2025年12月4日，《自然-神经科学》发表了一项技术报告，开发了一种基于可基因编辑造血祖细胞（Hoxb8FL）的活体CRISPR筛选平台。通过在多发性硬化（MS）小鼠模型中系统性敲除超过100个细胞因子受体及信号分子，研究者精准锁定了调控巨噬细胞极化的四大核心信号：IFNγ、TNF、GM-CSF和TGFβ。该研究首次在活体炎症环境中描绘出巨噬细胞状态的精细调控图谱，并揭示了TGFβ在控制巨噬细胞从脑膜向脑实质浸润中的关键“守门人”角色。
在多发性硬化（MS）等神经炎症疾病中，大量来自血液的单核细胞源性巨噬细胞涌入中枢神经系统，它们既能释放毒性因子加剧组织损伤，也能吞噬髓鞘碎片促进修复。这种功能上的极端可塑性，使其成为一把“双刃剑”。然而，在活体炎症的复杂环境中，究竟是哪些分子信号在精准地指挥巨噬细胞在“促炎”（如iNOS+）与“促修复”（如Arg1+）状态之间切换，始终是领域内悬而未决的核心问题。
来自慕尼黑大学和德国神经退行性疾病研究中心（DZNE）的联合团队，创新性地利用了一种可无限扩增、易于基因编辑的永生化造血祖细胞系——Hoxb8FL细胞，巧妙地攻克了传统基因敲除小鼠耗时长、通量低的技术瓶颈。
创新平台：用“细胞快递员”在活体中进行CRISPR筛选
研究者首先将表达Cas9的Hoxb8FL细胞在体外进行大规模的混合CRISPR文库筛选，靶向64个细胞因子受体和45个下游信号分子。这些经过基因编辑的细胞被预先向巨噬细胞方向分化，然后通过尾静脉注射到MS模型小鼠（EAE）体内。这些细胞像“快递员”一样，在CCR2趋化因子的指引下，精准地迁移至脊髓的炎症病灶中，并分化为iNOS+或Arg1+的巨噬细胞，而不会干扰疾病的自然进程。
通过比较不同巨噬细胞亚群中sgRNA的丰度变化，研究者得以判断特定基因对巨噬细胞极化的必要性。sgRNA的缺失，意味着该基因对于细胞进入该状态至关重要。
锁定四大核心信号：IFNγ/TNF驱动“促炎”，TGFβ/GM-CSF诱导“促修复”
体内CRISPR筛选结果显示：
- IFNγ和TNF信号是iNOS+“促炎”巨噬细胞极化的核心驱动，而TGFβ信号则抑制这一过程。
- TGFβ和GM-CSF信号是Arg1+“促修复”巨噬细胞极化的主要推手，而IFNγ信号则对其有抑制作用。
令人惊讶的是，经典的在体外能强效诱导Arg1+极化的IL-4和IL-13信号，在此活体模型中并非必需，凸显了体内炎症环境调控的独特性与复杂性。
单细胞分辨率下的“细胞因子指令”解码
为进一步解析这四大细胞因子如何在单细胞层面塑造巨噬细胞，研究者进行了Perturb-seq实验。结果显示，不同细胞因子受体敲除会显著改变巨噬细胞亚群的分布：
- IFNγR1缺失使细胞滞留在更早期的单核样/促炎状态。
- TNFR1缺失则阻碍了细胞向后期表型的分化。
- TGFβR1和CSF2RA缺失的效果相似，均导致CXCL10+巨噬细胞减少，并促使细胞向后期表型分化。
通过分析功能基因集，研究精确描绘了各细胞因子的分工：
- IFNγ是“杀伤指挥官”：其信号几乎独占地驱动巨噬细胞的氧化爆发、抗原呈递及其他促炎、组织损伤相关的转录程序。
- TNF作为“促炎辅助者”：同样促进多种促炎基因集表达。
- TGFβ是“修复总工程师”：主导了包括组织重塑、脂质代谢和外排在内的促修复程序。TGFβR1敲除的巨噬细胞虽能正常吞噬髓鞘，但因脂质外排受阻，积聚了大量脂滴和胆固醇结晶，最终转化为促炎的泡沫细胞，这恰好与进展型MS中的病理特征吻合。
- GM-CSF是“双面调节者”：除了已知的促炎作用，它还出人意料地与TGFβ协同，共同促进组织重塑相关的基因程序。
TGFβ的新角色：控制巨噬细胞从“脑膜”到“脑实质”的迁移
一个更为惊人的发现是，TGFβR1敲除的巨噬细胞在脊髓中的空间分布发生了显著改变：它们几乎完全从软脑膜中消失，而在脊髓实质的炎症病灶中异常聚集。活体显微成像表明，这种分布差异并非因为细胞运动能力改变，而是TGFβ信号缺失导致巨噬细胞无法正常在脑膜中停留或定植。这揭示了TGFβ在控制免疫细胞跨越CNS屏障、进入实质过程中的全新“守门”功能。
从实验模型到人类疾病：保守的细胞因子印记
最后，研究者利用Perturb-seq数据定义了“神经炎症细胞因子特征基因集”。通过分析人类MS患者的脑脊液单核细胞和脑组织单细胞测序数据，他们发现：
- MS患者脑脊液单核细胞中，IFNγ特征基因集显著高表达。
- 在MS脑白质病变的不同微胶质细胞亚群中，IFNγ特征富集于炎症性微胶质细胞（IRM），GM-CSF特征广泛存在于多种病变相关亚群，而TGFβ特征则在DAM和MHC-II高表达等与组织恢复相关的微胶质细胞中显著富集。
这表明，在MS小鼠模型中鉴定出的核心细胞因子调控网络，在人类MS的不同病程阶段和CNS区域中是保守的。
总结与展望
这项研究不仅提供了一个强大、通用的活体CRISPR筛选平台，用于解析各种炎症环境中的巨噬细胞调控，更首次在时空和分子层面上，完整描绘了IFNγ、TNF、GM-CSF和TGFβ这四大细胞因子如何在神经炎症中协同或拮抗，共同塑造巨噬细胞的命运与功能。
其临床转化价值在于：
- 靶点验证：明确了在MS中靶向特定细胞因子信号通路的潜在益处与风险。例如，靶向GM-CSF可能需要权衡其促炎和促修复的双重作用。
- 生物标志物开发：研究定义的“神经炎症细胞因子特征”，可作为新型生物标志物，用于监测MS患者的疾病状态、区分病变类型或预测治疗反应。
- 精准治疗策略：理解TGFβ在控制细胞迁移和脂质代谢中的关键作用，为开发旨在“安抚”有害炎症、同时“增强”有益修复的新型疗法提供了全新思路。
参考文献：
In vivo CRISPR screen reveals regulation of macrophage states in neuroinflammation. Nat Neurosci 29, 493–509 (2026).