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在胚胎发育中，胎肝是造血干细胞和祖细胞（HSPCs）扩增的关键场所，但其中不同造血祖细胞的空间组织却不清楚。研究人员利用 SeekSpace 技术，绘制了胎肝造血的单细胞空间转录组图谱，揭示了 HSPCs 等的扩增机制，为理解胎肝造血提供重要依据。
在生命的奇妙旅程中，造血干细胞和祖细胞（HSPCs）如同神奇的 “生命种子”，肩负着维持造血功能的重任。在胚胎发育阶段，这些 “种子” 从特定的内皮细胞，经内皮向造血细胞转变（EHT）过程诞生，随后迁移到胎肝。在胎肝这个 “摇篮” 里，它们迅速增殖，构建起强大的 HSPCs 储备库，为生命的后续发展提供源源不断的血细胞支持。然而，一直以来，科学家们对 HSPCs 在胎肝中扩增的具体组织方式却知之甚少。就像在一座神秘的城市中，虽然知道某些重要元素的存在，却不清楚它们是如何分布和运作的。同时，传统空间转录组学方法存在诸多局限，无法精确揭示细胞类型和基因表达的定位。正是在这样的背景下，为了深入探索胎肝造血的奥秘，中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所的研究人员开展了一项极具意义的研究。
这项研究成果发表在《Cell Regeneration》上，为我们理解胎肝造血的机制打开了新的大门，有助于推动造血相关疾病的研究和治疗，比如为改善造血干细胞移植效果、治疗血液系统疾病等提供理论基础，对生命科学和医学领域的发展意义非凡。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是 SeekSpace 技术，这是一种基于空间条形码的单细胞核空间转录组技术，能实现真正的单细胞分辨率，获取核转录组和空间信息；其次是单细胞测序，包括单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq），用于分析细胞的基因表达情况；还有流式细胞术，用于鉴定和分析不同类型的造血细胞；以及免疫染色和共聚焦成像技术，直观观察细胞的位置和相互关系 。
下面让我们详细看看研究结果：
- 胎肝单细胞空间转录组图谱：研究人员利用 SeekSpace 技术，对胚胎 13.5 天（E13.5）的胎肝进行分析，获得了大量细胞核数据，并通过分析确定了 11 种不同的细胞簇，包括造血细胞和非造血细胞。同时，发现大多数细胞群体在肝切片中呈分散分布，而红细胞前体（Eryblast）簇在特定焦点处聚集。这就像是绘制了一幅详细的城市地图，每个细胞簇都有了自己的 “位置坐标”。
- 胎肝 HSPCs 的单细胞空间转录组分析：进一步分析 HSPCs 簇，研究人员鉴定出 6 种不同的祖细胞群体，并通过伪时间分析揭示了它们的发育轨迹。而且，所有祖细胞群体在胎肝中均呈分散分布，没有明显的区域定位。这表明在胎肝这个 “大舞台” 上，不同的祖细胞群体各自有着独特的 “活动区域”。
- 胎肝中 HSC/MPPs 和 RPs 的空间组织解析：通过分析不同 HSPCs 亚群之间的空间距离，研究人员发现 HSC/MPPs 和部分 RPs（如 GMPs、CLPs 和 MKPs）在空间上存在自我邻近性，说明它们在胎肝中经历了活跃的扩增，这与成年骨髓中 RPs 的空间分布模式形成鲜明对比。同时，HSC/MPPs 与下游 RPs 在空间上是隔离的。这一结果就像是发现了不同 “生命种子” 在胎肝和成年骨髓中的不同 “生长模式”。
- 胎肝中 HSCs 的活跃扩增：研究发现，在 E13.5 的胎肝中，HSPCs 表现出高增殖活性，大量 c-kit?Lineage?造血祖细胞形成簇，HSCs 数量在 E12.5 到 E14.5 之间显著增加。而在成年骨髓中，HSCs 则以单个细胞形式存在。这清晰地展示了 HSCs 在胎肝和成年骨髓中截然不同的 “生活状态”。
- 胎肝中 HSC/MPPs 和 RPs 扩增的不同微环境需求：通过 CellChat 分析，研究人员发现巨噬细胞（MC）、内皮细胞（EC）、间充质基质细胞（MSC）和肝母细胞（Hep）与 HSC/MPPs 及其下游 RPs 存在大量细胞间相互作用。其中，MCs 和 ECs 与 HSC/MPPs 在空间上更为接近，且分别通过 IGF 信号通路和细胞外基质及胶原蛋白信号通路支持 HSC/MPP 扩增，而下游 RPs 与这些微环境细胞没有明显的空间邻近性。这揭示了 HSC/MPPs 和 RPs 在胎肝中对微环境依赖的差异。
在研究结论和讨论部分，研究人员利用 SeekSpace 技术构建了胎肝的单细胞空间转录组图谱，首次明确了早期胎肝造血中 HSPCs 的空间扩张组织，发现了胎肝与成年骨髓中 HSPCs 空间组织的显著差异，以及 HSC/MPPs 和 RPs 对支持性微环境依赖程度的不同。这些发现为深入理解胎肝造血的机制提供了全面的资源，也为优化体外 HSC 培养系统奠定了基础。虽然 SeekSpace 技术存在一定局限性，但这项研究无疑为未来的造血研究指明了方向，激励着科研人员进一步探索生命的奥秘，推动生命科学和医学领域不断向前发展。
