Elabscience 巨噬细胞三大功能及检测方案全梳理，看完少走90%弯路！

当我们不小心划破手指，或是感冒病毒悄悄潜入呼吸道时，身体里一场看不见的“救援行动”瞬间启动。冲在最前线的，不是远道而来的“特种部队”，而是早已在各个组织里安营扎寨的“哨兵”——巨噬细胞。

今天，我们就来认识这群反应迅捷、身兼数职的守护者。它们究竟从何而来，又藏着哪些强大本领？

一、巨噬细胞从哪里来？

巨噬细胞（Macrophages）是一类定居于组织中的白细胞，由单核细胞分化而来，而单核细胞则源自骨髓中的前体细胞。巨噬细胞和单核细胞同属吞噬细胞家族，在脊椎动物体内既参与非特异性免疫（先天免疫），也参与特异性免疫（细胞免疫）。它们有的固定驻扎，有的以游离形式四处巡视。一旦发现细胞碎片或入侵的病原体，便会迅速将其吞噬、消化。同时，巨噬细胞还能激活其他免疫细胞，促使机体产生精准的免疫应答。可以说，巨噬细胞绝不只是清理残骸的“清道夫”，它更像一位集侦察兵、指挥官于一体的免疫多面手。正因其功能如此丰富而关键，巨噬细胞也成为研究细胞吞噬、细胞免疫和分子免疫学的重要对象。

图1. 巨噬细胞的多面功能

二、吞噬功能——身体的“清道夫”

吞噬作用是吞噬和清除颗粒细胞或细胞碎片的过程，包括微生物、外来物质、衰老细胞、受损细胞和突变细胞。作为主要的吞噬细胞，巨噬细胞具有强大的吞噬和清除细胞碎片的功能。

1. 识别

精确识别目标是巨噬细胞打响免疫防御的第一步。它如何分清“敌人”（病原体）与“垃圾”（凋亡细胞）？靠的是捕捉特定的分子“标签”。

（1）病原体携带病原体相关分子模式（PAMPs），如细菌的脂多糖（LPS）、肽聚糖等；

（2）受损或凋亡细胞则暴露损伤相关分子模式（DAMPs），如HMGB1、ATP、坏死DNA等。巨噬细胞表面配备了两类“探测器”：

·模式识别受体（PRRs）：直接识别PAMPs/DAMPs，包括C型凝集素（如甘露糖受体抓取病原体表面糖分子）、清道夫受体（识别LPS或凋亡细胞露出的磷脂酰丝氨酸）及部分Toll样受体。

·调理素受体：当调理素（抗体（IgG）或补体分子）先给目标“贴上标签”后，巨噬细胞便会派出调理素受体（Fcγ受体和补体受体（CRs））结合标签，高效触发吞噬。

这些受体并非单打独斗，而是协同招募、聚集成簇，确保精准锁定“敌人”与“垃圾”，为后续吞食和消化铺平道路。

图2. 巨噬细胞的识别机制^[1]

2、吞食

识别后，一系列信号途径被激活，形成吞噬杯、伪足和吞噬体。首先，细胞膜在Arp2/3复合体驱动下，快速搭建分枝状肌动蛋白网络，推动膜向前延伸，形成杯状的吞噬杯。随着伪足不断伸展并环抱目标，含有BAR结构域的蛋白引导肌动蛋白极化，并召集dynamin等剪切相关蛋白，最终将膜口收紧封闭，形成一个完整独立的囊泡——这便是新生的吞噬体。

3、消化

新生的吞噬体并不具备杀伤能力，必须经历成熟之旅。它通过“kiss-and-run”机制，与内吞细胞器反复进行快速的融合与分裂，逐步获取各阶段所需的酸化酶与水解酶。最终，成熟的吞噬体与溶酶体融合，升级为具备强降解能力的吞噬溶酶体。在这个酸性的“消化车间”里，病原体或细胞残骸被彻底分解为无害的小分子，降解完成后，溶酶体还可通过复杂的裂变与融合重新生成，继续循环利用。

