髓系吞噬细胞(中性粒细胞和巨噬细胞)是天然免疫的主要组成部分,是保护机体免受病原微生物损害的第一道防线。这些髓系吞噬细胞,尤其是中性粒细胞,生命周期较为短暂,需要前体细胞中不断增殖分化产生,以维持自身免疫系统的稳态。当遇到外来入侵物,特别是细菌等病原微生物时,这些细胞立即产生反应,清除外来入侵物。因此,它们被大量消耗,需要不断进行补充,这导致髓系细胞发生巨大的增殖和分化,随后产生大量髓系前体细胞,粒细胞,巨噬细胞,甚至造血干/祖细胞(HSPCs),这一过程被称为应急髓系增生或者需求适应性髓系增生。直接或间接地感知入侵病原体是应急性髓系增生级联反应的关键第一步。然而识别病原体的TLRs在非造血和造血来源的细胞中都存在广泛的表达,后者中包括造血祖细胞和成熟的髓系细胞,所以病原体的主要监测细胞的定位一直存在争议。巨噬细胞可能作为一个极佳的候选者,因为它们广泛分布于各个组织中,并具有包括PRRs和调控髓系生成的细胞因子在内的分子机制,这些都是在应急髓系增生过程中识别病原体和传递信号所必需的。然而,巨噬细胞在应急髓系增生过程中的作用和机制还未被严格的体内实验直接证实。除此之外,报道能促进造血过程的炎症因子种类繁多。白介素1(IL-1)是白细胞介素家族中第一个被发现的,IL-1的基因包括IL-1α和IL-1β。急性IL-1与髓系细胞生成增加、淋系细胞减少和慢性贫血相关。然而,IL-1促进应急性髓系增生的机制尚不清楚。考虑到造血系统的分级性,到底应急髓系增生主要起始于哪一类造血细胞且其分子机制如何,目前尚不清楚。此外,虽然早有研究证明炎症条件下,NF-κB可与C/EBPβ互作调控炎症相关因子,且二者均对应急造血有贡献,但二者互作是否对应急髓系增生有影响有待进一步研究。斑马鱼是一种脊椎动物,具有保守的造血功能和独特的实验优势,适合用于人应急髓系增生的研究。当使用基因编码的荧光标记和成像技术对细胞进行追踪时,斑马鱼胚胎的光学透明性极好的揭示了炎症发生和发展的细节。因此,斑马鱼是一种理想的系统感染模型。由于目前对于应急髓系增生的机制研究较为模糊,在本研究中,我们运用斑马鱼胚胎构建了血液循环注射LPS(脂多糖,革兰氏阴性菌细胞壁成分)诱导的系统性感染模型,并同时关注了CHT区域的需求适应性髓系增生。我们发现相较于PBS对照组,LPS诱导的系统性感染可诱导髓系前体细胞增殖明显提高,并产生大量髓系细胞,包括髓系前体,巨噬细胞,特别是粒细胞的增多,但却对红系、淋系、造血干细胞以及造血干细胞的增殖和凋亡均没有任何影响。但当我们利用药物甲硝锉(MTZ)或者遗传手段irf8突变体和irf8 Morpholino消除巨噬细胞后,LPS诱导的应急髓系增生明显受阻。进一步探究巨噬细胞调控应急髓系增生的分子机制,我们发现巨噬细胞主要是通过TLR4-MyD88信号通路分泌il1β来调控应急髓系增生,当利用mpeg1启动子特异性在巨噬细胞提高il1β的转录水平后,不管在PBS组还是在LPS组均可明显增加髓系细胞的数量。相反的,当利用Morpholino敲降il1β的转录水平后,明显抑制应急髓系增生。相似的myd88突变体的il1β表达和应急髓系增生明显受阻。但特异性地回补巨噬细胞myd88的表达却能够完全拯救myd88突变体il1β缺陷的表型。为了进一步探究髓系前体是如何响应巨噬细胞来源的il1β信号从而实现大量扩增的。因有研究报道il1β可以激活NF-κB,而NF-κB信号广泛参与炎症反应,在紧急造血中发挥重要作用。我们发现LPS处理后NF-κB活性增强,而当我们分别利用Jsh-23抑制剂和ikbαa Morphonlino抑制和激活NF-κB活性后,发现能有效抑制和促进应急髓系增生。为了探究NF-κB信号是如何促进应急髓系增生,因关注到前人体外实验发现NF-κB和C/EBPβ可通过蛋白之间的互作形成新的转录因子,且在紧急粒细胞生成中,C/ebpβ起着至关重要的作用,而我们免疫组织化学染色结果显示绝大部分p65(NF-κB的亚基)和C/EBPβ的信号共定位于lyz~+的髓系细胞,所以我们猜测C/ebpβ可能也参与调控应急髓系增生。进一步探究C/EBPβ和NF-κB在应急髓系增生过程中的关系,首先我们发现C/ebpβ突变体应急髓系增生受阻,其次我们发现在C/ebpβ突变体激活NF-κB却不能拯救其应急髓系增生受阻的表型。反之,当在NF-κB活性受阻的myd88突变体过表达C/ebpβ也同样不能拯救其应急髓系增生受阻的表型。这就暗示着NF-κB和C/EBPβ在应急髓系增生中缺一不可。为此,我们通过免疫共沉淀实验检测,发现和前人报道的一致,这两个蛋白确实能发生蛋白之间的互作,且当同时激活二者时,不管在稳态还是在炎症情况下均可明显促进髓系增生。综上所述,我们首次在活体内揭示了LPS感染诱导的应急髓系增生过程中,巨噬细胞与髓系前体细胞的及时有效反应和交流是非常必要的。巨噬细胞通过TLR4快速检测到LPS,并主要通过IL-1β启动应急报警。收到IL-1β的报警信号后,前体细胞启动NF-κB和C/EBPβ一起协同调控应急髓系增生。本研究探究了监测病原体的细胞类型以及促进应急髓系增生的分子机制,为临床治疗各种人类感染性和恶性血液疾病提供参考。