循环中的Ly6Chigh单核细胞衍生的S100A4+巨噬细胞会加剧神经炎症，并阻碍创伤性脑损伤的恢复

《Brain, Behavior, and Immunity》：Circulating Ly6Chigh monocyte-derived S100A4+ macrophages exacerbate neuroinflammation and impede recovery of traumatic brain injury

创伤性脑损伤（TBI）中单细胞RNA测序揭示Ly6C高表达单核细胞经CCL4-CCR1轴浸润大脑分化为S100A4+巨噬细胞，通过激活CD44-SPP1通路加剧神经炎症，IRF7作为关键转录因子调控该过程，熊去氧胆酸（UDCA）可有效抑制炎症并促进神经恢复。

　　

卢志超|王晨星|朱永奇|赵静伟|顾雅轩|朱星佳|廖伟权|朱珏|姜瑞|冯素敏|陈天熙|赵旭东|王子恒|刘倩倩|龚佩佩|杨洋

江苏省南通市崇川区西四路20号南通大学附属医院急诊医学系，邮编226001，中国

摘要

创伤性脑损伤（TBI）现在被认为是一种系统性疾病，然而参与TBI系统免疫反应的分子和细胞机制仍不清楚。为了解决这些局限性，我们从TBI小鼠的急性期收集了大脑和外周血单核细胞（PBMCs），并进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。我们发现了一群S100A4⁺巨噬细胞，它们来源于循环中的Ly6C^high单核细胞，通过CCL4-CCR1轴浸润脑组织，从而加剧脑损伤。进一步的机制研究表明，TBI后S100A4⁺巨噬细胞产生的SPP1增加会通过CD44受体触发小胶质细胞反应，加剧神经炎症。IRF7作为一种关键的转录因子（TF），在TBI后驱动S100A4⁺巨噬细胞的激活，导致相应的神经炎症和神经功能缺陷。FDA批准的一种临床药物熊去氧胆酸（ursodeoxycholic acid）作为IRF7拮抗剂，可以阻断S100A4⁺巨噬细胞的激活，从而抑制神经炎症并加速TBI小鼠的神经功能恢复。

引言

创伤性脑损伤（TBI）是全球导致死亡和长期神经功能障碍的主要原因之一，给患者和社会带来了沉重的负担（Jiang等人，2019；Shaik等人，2024；Maas等人，2017）。以往关于TBI的研究主要集中在原发性机械损伤以及随后在大脑中发生的继发性病理级联反应，包括氧化应激、兴奋性毒性和神经元凋亡（Mu等人，2024；Morganti-Kossmann等人，2019；Hegdekar等人，2023；Du等人，2022）。最近的研究强调，TBI是一种系统性疾病，会触发涉及外周白细胞和大脑内驻留细胞的强烈炎症反应（Zinger等人，2021）。这些细胞在组织损伤和修复过程中起着关键作用。然而，它们的动态变化和多样性仍知之甚少。

TBI后中枢神经系统（CNS）与外周免疫系统之间的相互作用已成为研究热点。原发性机械损伤后，血脑屏障（BBB）的破坏使得中性粒细胞、单核细胞/巨噬细胞和T/B淋巴细胞等外周免疫细胞能够侵入受损的脑实质（Gao等人，2025；Hohsfield等人，2025；Mokbel等人，2024；Rustenhoven和Kipnis，2022；Thai和Prat，2023）。这些浸润的细胞与大脑内的驻留胶质细胞协同作用，调节复杂的神经炎症反应，这可能保护或损害神经恢复（Witcher等人，2015；Lee等人，2023）。尽管在理解神经炎症在TBI中的整体作用方面取得了显著进展，但驱动病理性神经炎症的具体细胞亚群和分子机制仍不清楚。这一知识空白严重限制了针对TBI的靶向免疫治疗策略的发展。