三、分泌功能——免疫的“信号兵”

巨噬细胞除了发挥吞噬功能，它还作为免疫信号兵负责喊话，通过分泌细胞因子和趋化因子，来招募其他的免疫细胞。

1. 分泌细胞因子

巨噬细胞是体内最重要的“细胞因子工厂”之一，能够在受到微生物或其产物（如脂多糖LPS）刺激后迅速合成并释放多种细胞因子。

• M1型（经典活化）巨噬细胞主要分泌促炎细胞因子，包括肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）、IL-6、IL-12和IL-23等，这些因子可激活免疫细胞并促进炎症反应。

• M2型（替代活化）巨噬细胞则主要分泌抗炎细胞因子，如IL-10和转化生长因子-β（TGF-β），发挥抑制炎症、促进组织修复的作用。

• 细胞因子通过组成型分泌途径（经由高尔基体→循环内体→细胞膜）或非经典途径（如IL-1β通过焦亡相关的膜孔释放）输出至胞外。

2. 分泌趋化因子

巨噬细胞可分泌多种趋化因子，主要功能是招募循环中的白细胞迁移至炎症或感染部位。

• 巨噬细胞产生的关键趋化因子包括：单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1/CCL2）、MCP-2、MCP-3、巨噬细胞炎症蛋白-1α（MIP-1α/CCL3）、MIP-1β（CCL4）和RANTES（CCL5）等。

• MCP-1是最具代表性的趋化因子，通过与单核细胞表面CCR2受体结合，强效趋化单核细胞和记忆T细胞向炎症组织浸润，并上调整合素表达以促进单核细胞穿越血管内皮。巨噬细胞还分泌CXC趋化因子如IL-8（CXCL8）和CXCL1/CXCL2，主要吸引中性粒细胞至炎症早期阶段。同时，趋化因子也能反作用于巨噬细胞本身，如MCP-1可增强巨噬细胞CD11b/CD11c表达和呼吸爆发活性，形成正反馈调控网络。

总体而言，巨噬细胞通过分泌细胞因子和趋化因子，成为调节疾病微环境中先天性与适应性免疫系统的核心枢纽。

图3. 肿瘤微环境中，巨噬细胞通过分泌细胞因子和趋化因子招募其他免疫细胞^[2]

四、调控功能——微环境的“大管家”

巨噬细胞极化是指巨噬细胞响应微环境信号，动态分化为不同功能表型（如促炎的M1型或抗炎修复的M2型）的过程。正是通过这种灵活的切换，巨噬细胞就像微环境的“大管家”，时而化身战斗模式清除病原，时而转为修复模式促进愈合，从而精准调控局部免疫与组织稳态。

1、M1型（经典激活）：M1型巨噬细胞被称为“战斗模式”，由病原体或干扰素-γ等信号激活。它们释放大量促炎细胞因子，如TNF-α、IL-6、IL-1、IL-12以及诱导型一氧化氮合酶（iNOS），同时分泌CXCL家族趋化因子。这些物质能高效杀伤病原体、阻断细胞内感染，并促进Th1型免疫应答，发挥抗肿瘤作用。M1巨噬细胞也是机体抵御病原体入侵的第一道防线。

2、M2型（替代激活）：M2型则是“修复模式”，参与抗炎、组织修复和血管生成。它们高表达CD206、CD163、甘露糖受体等标志物，产生IL-10、几丁质酶样蛋白等抗炎和修复物质。根据功能不同，M2又分为M2a（促组织修复）、M2b（活化Th2与调节免疫）、M2c（调节吞噬与组织修复）和M2d（即肿瘤相关巨噬细胞TAM，可促进肿瘤进展和侵袭）。

图4. 不同亚型的巨噬细胞及其主要功能^[3]

