2024年12月4日，哥本哈根大學(xué)的Carmelo Bellardita和英國帝國理工學(xué)院的Simone Di Giovanni研究團隊，在國際頂刊Nature（IF：50.5）發(fā)表了題為“  Macrophages excite muscle spindles with glutamate to bolster locomotion"的研究性論文。該研究發(fā)現了肌梭組織駐留巨噬細胞（muscle spindles macrophages，MSMP）在該神經(jīng)肌肉回路中意想不到的作用，它通過(guò)釋放谷氨酸來(lái)調節神經(jīng)活動(dòng)和肌肉收縮。這一發(fā)現為神經(jīng)-肌肉功能的交互提供了新的理解。研究First揭示，肌肉紡錘體內的巨噬細胞通過(guò)快速神經(jīng)遞質(zhì)介導的機制積極參與運動(dòng)控制，而這種機制通常僅與神經(jīng)元相關(guān)，挑戰了巨噬細胞作為純免疫細胞的經(jīng)典觀(guān)點(diǎn)。開(kāi)創(chuàng )性的新研究：巨噬細胞被認為是神經(jīng)元的免疫細胞。

牽張反射是神經(jīng)系統對機械刺激的最快運動(dòng)反應，該反應由外周感受器“肌梭"（muscle spindles, MS）介導，肌梭是橫紋肌的牽張感受器。肌梭受牽拉時(shí)，會(huì )通過(guò)激活本體感覺(jué)的神經(jīng)纖維-脊髓-α運動(dòng)神經(jīng)元這一回路引發(fā)肌肉收縮。若該神經(jīng)肌肉回路受損，會(huì )導致本體感覺(jué)障礙、不規則的肌張力，進(jìn)而影響運動(dòng)控制、姿勢和步態(tài)失衡，限制運動(dòng)功能的恢復。全新的機制，肌梭組織駐留巨噬細胞（muscle spindles macrophages，MSMP）通過(guò)谷氨酸信號傳遞，不僅能快速激活感覺(jué)和運動(dòng)神經(jīng)元，還能動(dòng)態(tài)調節神經(jīng)-肌肉功能。巨噬細胞成了神經(jīng)元細胞。這一發(fā)現為治療運動(dòng)障礙和代謝疾病開(kāi)辟了令人興奮的新途徑。

研究起始于探索與MS相關(guān)的分子特征。研究人員首先通過(guò)RNA測序和免疫熒光發(fā)現在肌梭微環(huán)境中存在一種新的巨噬細胞亞群，它們與經(jīng)典巨噬細胞不同，具有的基因表達特征。進(jìn)一步分析表明，MSMP表達與神經(jīng)傳遞和突觸功能相關(guān)的基因，尤其是谷氨酸傳遞相關(guān)的分子。這些發(fā)現不僅揭示了MSMP的組織駐留特性，還提示其在肌梭功能中的潛在作用。此外，人類(lèi)樣本中也觀(guān)察到肌梭區域存在類(lèi)似的CD68+巨噬細胞。

為了進(jìn)一步理解MSMP的功能，研究人員利用了光遺傳學(xué)技術(shù)，在CX3CR1Cre::ChR2YFP轉基因小鼠中，發(fā)現對MSMP進(jìn)行光刺激能以毫秒級時(shí)間尺度上驅動(dòng)感覺(jué)神經(jīng)元放電并激活運動(dòng)神經(jīng)元，引起肌肉收縮。這一過(guò)程與刺激強度和及其空間定位緊密相關(guān)，表明MSMP在神經(jīng)-肌肉反應中具有高精度調控功能。進(jìn)一步實(shí)驗表明，當通過(guò)光遺傳學(xué)抑制MSMP時(shí)，肌肉拉伸反射的幅度隨之顯著(zhù)降低，且這種效應在更大程度的肌肉拉伸下更加明顯。這些結果證實(shí)，MSMP是拉伸反射回路中關(guān)鍵的功能性節點(diǎn)。進(jìn)一步，研究人員探索了MSMP調控神經(jīng)-肌肉活動(dòng)的分子機制。免疫染色顯示，肌梭內的感覺(jué)神經(jīng)元表達AMPA和NMDA受體，這表明MSMP釋放的谷氨酸可能通過(guò)這些受體直接調節神經(jīng)活動(dòng)。通過(guò)光遺傳學(xué)實(shí)驗驗證，抑制谷氨酸受體會(huì )幾乎阻斷MSMP驅動(dòng)的神經(jīng)和肌肉反應。此外，通過(guò)病毒介導的基因干擾技術(shù)靶向抑制MSMP的囊泡釋放功能，會(huì )使感覺(jué)和運動(dòng)神經(jīng)元的響應幅度顯著(zhù)降低，這進(jìn)一步證明了谷氨酸在MSMP調控中的關(guān)鍵作用。為了探索MSMP如何產(chǎn)生谷氨酸，研究人員結合單細胞RNA測序和體外實(shí)驗發(fā)現，MSMP不僅表達谷氨酸轉運相關(guān)基因，還通過(guò)谷氨酰胺酶將肌肉釋放的谷氨酰胺轉化為谷氨酸。體外實(shí)驗顯示，添加谷氨酰胺顯著(zhù)提高培養液中谷氨酸的濃度，而使用谷氨酰胺酶抑制可幾乎阻止這一過(guò)程。進(jìn)一步分析發(fā)現，谷氨酰胺誘導的MSMP活化依賴(lài)于鈣信號，表明谷氨酰胺和鈣在MSMP功能調控中具有重要作用。研究人員進(jìn)一步通過(guò)行為學(xué)實(shí)驗評估了MSMP對運動(dòng)的具體作用。在游泳測試中，通過(guò)光遺傳學(xué)或基因編輯抑制或清除MSMP后，小鼠表現出顯著(zhù)的運動(dòng)協(xié)調障礙，包括關(guān)節活動(dòng)范圍的異常增加和對外界擾動(dòng)的反應能力下降。步態(tài)分析進(jìn)一步揭示，這些功能障礙與MSMP調控的牽張反射直接相關(guān)。特別是在步態(tài)和游泳測試中，缺失MSMP的小鼠難以維持運動(dòng)的流暢性和協(xié)調性。這些結果表明，MSMP是運動(dòng)協(xié)調和感覺(jué)反饋的重要調控者。通過(guò)耗竭巨噬細胞并評估感覺(jué)功能和運動(dòng)行為的變化，作者研究了MSMP的生理相關(guān)性。

