概念构思。 王媛华：方法学设计、实验设计、正式数据分析、数据管理。 王瑞蕾：结果验证、实验监督、资源协调、方法学设计。 苗晓敏：数据可视化、结果验证、实验监督、方法学设计。 冯静云：数据可视化、实验监督、软件应用。 陶一曦：结果验证、实验监督、资源协调、方法学设计。 李云：撰写——审稿与编辑。

资助

本研究得到了中国重庆市自然科学基金（编号CSTB2024NSCQ-MSX0979）、重庆市科学技术局技术创新与应用发展重点项目（CSTB2025TIAD-KPX0082）、中央高校基本科研业务费（编号SWU-KQ22015）以及渔业绿色循环发展项目（重点技术研究：上游特色经济水产品的绿色循环发展）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。