2022年11月3日，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院（血液學(xué)研究所）程濤教授和程輝研究員團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周波研究員、解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心劉兵教授合作在Cell Stem Cell《細(xì)胞-干細(xì)胞》在線發(fā)表了題為“Uncovering the emergence of HSCs in the human fetal bone marrow by single cell RNA-seq analysis”（單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序揭示第一波造血干細(xì)胞在人胚骨髓中的定植）的研究論文。在國(guó)際上率先闡明了人胚骨髓中第一波造血干細(xì)胞（hematopoietic stem cell, HSC）的定植時(shí)間點(diǎn)、分子特征及其與微環(huán)境細(xì)胞的相互作用，揭示了HSC在人胚骨髓中定植的機(jī)制，為未來(lái)HSC發(fā)育的研究提供寶貴的資源。該研究被選為Cell Stem Cell雜志封面故事。
本研究團(tuán)隊(duì)首先利用高通量10x Genomics單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序解析了人類胚胎骨髓（10-14周）和脾臟（12-14周）造血干/祖細(xì)胞 (HSPC)及其造血微環(huán)境群體。在骨髓和脾臟中均檢測(cè)到了免疫表型和轉(zhuǎn)錄組定義的HSC/多潛能祖細(xì)胞（MPP）。然而通過(guò)免疫缺陷鼠移植實(shí)驗(yàn)證實(shí)，真正具有長(zhǎng)期多系造血重建能力的HSC直到12周才出現(xiàn)在骨髓中，相反，12-14周的脾臟均未檢測(cè)到功能性的HSC。為了闡明最早定植于胚胎骨髓的HSC分子特征，進(jìn)一步整合多個(gè)發(fā)育階段的HSC/MPP單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)與成體骨髓中的HSC/MPP相比，胎髓HSC/MPP高表達(dá)cell-ECM互作的基因，并且在早期胚胎骨髓（10-14周）的HSC/MPP中表現(xiàn)更為顯著，提示該過(guò)程可能參與HSC的骨髓定植。該時(shí)期的HSC/MPP細(xì)胞周期更活躍，而中期胚胎骨髓（17-22周）的HSC/MPP則處于相對(duì)靜息狀態(tài)，并且表達(dá)和激活更多與HSC干性維持相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，提示早期胚胎骨髓HSC/MPP的功能活性低于中期。
進(jìn)一步，利用受配體基因互作分析揭示了aEC （arteriolar endothelial cells）和CAR細(xì)胞 （CXCL12-abundant reticular cells）是支持HSC功能的重要niche細(xì)胞。這兩類細(xì)胞高表達(dá)PTN、DLK1、IGF1、JAG1和CXCL12等多種造血支持因子。體外共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)也證明CAR細(xì)胞來(lái)源的PTN可以維持HSC/MPP的功能。最后，為了進(jìn)一步解析HSC為何優(yōu)先定植于骨髓而非脾臟，利用受配體基因互作分析揭示胎肝來(lái)源的HSC與骨髓和脾臟來(lái)源的基質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等微環(huán)境群體之間潛在的細(xì)胞間相互作用。發(fā)現(xiàn)骨髓niche細(xì)胞相比于脾臟，表達(dá)更多支持HSC遷移、維持和擴(kuò)增的關(guān)鍵信號(hào)，提示人胚胎骨髓為HSC的定植提供了更優(yōu)良的“土壤”。
該研究在國(guó)際上率先證實(shí)了HSC最早定植骨髓的時(shí)間點(diǎn)，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白，剖析了人胚胎HSC和骨髓及脾臟微環(huán)境細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組景觀圖，預(yù)測(cè)了可能參與HSC骨髓定植的關(guān)鍵因子，為HSC發(fā)育的研究提供豐富的參考數(shù)據(jù)，同時(shí)也為臨床造血干細(xì)胞移植后歸巢提供重要啟示。
該研究獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2021YFA1100900）、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（81730006）、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2021-I2M-1-019、2021-I2M-1-040）以及中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（3332021093）等基金的支持。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院（中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液學(xué)研究所）程濤教授和程輝研究員，中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周波研究員以及解放軍總醫(yī)院第五醫(yī)學(xué)中心劉兵教授為共同通訊作者。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院（中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液學(xué)研究所）博士生鄭昭烽、暨南大學(xué)博士生賀涵、中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士生唐新宇、陸軍軍醫(yī)大學(xué)博士生張晗、天津醫(yī)科大學(xué)博士生茍芳琳以及天津市中心婦產(chǎn)科醫(yī)院楊華主任為并列第一作者。
原文鏈接：https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(22)00423-4