3、巨噬细胞功能切换：巨噬细胞极化的精妙之处在于其功能可逆切换。当病原体相关分子或干扰素-γ等信号出现时，巨噬细胞极化为M1型，释放促炎因子，抵抗感染；而当接收到IL-4、IL-13等抗炎信号后，则切换为M2型，发挥组织修复和抗炎作用。这种切换并非非黑即白，而是连续的谱系——微环境的变化可诱导巨噬细胞发生再编程，甚至出现混合表型。正是这种灵活的切换能力，使巨噬细胞能在炎症与消退、损伤与修复之间动态平衡，也使其成为多种疾病（如糖尿病、哮喘、癌症）治疗策略的关键靶点。

五、六大检测技术

由于巨噬细胞表型和功能的高度可塑性，准确检测和鉴定巨噬细胞对于基础免疫学研究及临床疾病诊断均至关重要。目前最常用的巨噬细胞检测方法包括以下几个方面：

1. 免疫组织化学（IHC）与免疫荧光技术（IF）

IHC和IF是组织切片中检测巨噬细胞的最经典方法。其原理是用特异性抗体识别巨噬细胞标志物，再通过酶促显色（如DAB呈棕色）或荧光标记实现可视化。人类组织最常用的巨噬细胞标志物是CD68（泛巨噬细胞标志物）。但单一标志物无法识别全部亚群：例如小鼠中F4/80标记成熟组织驻留巨噬细胞，却存在F4/80阴性、CD68阳性的细胞；CD11b常被视为单核来源巨噬细胞的标志，但在中性粒细胞也呈阳性。

2. 流式细胞术（Flow Cytometry）

流式细胞术是目前应用最广泛的巨噬细胞定量检测方法之一，尤其适用于单细胞悬液的表型鉴定和功能分析。巨噬细胞没有类似于T细胞（CD4/CD8）那样明确的单一区分抗原，因此需要使用一组标志物的组合来鉴定巨噬细胞。对于小鼠巨噬细胞，常用的组合包括F4/80、CD11b、Ly6C和THY-1等。通过多色荧光标记和流式细胞仪分析，可以在异质性细胞群中精确地鉴定和分选出巨噬细胞。

图5. C57BL/6J腹腔炎症小鼠取腹水样本，使用PE Anti-Mouse/Human/Monkey CD11b Antibody[M1/70]（E-AB-F1081D）、Elab Fluor^® Violet 450 Anti-Mouse F4/80 Antibody[CI:A3-1]（E-AB-F0995Q）、PE/Cyanine7 Anti-Mouse CD86 Antibody[GL-1]（E-AB-F0994H）、APC Anti-Mouse CD206/MMR Antibody[C068C2]（E-AB-F1135E）染色并使用流式细胞仪检测分析巨噬细胞的功能分型结果。CD11b^hi/midF4/80^hi/mid巨噬细胞，为炎性活化的巨噬细胞，进一步分析该细胞群中CD206和CD86的表达，根据不同的细胞比例和分群分析巨噬细胞功能状态。

3. 实时定量PCR（qRT-PCR）检测基因表达

qRT-PCR是检测巨噬细胞基因表达谱的常用分子生物学方法。通过qRT-PCR可以检测巨噬细胞极化相关的转录因子和标志物基因表达。例如，M1型巨噬细胞高表达STAT1、SOCS3和IRF5等转录因子，而M2型巨噬细胞高表达STAT6。此外，细胞因子谱分析（如M1分泌IL-6、IL-1β、TNF-α等促炎因子，M2分泌IL-10、CCL18等抗炎因子）也是常用的功能确认方法。

4. 基于图像分析的机器学习方法

近年来，基于细胞形态学的高通量图像分析与机器学习算法相结合的方法受到关注。有研究表明，仅通过分析细胞核（DAPI染色）和肌动蛋白骨架（Phalloidin染色）的形态特征，即可利用随机森林（Random Forest）等分类器以超过89%的准确率区分M1和M2型巨噬细胞。但目前其应用仍受到巨噬细胞高度异质性的限制。

