胞葬作用：吞噬細胞為凋亡細胞舉辦的盛大葬禮

撰文丨十一月

胞葬作用

（Efferocytosis）是指吞噬細胞將程式性死亡的凋亡細胞移除的過程，是凋亡細胞被“埋葬”的過程，因而被稱為胞葬。這一清除過程會發生在所有組織發育、內穩態維持以及疾病過程中

【1-2】

。但是整個過程是如何發生的、能否在體內進行視覺化追蹤仍然是一項巨大的挑戰，一來是凋亡細胞被移除的速度非常快，二是缺乏適合追蹤工具。為了解決這一問題， 美國弗吉尼亞大學Kodi S。 Ravichandran研究組以及英國愛丁堡大學

Will Wood

研究組合作在

Science

發文題為

Live cell tracking of macrophage efferocytosis during Drosophila embryo development in vivo

，

以活體成像的方式對果蠅胚胎髮育過程中巨噬細胞胞葬作用進行了記錄，揭示了胞葬作用發揮的全過程。

為了在體內追蹤細胞凋亡和排出細胞的過程，作者們設計了兩個“感測器”。對於細胞凋亡的報告因子作者們嘗試使用caspases 3以及caspases 7與切割誘導綠色熒光蛋白進行融合形成pH-CaspGFP報告因子。但是綠色熒光蛋白的一大缺陷是在酸性溶酶體的環境中其熒光會淬滅。在一些研究中，為了對酸性環境進行進行熒光視覺化追蹤會引入紅色熒光蛋白mCherry，紅色熒光蛋白能夠耐受酸性環境。作者們另闢蹊徑，透過引入點突變Q204H

【3】

將pH-CaspGFP報告因子改為耐酸性的感測器，發現pH-CaspGFP能夠忠實地反映在不同條件下誘導的凋亡過程

（圖1）

，從而將紅色熒光蛋白通到騰讓出來為下一個的感測器作準備。

圖1 pH-CaspGFP報告因子能夠忠實反映細胞凋亡過程

為了檢測凋亡細胞酸化和吞噬細胞內消化過程，作者們設計了一種紅色熒光蛋白pH感測器稱為pHlorina。這一感測器的特徵是隨著pH降低，熒光逐漸增強。為了對該感測器的功能進行評估，作者們將pHlorina穩定轉導到Jurkat細胞之中，隨後刺激細胞凋亡，並將其作為小鼠巨噬細胞的靶細胞。作者們發現在凋亡細胞內化過程中，pHlorina的熒光顯著增加，而這一熒光增加過程可以被酸化抑制劑所抑制。該結果說明pHlorina可以在酸化和吞噬細胞消化凋亡細胞的過程中進行視覺化追蹤。在此基礎上，作者們將兩種感測器強強聯合，生成了CharON系統，可以在果蠅體內對細胞凋亡被胞葬的過程進行追蹤。

在果蠅胚胎髮育過程中，中樞神經系統中存在一波細胞凋亡

【4】

。作者們透過引入CharON系統可以顯示整個中樞神經系統發育過程中細胞凋亡和細胞吞噬的全過程

（圖2）

。CharON系統所刻畫的胞葬過程，作者們將其分為幾個階段包括細胞凋亡、巨噬細胞招募、靶向結合（Find Me）、內化作用（Eat Me）以及降解過程（Digest Me）。巨噬細胞招募到凋亡細胞內化大約需要5-7分鐘的時間，而凋亡細胞的酸化過程需要25分鐘，這說明凋亡細胞的酸化降解過程是整個胞葬過程限速步驟。

圖2 CharON系統視覺化果蠅胚胎時期胞葬作用

巨噬細胞在整個胞葬過程中保持高度的運動性，在新的凋亡細胞出現或者酸化降解之前，巨噬細胞會連續向凋亡細胞移動並進行吞噬。因此，巨噬細胞所採取是先吃後消化的策略，這樣能夠儘快處理掉機體中需要及時清除的凋亡細胞、確保內穩態，然後再進行凋亡細胞的酸化和降解。這也一定程度上說明即使是在細胞高度週轉的組織中葉很難看到凋亡細胞，因為凋亡細胞一旦出現便會被機體中的免疫警察巨噬細胞儘快吞到肚子裡去。

另外，作者們發現巨噬細胞之間存在功能異質性，有些巨噬細胞的負擔較低，其中包含1-3個凋亡細胞，也有中等負擔的巨噬細胞，包含4-6個凋亡細胞，還有一些高於七個凋亡細胞的巨噬細胞。當巨噬細胞負擔過重的時候，酸化過程增加，這表明機體記憶體在細胞水平的適應性和調節作用。

在許多病理過程中，巨噬細胞會具有超高的凋亡細胞負擔。為了建立這一模型，作者們引入了repo突變體，這一突變體中缺乏吞噬性膠質細胞

【5】

，會增加巨噬細胞的胞葬負擔。作者們發現repo突變體會導致巨噬細胞有炎症化受損的趨勢，而且在此情況下，巨噬細胞即使能夠到達損傷區域也很難吞噬壞死的細胞碎片。

總的來說，

該工作透過構建了能夠同時監控細胞凋亡以及酸化降解的CharON系統，以視覺化方式對果蠅早期胚胎髮育中的胞葬作用進行記錄，揭示出了體內環境中細胞凋亡到巨噬細胞招募、酸化處理的全過程，為相關的機制探索以及病理學研究提供了新的工具平臺與參考。

原文連結：

http://doi.org/10.1126/science.abl4430

參考文獻

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