3月5日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Immunity在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）周波課題組，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所（國(guó)家生物信息中心）王前飛課題組和中國(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）程濤課題組的合作研究成果：“Differentiation route determines the functional outputs of adult megakaryopoiesis”。該研究開發(fā)了新型譜系示蹤系統(tǒng)，結(jié)合單細(xì)胞測(cè)序，對(duì)造血干細(xì)胞（HSC）的分化路徑與巨核細(xì)胞（MK）產(chǎn)量和功能之間的關(guān)系進(jìn)行解析。
越來越多的研究表明，提出HSCs（或MPPs）可以直接分化為巨核系祖細(xì)胞MkPs，而無需經(jīng)歷經(jīng)典造血等級(jí)中一系列的限制性祖細(xì)胞（restricted progenitors, RPs）階段，那么為什么HSC或MPPs在可以直接分化為巨核譜系的情況下還沒有舍棄經(jīng)過一系列RPs的逐步分化路徑呢？受技術(shù)限制，一直以來人們很難對(duì)兩種分化路徑進(jìn)行比較，不同分化路徑產(chǎn)生MkPs和MKs的分化動(dòng)力學(xué)也仍不清楚。
研究人員首先開發(fā)了可以區(qū)分直接（direct）和逐步（stepwise）造血分化路徑的譜系示蹤系統(tǒng)，CD48-Dre實(shí)現(xiàn)了對(duì)逐步分化路徑上的RPs的高效且特異性的標(biāo)記，同時(shí)，研究組構(gòu)建了Rosa26loxp-STOP-loxp-rox-loxp-ZsGreen-STOP-rox-tdTomato (R26ZT1) 報(bào)告小鼠，利用此小鼠將廣泛表達(dá)的Ubc-creER與CD48-Dre正交重組，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CD48-Dre+細(xì)胞的誘導(dǎo)性示蹤，繪制了不同譜系各個(gè)層級(jí)造血細(xì)胞的更替曲線，結(jié)果提示逐步分化路徑上的全部祖細(xì)胞都在示蹤開始后快速且完全地被更替。利用僅在造血干祖細(xì)胞，不在成熟血細(xì)胞中表達(dá)的Kit-creER與CD48-Dre正交重組，團(tuán)隊(duì)又繪制了不同分化路徑上各種造血祖細(xì)胞產(chǎn)生下游成熟細(xì)胞的分化動(dòng)力學(xué)曲線，并發(fā)現(xiàn)兩種分化路徑在穩(wěn)態(tài)下對(duì)巨核細(xì)胞的貢獻(xiàn)具有相當(dāng)?shù)臄?shù)量和相似的動(dòng)力學(xué)特征。
巨核細(xì)胞（Megakaryocyte，MK）除了廣為人知的負(fù)責(zé)產(chǎn)生具有凝血、免疫等功能的血小板，也作為造血干細(xì)胞（HSC）的重要微環(huán)境，并親自參與免疫反應(yīng)，單細(xì)胞測(cè)序已經(jīng)揭示了不同MK功能亞群的存在。然而巨核細(xì)胞獲得不同功能的機(jī)制仍有待闡明。研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)譜系示蹤系統(tǒng)（CD48dre; R26rox-tdTomato）區(qū)分的兩種路徑來源的巨核細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序，發(fā)現(xiàn)滋養(yǎng)型巨核細(xì)胞（Niche-supporting MKs）由直接分化路徑（Tomato-negative）產(chǎn)生，免疫型巨核細(xì)胞（Immune MKs）由逐步分化路徑（Tomato-positive）產(chǎn)生，而兩種路徑共同負(fù)責(zé)血小板生成型巨核細(xì)胞（Platelet-producing MKs）的產(chǎn)生。于此相對(duì)應(yīng)，通過不同途徑產(chǎn)生的巨核細(xì)胞在體外和體內(nèi)表現(xiàn)出不同的功能活性。
研究團(tuán)隊(duì)通過在示蹤小鼠體內(nèi)模擬不同的生理需求，發(fā)現(xiàn)兩種路徑對(duì)巨核細(xì)胞和血小板的貢獻(xiàn)會(huì)在不同的壓力條件下做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。在5-FU誘導(dǎo)的清髓壓力下，造血再生需求刺激了直接分化路徑來源巨核細(xì)胞的快速優(yōu)先產(chǎn)生；而LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)優(yōu)先刺激了逐步分化路徑巨核細(xì)胞的產(chǎn)生；失血導(dǎo)致的血小板消耗會(huì)同時(shí)加快兩種路徑來源血小板的產(chǎn)生。
綜上，該研究開發(fā)了高效且特異性區(qū)分直接和逐步造血分化路徑的命運(yùn)示蹤系統(tǒng)，首次繪制了不同造血層級(jí)每個(gè)譜系分支的周轉(zhuǎn)率和分化動(dòng)力學(xué)圖譜，填補(bǔ)了造血祖細(xì)胞穩(wěn)態(tài)情況下動(dòng)力學(xué)研究的空白，率先將分化路徑與成體巨核細(xì)胞的功能異質(zhì)性聯(lián)系起來。同時(shí)該研究中兩種路徑的血小板生成受不同生理需求所調(diào)節(jié)的結(jié)論也為探索臨床多種疾病情況下血小板變化的機(jī)制提供了新思路。
中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院-分子細(xì)胞卓越中心聯(lián)合培養(yǎng)博士生李晶晶，中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所博士生劉景坤為該論文并列第一作者。分子細(xì)胞卓越中心周波研究員為該文的責(zé)任通訊作者，中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所王前飛研究員、李玥瑩研究員，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院程濤教授、程輝研究員為共同通訊作者。該項(xiàng)工作獲得了中國(guó)科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市以及中國(guó)科學(xué)院的基金支持，分子細(xì)胞卓越中心SPF動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)和細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)為本工作提供了大力支持。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1074761324000827
造血干細(xì)胞分化路徑?jīng)Q定巨核細(xì)胞/血小板功能多樣性示意圖
