研究人員從單細胞水平揭示造血干細胞擴增的動態圖譜

造血干細胞具有自我更新和分化的生物學特征，既可以維持其自身在造血組織中的恒定數量，又能向紅系、粒系、巨核系和淋巴系等多種血細胞分化。造血干細胞移植廣泛應用于白血病、再生障礙性貧血、骨髓增生異常綜合征等臨床血液系統惡性腫瘤的治療，然而，造血干細胞來源不足，限制其廣泛應用。因此，如何模擬體內造血干細胞擴增并實現臨床轉化應用備受關注。

斑馬魚造血干/祖細胞（Hematopoietic stem/progenitor cells，HSPCs）擴增和分化的重要場所是尾部造血組織（Caudal hematopoietic tissue，CHT）。CHT是高度血管化的微環境結構，包括尾部主動脈、尾部主靜脈、尾部靜脈血管叢（Caudal vein plexus，CVP）以及大量的成纖維網狀細胞和多種血細胞。其中，各個組分的有序及精細的調控對微環境的穩態維持至關重要。中國科學院動物研究所劉峰研究組前期已利用多維多重轉錄組技術，系統闡釋了造血干細胞和微環境細胞之間的分子調控網絡。然而，對造血干細胞擴增和分化的時間區段內，血管微環境的細胞復雜性、功能可塑性及動態協同發育過程的研究較為有限。

劉峰研究組在PNAS上發表研究論文A single-cell resolution developmental atlas of hematopoietic stem and progenitor cell expansion in zebrafish。該研究描繪了擴增性造血組織的動態單細胞發育圖譜，深入解析了造血干細胞擴增的細胞基礎和分子機制。

利用單細胞轉錄組測序技術，研究選取3個造血干細胞發育的重要時間點（55hpf、3.5hpf、4.5hpf）對斑馬魚尾部造血組織28777個細胞（包含HSPCs、內皮細胞及非內皮/HSPCs細胞）進行深入分析。首先，研究鑒定出斑馬魚尾部造血組織不同分化傾向性的HSPCs和各譜系血細胞。其次，通過對CHT微環境成分的深入解析，研究發現CHT存在動態發育過程，即微環境細胞協同HSPCs發育。研究還鑒定了一群特殊的促擴增內皮細胞和其特異的微環境因子Gpr182。斑馬魚體內功能實驗證明，Gpr182可以促進HSPCs在尾部造血組織的擴增，并且Gpr182的功能在小鼠中是保守的。最后，通過將斑馬魚尾部造血組織和人胎肝的單細胞數據進行比對分析，研究發現二者在進化上具有保守的細胞類群基因表達，而其差異性則體現在細胞類型組成和HSPC的轉錄組特征，即斑馬魚的擴增性造血組織的HSPC更能適應溫度變化，人胎肝中的HSPC具有更強的免疫特征。上述結果暗示了造血干細胞對環境的適性進化。

該研究對斑馬魚擴增性造血組織的動態發育、造血干細胞擴增的細胞學基礎提出了更有深度的理解，為HSPCs的體外高效擴增提供了新的理論指導。