编辑推荐：
本文开发了将成纤维细胞重编程为造血祖细胞（HPCs）的诱导模型。研究发现 SCL 和 LMO2 诱导会导致命运决策冲突，抑制神经元命运相关通路可提高重编程效率，且重编程经生血内皮（HE）阶段。该研究为优化重编程提供了关键见解。
研究背景
在生命科学领域，细胞命运的调控一直是研究的核心热点之一。通过过表达谱系特异性转录因子（TFs）来重新编程体细胞命运，为细胞治疗带来了新的希望。然而，目前直接重编程方法存在效率低、机制不明等问题，严重限制了其在临床中的应用。
在血液疾病治疗方面，造血干细胞移植是重要手段，但面临供体缺乏和造血干细胞（HSCs）扩增困难的问题。诱导多能干细胞（iPSCs）定向分化为 HSCs 的尝试也未取得理想效果。相比之下，将体细胞直接重编程为造血干细胞和祖细胞（HSPCs）的方法更具潜力，此前已有研究成功将多种体细胞重编程为 HSPCs，但对其潜在机制仍了解不足。
本研究聚焦于成纤维细胞向造血祖细胞（HPCs）的重编程过程，旨在深入探究其中的基因调控网络，为提高重编程效率提供理论依据和技术支持。
研究方法
- 构建诱导系统：构建携带Scl-T2A-Lmo2-IRES-GFP 构建体的胚胎干细胞（ES）细胞系，在诱导型启动子的控制下，通过添加多西环素（doxycycline）实现对 SCL 和 LMO2 表达的调控，进而建立稳定的诱导系统。
- 细胞实验：使用 E14.5 小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）作为起始细胞，去除造血和内皮细胞后，在含有多西环素的造血培养基中培养，诱导 SCL 和 LMO2 表达，观察细胞形态变化、检测基因表达水平、进行功能验证实验，如集落形成单位（CFU）测定等。
- 分子生物学技术：运用 RNA 测序（RNA-seq）、转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）和单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）等技术，全面分析重编程过程中不同阶段细胞的转录组、染色质可及性和单细胞转录组变化，挖掘关键基因和调控网络。
- 体内实验：将重编程后的细胞进行荧光标记，注射到亚致死照射的 NSG 小鼠体内，监测细胞的体内移植和分化情况，评估重编程细胞的功能。
研究结果
- 重编程成功实现：实验表明，添加多西环素可有效诱导 ES 细胞系中 SCL 和 LMO2 的表达，促进生血内皮（HE）的特化。MEFs 在诱导后，逐渐出现形态改变，表达 HSPC 标记，CFU 实验证实其具有多谱系潜能，成功重编程为 iHPCs。
- 细胞特性分析：重编程后的 iHPCs 表现出多谱系分化能力，在不同培养条件下可分化为红细胞、髓细胞、巨核细胞等多种造血细胞类型。体内移植实验显示，iHPCs 能在小鼠体内短期移植，但长期移植效果不佳。
- 重编程阶段分析：转录组分析发现，重编程过程中细胞的转录状态逐渐改变，早期出现造血和内皮相关基因的上调，以及成纤维细胞基因的下调。基因本体（GO）分析和基因集富集分析（GSEA）表明，重编程通过 HE 阶段进行，与胚胎发育过程相似。
- 染色质动态变化：ATAC-seq 分析显示，重编程早期染色质可及性发生显著变化，SCL 和 LMO2 的内源性基因位点可及性增加，同时一些关键转录因子基因的可及性也发生改变，暗示它们在重编程中的重要作用。
- 单细胞水平探究：scRNA-seq 分析揭示了重编程过程中的细胞异质性，发现重编程的随机性并非由起始细胞群体的异质性或无法启动重编程引起。轨迹分析表明，成纤维细胞在重编程过程中存在多种途径，部分细胞会出现神经元基因的表达，影响重编程效率。
- 调控途径验证：通过抑制神经生长因子（NGF）/ 酪氨酸激酶受体（Trka）信号通路，发现重编程效率显著提高，进一步证实了神经元命运诱导对重编程的阻碍作用。
研究结论
本研究成功建立了成纤维细胞向 iHPCs 重编程的诱导模型，深入解析了重编程过程中的转录组和染色质可及性变化，明确了 SCL 和 LMO2 诱导的重编程通过 HE 阶段进行。研究还发现重编程效率低的主要原因并非起始细胞群体的特性或重编程启动失败，而是 SCL 和 LMO2 诱导的细胞命运冲突。抑制神经元命运相关通路可有效提高重编程效率，为优化重编程策略提供了重要的理论基础和实践指导，有望推动细胞治疗领域的发展，为血液疾病的治疗带来新的突破。
