果蝇中 Mcr 蛋白：伤口炎症反应的关键 “指挥官”

本文揭示果蝇中 Mcr 在伤口免疫细胞募集中的关键作用，其功能类似哺乳动物补体 C5a。

　　### 研究背景与意义
在生物的生命活动中，无菌组织损伤后的急性炎症反应至关重要。当组织受伤时，先天免疫细胞会迅速迁移到损伤部位，这一过程由伤口释放的促炎性趋化损伤信号引导。深入了解这种免疫反应，对改善人类健康意义重大。果蝇（Drosophila）作为强大的模式生物，结合实时延时显微镜和遗传学技术，为研究炎症细胞在活体动物内的迁移提供了独特视角。不过，对于驱动免疫细胞招募的早期信号及其在多细胞生物体内复杂环境中的作用机制，科学家们了解得还相对较少。本研究旨在揭开这一神秘面纱，探索果蝇中相关信号分子的作用，不仅有助于深入理解果蝇自身的免疫机制，还可能为人类健康医学领域提供重要参考。

果蝇伤口炎症反应中的关键发现

果蝇在受到激光诱导的伤口刺激时，会触发炎症免疫细胞的趋化反应，这些细胞迅速迁移到无菌组织损伤部位，模拟了哺乳动物的炎症过程。过去，人们曾认为过氧化氢（H₂O₂）是引导巨噬细胞到伤口的趋化因子，但后续研究表明并非如此。现在已知 H₂O₂作为 “启动” 信号，通过磷酸化受体 Draper，使巨噬细胞为响应另一个未知的损伤诱导趋化信号做好准备。而这个神秘的信号，很可能就是果蝇补体同源物 —— 巨球蛋白补体相关蛋白（macroglobulin complement-related，Mcr）。

Mcr 在巨噬细胞迁移中的关键作用

为了探究 Mcr 在果蝇伤口愈合过程中对巨噬细胞迁移的影响，研究人员以果蝇蛹翅为研究对象。他们利用 RNAi 技术，通过 engrailed - Gal4 构建体驱动靶向 Mcr 的 RNAi（UAS - Mcr RNAi），敲低果蝇蛹翅上皮后区的 Mcr 表达。实验结果令人惊讶：与对照组相比，Mcr 敲低组织受伤后，20 分钟内招募到伤口部位的巨噬细胞数量显著减少。在对胚胎进行实验时也发现，Mcr 突变体胚胎的表皮伤口招募的巨噬细胞数量，明显少于野生型对照胚胎。

为了排除 Mcr 缺失导致的上皮屏障功能破坏对巨噬细胞招募的影响，研究人员进一步对其他两个关键的分隔连接成分（Nrx - IV 和 cora）进行 RNAi 敲低实验。结果显示，敲低这两个成分对巨噬细胞招募到伤口没有影响，这充分证明了 Mcr 驱动巨噬细胞招募到伤口的功能，与它作为分隔连接成分的作用完全无关。

研究人员还利用组成型核标记的免疫细胞，通过延时显微镜追踪巨噬细胞的迁移行为。结果发现，在 Mcr 缺失的上皮组织受伤后，巨噬细胞的迁移虽然速度和距离与对照组相当，但行为更加不稳定，方向也更不明确，难以有效地检测到损伤部位并向其迁移。

数学建模验证 Mcr 的趋化作用

数学建模在本研究中发挥了重要作用。研究人员基于前人的方法，使用 Python 编程语言重新实现并优化了开源的计算推理管道。通过对细胞追踪数据的分析，他们发现伤口诱导的损伤信号以 100 - 300 μm²/min 的速度扩散，能在伤后 20 分钟内，使距离伤口 100 μm 内的巨噬细胞迅速做出反应。而对 Mcr 敲低上皮组织中巨噬细胞迁移模式的分析表明，没有证据表明存在具有明确扩散性的信号，这进一步证实了 Mcr 就是伤口释放的即时趋化信号。

研究人员还利用数学模型预测了在更复杂情况下巨噬细胞的行为。例如，当伤口边缘只有一半产生趋化信号时，模型预测在产生信号的一侧会形成更强、更陡峭的梯度，巨噬细胞会向这一侧迁移。实验结果与模型预测一致，当在蛹翅上制造跨越前后区边界的伤口，使伤口后缘上皮缺乏 Mcr 而前缘为野生型时，巨噬细胞会迅速向野生型一侧的伤口迁移，而忽略 Mcr 敲低的伤口边缘。

在模拟两个同时存在的竞争伤口的实验中，模型预测两个伤口产生的趋化梯度会相互竞争，导致巨噬细胞在中间区域 “迷失方向”，无法确定向哪个伤口迁移。当其中一个伤口位于 Mcr 敲低组织，另一个在野生型组织时，巨噬细胞会忽略 Mcr 敲低组织的伤口，向野生型伤口迁移。研究人员通过异位表达 Mcr，发现即使在没有伤口的情况下，也能显著增加周围巨噬细胞的数量，这充分证明了 Mcr 作为巨噬细胞趋化剂的作用。

Mcr 与哺乳动物补体系统的关联

哺乳动物的补体系统在免疫反应中具有重要作用，除了传统的病原体清除功能外，还参与无菌炎症反应。例如，凝血蛋白酶凝血酶激活后，可激活补体成分 C3 和 C5，释放 C3a 和 C5a 过敏毒素片段。其中，C5a 是中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞的强效趋化剂。

有趣的是，果蝇的 Mcr 与哺乳动物的 C5 有相似之处。Mcr 是果蝇补体样 TEP 蛋白家族中唯一缺乏硫酯基序的成员，这使得它无法像其他补体蛋白一样结合和调理病原体，但却与 C5a 一样，发挥着强大的炎症血细胞趋化剂的作用。通过序列比较发现，Mcr/TEP6 中存在与 C5a 类似的富含半胱氨酸区域，且该区域的结构预测显示，六个半胱氨酸残基形成的三个二硫键与 C5a 类似，尽管拓扑结构有所不同，但与脂蛋白相关受体蛋白（LRPs）的富含半胱氨酸补体样配体结合重复序列相似。这表明 Mcr 在功能上与哺乳动物补体成分 C5a 相当，为研究补体系统在进化上的保守性和多样性提供了新的视角。

研究总结与展望

本研究通过遗传学、实时成像和数学建模等多手段结合，揭示了果蝇中 Mcr 在巨噬细胞向伤口迁移过程中的关键趋化作用。Mcr 与 H₂O₂协同作用，确保了对损伤的快速有效免疫反应。这一发现不仅为果蝇的免疫机制研究提供了重要线索，还揭示了昆虫补体样蛋白的趋化作用，确定了 Mcr 作为果蝇中相当于哺乳动物补体成分 C5a 的功能。

不过，仍有一些问题有待进一步研究。例如，Mcr 从受伤上皮释放是否需要蛋白水解切割，以及触发切割的因素是什么。未来，研究人员将继续深入探索这些问题，有望进一步揭示伤口炎症反应的分子机制，为人类健康医学领域的相关研究提供更多有价值的参考，或许还能为开发治疗炎症相关疾病的新策略提供思路。