使用巨噬細胞清除劑Clodronate Liposomes（Liposoma）使巨噬細胞耗竭導致支持本體感覺(jué)MS傳入神經(jīng)的分子機制下調，以及運動(dòng)過(guò)程中步態(tài)和協(xié)調參數的改變。在自由游泳小鼠的腓腸肌中選擇性破壞MSMP會(huì )導致后肢運動(dòng)發(fā)生變化，包括踝關(guān)節和后爪的角位移增加，但時(shí)空步態(tài)參數沒(méi)有顯著(zhù)改變。然而，角位移變異性受損，表明對擾動(dòng)進(jìn)行運動(dòng)校正的能力降低。

巨噬細胞利用谷氨酸調節感覺(jué)并激活肌肉。反過(guò)來(lái)，肌肉收縮產(chǎn)生谷氨酰胺，谷氨酰胺重新激活巨噬細胞，形成一個(gè)持續的反饋循環(huán)。這種復雜的機制突出了巨噬細胞在運動(dòng)控制中作為免疫、感覺(jué)和代謝功能的關(guān)鍵整合者的作用。在中風(fēng)、帕金森病和糖尿病等疾病中，炎癥、能量不足和神經(jīng)回路中斷加劇了疾病的進(jìn)展，針對巨噬細胞功能障礙可能提供一種新的治療途徑。通過(guò)利用它們調節神經(jīng)活動(dòng)、微調能量平衡和修復組織的能力，這些免疫細胞可能成為減緩退化、恢復運動(dòng)功能和改善代謝健康的關(guān)鍵角色。這項開(kāi)創(chuàng )性的工作不僅重塑了我們對運動(dòng)控制的理解，而且為解決免疫、神經(jīng)和代謝功能障礙相互聯(lián)系的本質(zhì)的創(chuàng )新治療奠定了基礎。

總之，研究確定肌梭組織駐留巨噬細胞（muscle spindles macrophages，MSMP）是運動(dòng)調節中的關(guān)鍵參與者，能通過(guò)谷氨酸能信號傳導調節神經(jīng)活動(dòng)和肌肉收縮的能力以及對感覺(jué)線(xiàn)索的動(dòng)態(tài)響應。這為我們對神經(jīng)肌肉系統的理解引入了新的維度。這些發(fā)現對影響感覺(jué)運動(dòng)功能的各種病癥具有意義，并可能為未來(lái)的治療干預鋪平道路。然而，還需要進(jìn)一步研究以確定MSMP在體內是否將谷氨酰胺轉化為谷氨酸以及它們如何響應機械牽張。

荷蘭Liposoma的巨噬細胞清除劑氯膦酸二鈉脂質(zhì)體Clodronate Liposomes，氯膦酸鹽脂質(zhì)體，廣泛用于體內單核巨噬細胞清除。頻頻登刊Cell，Nature和Science。如需訂購，可以隨時(shí)聯(lián)系。技術(shù)支持可以聯(lián)系大中華Exclusive代理商靶點(diǎn)科技（Target Technology），專(zhuān)業(yè)技術(shù)團隊給您單核巨噬細胞清除提供整套解決方案。在本研究中，科研人員使用了荷蘭Liposoma的巨噬細胞清除劑，貨號CP-005-005，巨噬細胞清除套裝。

原始文獻

Yan Y, Antolin N, Zhou L, et al. Macrophages excite muscle spindles with glutamate to bolster locomotion. Nature. Published online December 4, 2024. doi:10.1038/s41586-024-08272-5