中国科学家Nature发布干细胞研究重要成果

　　

生物通报道  来自军事医学科学院、北京大学、中国医学科学院等机构的研究人员报告称，他们在单细胞水平下追踪了造血干细胞（HSCs）的形成。这一重要的成果发布在5月18日的《自然》（Nature）杂志上。

任职于军事医学科学院、中国医学科学院和暨南大学医学院的刘兵（Bing Liu）研究员，北京大学的汤富酬（Fuchou Tang）研究员，以及中国医学科学院的袁卫平（Weiping Yuan）研究员是这篇论文的共同通讯作者。

HSCs具有永久自我更新和逐步分化为完全成熟的血细胞谱系的能力。第一个HSC出现在胎龄10.5天(E10.5)的中期妊娠小鼠胚胎中。从胎龄12天起，HSCs逐渐移居于胎肝，在那里显著扩增。尽管注入到囊胚中的胚胎干细胞可以很容易地发育成为具有稳态HSCs的正常动物，在体外将这样的多能干细胞诱导为功能性的HSCs很大程度上仍不成功，反映出当前对于体内HSC个体发育的认识非常有限。

除了生血内皮细胞(ECs)，研究揭示大约胎龄11天时至少有两种具有HSC潜力的中间细胞是HSCs的前体细胞，被命名为前体造血干细胞(pre-HSCs)。CD45− pre-HSCs (1型pre-HSCs，T1 pre-HSCs)出现表明通过启动CD41表达及同时丧失内皮潜能与内皮细胞谱系分离开。随后，它们进一步成为CD45+ pre-HSCs (2型pre-HSCs，T2 pre-HSCs)，最终形成成熟的HSCs。处于造血层级的顶端，HSCs是稀有细胞，构成了不到1/10,000的胎肝和成年骨髓细胞。然而通过采用抗体鸡尾酒有望以高纯度地分离出HSCs，确保了随后单细胞水平上的细胞操控。不幸的是，这并不适合小鼠中期妊娠胚胎中具有HSC潜力的细胞。

索取Omega-ACU多功能细胞代谢检测平台相关资料，请填写信息>>

近期，中国和国外的一些研究团体报告称开发出了一些单细胞RNA测序(RNA-seq)技术，可以在单细胞和单碱基分辨率上分析转录组。这些技术大大推动了在罕见细胞类型中详细调查基因表达网络，促进了在空间和时间复杂的细胞群中解析基因表达异质性。

在这篇Nature文章中，研究人员报告称利用一些有效的表面标记物以高纯度捕获了新生pre-HSCs，通过由单细胞开始的连续移植进行了严格地验证。随后，他们应用单细胞RNA测序分析了主动脉-性腺-中肾（AGM）区的内皮细胞、CD45− 和CD45+ pre-HSCs，及胎肝中的HSCs。Pre-HSCs s在转录机器、动脉标志、代谢状态、信号通路和转录因子网络上显示出独特的特征。研究证实在功能上，激活mTOR是HSCs出现而非造血前体细胞出现的必要条件。基于转录组数据的功能分析揭示出了pre-HSCs细胞周期状态显著的异质性。最后，他们鉴别出了pre-HSCs的核心分子标记。

新研究为解析调控体内HSCs逐步产生的复杂分子机制铺平了道路，并将有助于未来的研究努力操纵HSCs满足临床应用。

HSC是各种血细胞的始祖细胞，担负着维持和重建造血的重要生理功能，HSC的功能异常是许多血液系统疾病的根源。HSC移植方法作为临床治疗血液系统难治性疾病和其他恶性肿瘤性疾病的重要手段已被广泛应用。因此，HSC的生物学特性和功能调节的分子机制研究，不但具有重要的理论意义，同时具有重要的生物医学应用价值。来自杭州师范大学的研究人员证实，SIRT6通过表观遗传调控Wnt信号控制了造血干细胞稳态。这一研究发现发布在2016年4月7日的Cell Stem Cell杂志上（杭州师范大学Cell Stem Cell揭示干细胞表观遗传调控 ）。

最近，加拿大麦克马斯特大学等处的研究人员，对于人类血液系统的干细胞的理解，取得了重大进步，他们发现了一个关键蛋白如何让这些细胞更好的控制和再生。这一研究结果发表在2016年4月的科学杂志《Nature》上，阐明了一个叫做Musashi-2的蛋白质，如何调节重要造血干细胞的功能和发展（Nature：新方法解决造血干细胞移植困境 ）。

