血液病医院程涛和程辉团队揭示人造血干细胞最早定植骨髓的时间点和微环境特征

　　

2022年11月3日，中国医学科学院血液病医院（血液学研究所）程涛教授和程辉研究员团队与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周波研究员、解放军总医院第五医学中心刘兵教授合作在Cell Stem Cell《细胞-干细胞》在线发表了题为“Uncovering the emergence of HSCs in the human fetal bone marrow by single cell RNA-seq analysis”（单细胞转录组测序揭示第一波造血干细胞在人胚骨髓中的定植）的研究论文。在国际上率先阐明了人胚骨髓中第一波造血干细胞（hematopoietic stem cell, HSC）的定植时间点、分子特征及其与微环境细胞的相互作用，揭示了HSC在人胚骨髓中定植的机制，为未来HSC发育的研究提供宝贵的资源。该研究被选为Cell Stem Cell杂志封面故事。

本研究团队首先利用高通量10x Genomics单细胞转录组测序解析了人类胚胎骨髓（10-14周）和脾脏（12-14周）造血干/祖细胞 (HSPC)及其造血微环境群体。在骨髓和脾脏中均检测到了免疫表型和转录组定义的HSC/多潜能祖细胞（MPP）。然而通过免疫缺陷鼠移植实验证实，真正具有长期多系造血重建能力的HSC直到12周才出现在骨髓中，相反，12-14周的脾脏均未检测到功能性的HSC。为了阐明最早定植于胚胎骨髓的HSC分子特征，进一步整合多个发育阶段的HSC/MPP单细胞测序数据。发现与成体骨髓中的HSC/MPP相比，胎髓HSC/MPP高表达cell-ECM互作的基因，并且在早期胚胎骨髓（10-14周）的HSC/MPP中表现更为显著，提示该过程可能参与HSC的骨髓定植。该时期的HSC/MPP细胞周期更活跃，而中期胚胎骨髓（17-22周）的HSC/MPP则处于相对静息状态，并且表达和激活更多与HSC干性维持相关的转录因子，提示早期胚胎骨髓HSC/MPP的功能活性低于中期。

进一步，利用受配体基因互作分析揭示了aEC （arteriolar endothelial cells）和CAR细胞 （CXCL12-abundant reticular cells）是支持HSC功能的重要niche细胞。这两类细胞高表达PTN、DLK1、IGF1、JAG1和CXCL12等多种造血支持因子。体外共培养实验也证明CAR细胞来源的PTN可以维持HSC/MPP的功能。最后，为了进一步解析HSC为何优先定植于骨髓而非脾脏，利用受配体基因互作分析揭示胎肝来源的HSC与骨髓和脾脏来源的基质细胞、内皮细胞等微环境群体之间潜在的细胞间相互作用。发现骨髓niche细胞相比于脾脏，表达更多支持HSC迁移、维持和扩增的关键信号，提示人胚胎骨髓为HSC的定植提供了更优良的“土壤”。

该研究在国际上率先证实了HSC最早定植骨髓的时间点，填补了该领域的空白，剖析了人胚胎HSC和骨髓及脾脏微环境细胞的转录组景观图，预测了可能参与HSC骨髓定植的关键因子，为HSC发育的研究提供丰富的参考数据，同时也为临床造血干细胞移植后归巢提供重要启示。

该研究获得国家重点研发计划（2021YFA1100900）、国家自然科学基金重点项目（81730006）、中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2021-I2M-1-019、2021-I2M-1-040）以及中央级公益性科研院所基本科研业务费（3332021093）等基金的支持。中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）程涛教授和程辉研究员，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周波研究员以及解放军总医院第五医学中心刘兵教授为共同通讯作者。中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）博士生郑昭烽、暨南大学博士生贺涵、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心博士生唐新宇、陆军军医大学博士生张晗、天津医科大学博士生苟芳琳以及天津市中心妇产科医院杨华主任为并列第一作者。

原文链接：https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(22)00423-4