5. 质谱成像技术（MALDI MSI）

基质辅助激光解吸电离质谱成像（MALDI MSI）是一种无需标记、非靶向的检测技术，可从代谢物和脂质层面区分巨噬细胞亚型。有研究利用MALDI MSI区分人M1、M2a和M2c巨噬细胞，结果表明，在来自不同供体的单核细胞之间存在显著的代谢异质性，因此需要大样本量才能确定通用性标志物。

6. 单细胞RNA测序（scRNA-seq）

单细胞RNA测序（scRNA-seq）能够在单细胞分辨率下解析巨噬细胞的转录组异质性，发现传统M1/M2二元分类法无法涵盖的新型细胞亚群。例如，研究利用scRNA-seq在肌肉再生和纤维化模型中发现了CD9⁺CD301b⁺MHCII^hi（再生相关R1群）和CD9^hiCD301b⁻MHCII⁻IL36γ⁺（促纤维化F2群）等新的巨噬细胞亚群。这些发现挑战了传统M1/M2分类在体内环境中的适用性。

表1. 巨噬细胞的不同检测方法

检测方法	主要优势	主要局限	常用标志物/指标
免疫组化/免疫荧光	可在组织原位观察细胞分布、形态和空间关系	通量低，多重染色技术难度大	CD68、CD163、CD206、F4/80（小鼠）、iNOS、Arginase-1
流式细胞术	高通量，可定量，可分选，多参数同时检测	需制备单细胞悬液，丢失空间信息	CD45⁺CD64⁺F4/80hi（小鼠）；CD68、CD163、CD206、CD86（人）
qRT-PCR	灵敏度高，可定量mRNA表达水平	需裂解细胞，无法区分亚群空间分布	STAT1、STAT6、SOCS3、IRF5、CD163、Mrc1等
图像分析/机器学习	自动化、快速、无标记依赖	需大量训练数据，对高度异质性群体准确性受限	细胞面积、核质比、肌动蛋白纹理等形态参数
MALDI质谱成像	免标记、非靶向，可同时检测多种代谢物和脂质	灵敏度低于LC-MS，化合物鉴定需要MS/MS验证	特异性脂质/代谢物分子离子峰
单细胞RNA测序	提供全转录组信息，发现新亚群和分化轨迹	成本高，数据分析复杂	全转录组基因表达谱

综上，目前最常用的巨噬细胞检测方法仍以免疫组化和流式细胞术为主流。qRT-PCR作为基因表达分析的补充手段被广泛使用。而单细胞RNA测序、MALDI质谱成像和机器学习等新技术正在快速发展。实际应用中，常需要根据研究目的选择多种方法联合使用，以获得对巨噬细胞表型和功能的全面认识。

六、前沿突破：巨噬细胞重编程革新肿瘤免疫治疗

巨噬细胞既能吞噬病原体和凋亡细胞，又能分泌上百种细胞因子调控炎症与修复，还能在组织稳态、肿瘤免疫中发挥精准的调节作用。吞噬、分泌、调控三位一体，让巨噬细胞在健康维持与疾病进程中无所不在。目前，也有越来越多的研究专注于调控巨噬细胞来进行免疫治疗。

例如：癌症免疫治疗中M2→M1巨噬细胞重编程与CAR-M疗法

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是肿瘤微环境中数量最多的免疫细胞之一，通常呈现促肿瘤的M2表型，通过分泌免疫抑制因子和促进血管生成来支持肿瘤进展。将M2型“帮凶”重编程为M1型“杀手”已成为癌症免疫治疗的重要策略。目前的主要策略包括：

①细胞因子干预：利用IL-12、IL-21等促进M1极化，或阻断IL-4、IL-6、IL-10等M2极化诱导因子；

②纳米载体靶向递送：如利用甘露糖修饰的聚乙xi亚胺（MPEI）纳米复合物向巨噬细胞递送CAR和IFN-γ编码基因，在体内将M2 TAMs原位转化为CAR-M1巨噬细胞，增强肿瘤特异性吞噬和抗肿瘤免疫；