根据斯托瓦斯（Stowers）医学研究所的研究人员所说，一个称作为Dlk1-Gtl2印记区域的特殊DNA位点，在保护造血干细胞中发挥了至关重要的作用，这一研究发现揭示了代谢控制在成体干细胞中的关键性作用，提供了有潜力诊断及治疗癌症的新见解。研究论文在发表于2015年11月25日的Cell Stem Cell杂志上（李凌衡教授Cell Stem Cell发表干细胞重要发现 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Tracing haematopoietic stem cell formation at single-cell resolution

Haematopoietic stem cells (HSCs) are derived early from embryonic precursors, such as haemogenic endothelial cells and pre-haematopoietic stem cells (pre-HSCs), the molecular identity of which still remains elusive. Here we use potent surface markers to capture the nascent pre-HSCs at high purity, as rigorously validated by single-cell-initiated serial transplantation. Then we apply single-cell RNA sequencing to analyse endothelial cells, CD45− and CD45+ pre-HSCs in the aorta–gonad–mesonephros region, and HSCs in fetal liver. Pre-HSCs show unique features in transcriptional machinery, arterial signature, metabolism state, signalling pathway, and transcription factor network. Functionally, activation of mechanistic targets of rapamycin (mTOR) is shown to be indispensable for the emergence of HSCs but not haematopoietic progenitors. Transcriptome data-based functional analysis reveals remarkable heterogeneity in cell-cycle status of pre-HSCs. Finally, the core molecular signature of pre-HSCs is identified. Collectively, our work paves the way for dissection of complex molecular mechanisms regulating stepwise generation of HSCs in vivo, informing future efforts to engineer HSCs for clinical applications.

作者简介：

刘兵

教育：
1991.09-1996.06：第三军医大学 临床医学专业，医学学士学位；
1996.07-1999.06：军事医学科学院 基础医学研究所，医学硕士学位；
1999.07-2002.06：第二军医大学 研究生院，医学博士学位。
 
工作：
2002.07-2004.09：军事医学科学院 基础医学研究所，助理研究员；
2004.09-2009.09：军事医学科学院 基础医学研究所，副研究员；
2005.05-2007.10：军事医学科学院 基础医学研究所，细胞生物学研究室副主任；
2007.10至今：军事医学科学院 附属307医院，肿瘤学研究室主任；
2009.09至今：军事医学科学院 附属307医院，研究员；
2010.02至今：军事医学科学院 附属307医院，307-青藤转化医学中心主任。
 
研究兴趣：
1、阐明血液血管干细胞和定向造血干细胞之间的发育学关系；
2、探索生血内皮发育（尤其是特化阶段）的体内分子调控机制；
3、建立新方法对造血干细胞前体的体内发育动力学进行评估；
4、创建胚胎基质细胞系支持多能干细胞分化产生造血干细胞。

汤富酬研究员

2003年在北京大学获理学博士学位，2004－2010年，英国剑桥大学Gurdon研究所博士后，2010年至今在北京大学生物动态光学成像中心任研究员。主要围绕哺乳动物早期胚胎发育，研究胚胎干细胞和上胚层干细胞的自我更新能力和多能性调控的分子机理，特别是表观遗传学调控机理，以及相关的原始生殖细胞发育过程中的表观遗传学重编程机理。利用本实验室发展的单细胞microRNA表达谱分析技术、基于深度测序的单细胞数字转录组分析技术、单细胞基因分型技术、以及染色体免疫共沉淀-深度测序技术、小鼠胚胎显微操作技术深入分析多能性干细胞的动态基因表达网络和表观遗传学调控。

袁卫平

男，博士，中国医学科学院北京协和医学院血液学研究所血液病医院实验血液学国家重点实验室研究员,博士生导师,中国医学科学院/北京协和医学院协和学者特聘教授。袁卫平教授博士毕业于美国佛罗里达大学医学院细胞和发育生物学专业。袁卫平博士毕业后，在美国北卡大学教堂山分校医学院药理系做博士后研究， 2005年应聘担任美国北卡大学教堂山分校医学院生化和生物物理系研究助理教授。2008年1月起担任美国范德堡大学干细胞生物学中心高级研究员。2009年10月应聘担任实验血液学国家重点实验室研究员，研究方向包括：1)   造血干细胞分化机制;2)   mTORC在造血干细胞和白血病中作用机制;3)   iPS细胞治疗血液疾病应用研究。已在多种国际重要学术期刊发表近20篇SCI论文。