Il midollo osseo del sangue e del cranio popolano entrambi il cervello con popolazioni distinte di macrofagi

Le microglia — le principali cellule immunitarie residenti nel cervello — si ritiene da tempo che originino esclusivamente da progenitori del sacco vitellino durante lo sviluppo embrionale e si mantengano attraverso l'auto-rinnovamento per tutta la vita, con un apporto minimo da parte delle cellule ematiche circolanti. Questo paradigma ha complicato lo sviluppo di terapie cellulari per malattie che coinvolgono microglia disfunzionali, come il morbo di Alzheimer. Questo studio di riferimento mette in discussione e affina tale visione, mappando in modo esaustivo quando, come e da dove i monociti periferici possono attecchire nel cervello adulto.

Utilizzando molteplici sistemi genetici di tracciamento della linea cellulare (topi Ms4a3-Cre:tdTomato, Flt3-Cre:YFP e Crybb1-Cre:tdTomato), i ricercatori hanno dimostrato che i macrofagi derivati da monociti (MDM) sono estremamente rari nel cervello sano e non trattato (~0,09%). Un singolo ciclo di inibizione di CSF1R mediata da PLX5622 (deplezione delle microglia) ha prodotto solo un modesto aumento degli MDM (~1%), ma tre cicli ripetuti di deplezione-ripopolamento (DR-3x) hanno indotto un robusto attecchimento degli MDM, con gli MDM che costituivano circa la metà di tutti i macrofagi parenchimali (~48%). È importante sottolineare che l'attecchimento degli MDM si è verificato durante la fase di ripopolamento — non durante la deplezione stessa — confermando un reclutamento periferico piuttosto che una resistenza selettiva al PLX.

Nonostante condividessero la stessa nicchia parenchimale delle microglia derivate dal sacco vitellino (YSM), gli MDM attecchiti mostravano paesaggi trascrizionali ed epigenetici (ATAC-seq) persistentemente distinti. Gli MDM mantenevano un'espressione elevata dei geni dei macrofagi associati alle strutture di confine (BAM), tra cui Cd163, Mrc1 (CD206) e Lyve1, mentre erano privi dei geni microgliali omeostatici canonici come P2ry12, Sall1 e Sall3. Il fate-mapping ha rivelato che gli MDM attecchiti nel cervello esprimono transitoriamente CD206, rispecchiando uno stadio di sviluppo dei precursori microgliali embrionali, senza tuttavia convertirsi mai completamente in un'identità microgliale. La citochina IL-34 e il recettore delle chemochine CCR2 sono emersi come modulatori chiave dell'accumulo e della polarizzazione degli MDM nella nicchia cerebrale.

Un risultato particolarmente originale è stata la duplice origine degli MDM attecchiti nel cervello. Mediante esperimenti di parabiosi (circolazione condivisa tra topi) e di trapianto con lembo cranico, gli autori hanno dimostrato che sia i monociti circolanti nel sangue sia i monociti provenienti dal midollo osseo locale del cranio colonizzano indipendentemente il parenchima cerebrale. È notevole il fatto che gli MDM di origine ematica e quelli di origine cranica abbiano adottato stati molecolari distinti, caratterizzati dall'origine, suggerendo che l'origine cellulare — e non solo l'ambiente cerebrale — determina l'identità dei macrofagi. Questa scoperta aggiunge una sfumatura significativa ai precedenti studi di parabiosi che escludevano contributi periferici, poiché tali studi ottenevano una robusta chimerismo ematico ma uno scarso chimerismo del midollo cranico.

Dal punto di vista funzionale, l'attecchimento degli MDM non è risultato neutro: in un modello di demielinizzazione indotta da cuprizone, i topi con elevato attecchimento di MDM hanno mostrato un danno mielinico più pronunciato rispetto ai controlli, implicando gli MDM nella patologia della malattia. Nel loro insieme, questi risultati ridefiniscono la biologia dei macrofagi cerebrali, stabiliscono una via non basata sull'irradiazione per l'attecchimento terapeutico degli MDM e sottolineano che l'origine determina in modo profondo l'identità e la funzione dei macrofagi nel sistema nervoso centrale.