③CAR-M（嵌合抗原受体巨噬细胞）疗法：新一代CAR-M通过串联CD3ζ和TLR4的TIR结构域，在识别肿瘤抗原后不仅介导吞噬，还能通过NF-κB通路驱动持续的M1极化和M2抵抗，并在体内显著抑制胶质母细胞瘤和肝细胞癌的生长。

图6. 新一代CAR-M示意图^[4]

巨噬细胞凭借吞噬、分泌、微环境调控三大核心功能参与机体各类免疫活动，在健康维持与疾病进程中扮演着关键角色。准确检测其亚型、理解其极化机制，并在此基础上开发重编程策略，已成为免疫学研究和肿瘤治疗的重要方向。欢迎持续关注我们，后续将带来更多实验干货与前沿解读。

相关产品推荐

货号	产品名称
XJM004	RAW 264.7 极化 M1 型巨噬细胞诱导与鉴定试剂盒
E-AB-F1081D	PE 抗小鼠/人 CD11b 抗体 [M1/70]
E-AB-F0995Q	Elab Fluor® Violet 450 抗小鼠 F4/80 抗体 [CI:A3-1]
E-AB-F0994H	PE/Cyanine7 抗小鼠 CD86 抗体 [GL-1]
E-AB-F1135E	APC 抗小鼠 CD206/MMR 抗体 [C068C2]
CQM002	CellaQuant™ 小鼠 TNF-α（肿瘤坏死因子α）ELISA 检测试剂盒
E-HSEL-H0001	高灵敏度人 IL-1β（白细胞介素 1β）ELISA 检测试剂盒
E-EL-M0007	小鼠 MIP-1α（巨噬细胞炎症蛋白 1α）ELISA 检测试剂盒
E-EL-M0032	小鼠 GM-CSF（粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子）ELISA 检测试剂盒
E-EL-M0014	小鼠 MDC/CCL22（巨噬细胞来源趋化因子）ELISA 检测试剂盒

参考文献

[1] Guan F, Wang R, Yi Z, et al. Tissue macrophages: origin, heterogenity, biological functions, diseases and therapeutic targets. Signal Transduction and Targeted Therapy. 2025;10:93. doi:10.1038/s41392-025-02124-y

[2] Liu L, Li H, Wang J, et al. Leveraging macrophages for cancer theranostics. Advanced Drug Delivery Reviews. 2022;183:114136. doi:10.1016/j.addr.2022.114136

[3] Gharavi AT, Hanjani NA, Movahed E, et al. The role of macrophage subtypes and exosomes in immunomodulation. Cellular and Molecular Biology Letters. 2022;27:83. doi:10.1186/s11658-022-00384-y

[4] Lei A, Yu H, Lu S, et al. A second-generation M1-polarized CAR macrophage with antitumor efficacy. Nature Immunology. 2024;25:102-116. doi:10.1038/s41590-023-01687-8

[5] Khamehgir-Silz P, Schnitter F, Wagner AH, et al. Strategy for marker-based differentiation of pro- and anti-inflammatory macrophages using matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging. The Analyst. 2018;143(18):4273-4282. doi:10.1039/c8an00659h

[6] Perciani CT, MacParland SA. Lifting the veil on macrophage diversity in tissue regeneration and fibrosis. Science Immunology. 2019;4(40). doi:10.1126/sciimmunol.aaz0749

[7] Mortezaee K, Majidpoor J. Roles for macrophage-polarizing interleukins in cancer immunity and immunotherapy. Cellular Oncology. 2022;45:333-353. doi:10.1007/s13402-022-00667-8

[8] Kang M, Lee SH, Kwon M, et al. Nanocomplex‐Mediated In Vivo Programming to Chimeric Antigen Receptor‐M1 Macrophages for Cancer Therapy. Advanced Materials. 2021;33(43). doi:10.1002/adma.202103258