分析TBI相关免疫反应的主要挑战在于免疫细胞群体的异质性（Jha等人，2024；Zhang等人，2024）。传统的批量RNA测序（bulk RNA-seq）和流式细胞术提供了一些见解，但它们无法在单细胞水平上解析细胞亚型的多样性和动态转录状态。单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的进步使我们能够识别罕见且功能不同的细胞群体，分析它们的谱系关系，并揭示细胞特异性的分子通路（Haque等人，2017；Navin等人，2011；Treutlein等人，2016）。将scRNA-seq应用于TBI模型提供了一个独特的机会，可以系统地绘制受损脑组织和外周循环中的免疫细胞图谱，从而识别参与病理性炎症反应的关键细胞类型及其潜在的分子机制（Kerr等人，2025；Somebang等人，2021）。

在这里，我们从TBI小鼠的急性期收集了脑组织和外周血单核细胞（PBMCs），并进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。我们发现了一群S100A4⁺巨噬细胞，它们来源于循环中的Ly6C^high单核细胞，通过CCL4-CCR1轴浸润脑组织并加剧脑损伤。进一步的机制研究表明，TBI后S100A4⁺巨噬细胞产生的SPP1增加会通过CD44触发小胶质细胞反应，从而加剧神经炎症。IRF7是一种关键的转录因子（TF），它驱动TBI后S100A4⁺巨噬细胞的激活，导致神经炎症和神经功能缺陷。重要的是，我们证明FDA批准的药物熊去氧胆酸（UDCA）作为IRF7拮抗剂，可以抑制TBI后大脑中S100A4⁺巨噬细胞的激活，从而减少神经炎症并加速TBI小鼠的神经功能恢复。总之，这项研究揭示了TBI中一个先前未报道的致病机制，并为临床转化提供了一种潜在的药物再利用策略。

部分摘录

小鼠

CAG-GFP-Tg小鼠（编号NM-TG-00005）购自上海模式生物中心。野生型C57BL/6雄性小鼠购自成都Dossy实验动物有限公司。实验中使用的8-12周龄的雄性野生型小鼠和GFP转基因小鼠被饲养在空调房间（温度：22-25°C）中，具有标准的12小时光照/黑暗周期，并可自由获取食物和水。所有在手术过程中死亡的小鼠的数据都被排除在外。

创伤性脑损伤后脑和外周血单核细胞（PBMCs）的异质性

为了进一步表征创伤性脑损伤（TBI）急性期的脑和系统免疫反应，我们从假手术（Sham组）后3天和TBI后3天的年轻雄性小鼠的大脑和外周血单核细胞（PBMCs）中制备了单细胞悬浮液（图1A）。基于液滴单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，进行了无监督聚类和统一流形逼近与投影（UMAP）分析

讨论

本研究采用单细胞RNA测序（scRNA-seq）系统地分析了创伤性脑损伤（TBI）小鼠急性期大脑和外周血单核细胞（PBMCs）中的免疫细胞。它发现了一群来源于循环中的Ly6C^high单核细胞的S100A4⁺巨噬细胞亚群，这些巨噬细胞在介导继发性脑损伤中起关键作用。研究结果揭示了一个多层次的致病机制：循环中的炎症性Ly6C^high单核细胞浸润受损的脑组织

结论

总之，我们通过单细胞RNA测序和多种体内/体外验证方法，系统地确定了循环中的Ly6C^high单核细胞衍生的S100A4⁺巨噬细胞在创伤性脑损伤（TBI）中的致病作用和调控机制。Ly6C^high单核细胞通过CCL4-CCR1轴浸润受损的脑组织，分化为S100A4⁺巨噬细胞，并通过SPP1-CD44通路激活小胶质细胞，从而加剧神经炎症。此外，我们

CRediT作者贡献声明

卢志超：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，监督，软件，方法学，研究，正式分析，数据管理，概念化。王晨星：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，资源，方法学，研究，概念化。朱永奇：撰写 – 原稿，可视化，验证，方法学，研究，数据管理，概念化。赵静伟：撰写 –

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

不适用。

资助

我们的研究得到了江苏省研究医院（项目编号YJXYY202204-YSB20 to YY）和南通市卫生健康委员会科技项目（项目编号MS2023016 to YY）的财政支持。

伦理声明

本研究遵循了赫尔辛基宣言所规定的公认伦理标准。所有实验程序均符合《实验室动物护理和使用指南》，并获得了南通大学实验室动物伦理委员会的批准。