3月5日，國際學術期刊Immunity在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）周波課題組，聯(lián)合中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）王前飛課題組和中國醫(yī)學科學院血液病醫(yī)院（中國醫(yī)學科學院血液學研究所）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)，結合單細胞測序，對造血干細胞（HSC）的分化路徑與巨核細胞（MK）產(chǎn)量和功能之間的關系進行解析。

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胞MkPs，而無需經(jīng)歷經(jīng)典造血等級中一系列的限制性祖細胞（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？受技術限制，一直以來人們很難對兩種分化路徑進行比較，不同分化路徑產(chǎn)生MkPs和MKs的分化動力學也仍不清楚。

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實現(xiàn)了對逐步分化路徑上的RPs的高效且特異性的標記，同時，研究組構建了Rosa26^{loxp-STOP-loxp-rox-loxp-ZsGreen-STOP-rox-tdTomato} (R26^ZT1) 報告小鼠，利用此小鼠將廣泛表達的Ubc-creER與CD48-Dre正交重組，實現(xiàn)了對CD48-Dre+細胞的誘導性示蹤，繪制了不同譜系各個層級造血細胞的更替曲線，結果提示逐步分化路徑上的全部祖細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胞，不在成熟血細胞中表達的Kit-creER與CD48-Dre正交重組，團隊又繪制了不同分化路徑上各種造血祖細胞產(chǎn)生下游成熟細胞的分化動力學曲線，并發(fā)現(xiàn)兩種分化路徑在穩(wěn)態(tài)下對巨核細胞的貢獻具有相當?shù)臄?shù)量和相似的動力學特征。

巨核細胞（Megakaryocyte，MK）除了廣為人知的負責產(chǎn)生具有凝血、免疫等功能的血小板，也作為造血干細胞（HSC）的重要微環(huán)境，并親自參與免疫反應，單細胞測序已經(jīng)揭示了不同MK功能亞群的存在。然而巨核細胞獲得不同功能的機制仍有待闡明。研究團隊通過對譜系示蹤系統(tǒng)（CD48^dre;R26^rox-tdTomato）區(qū)分的兩種路徑來源的巨核細胞進行單細胞測序，發(fā)現(xiàn)滋養(yǎng)型巨核細胞（Niche-supporting MKs）由直接分化路徑（Tomato-negative）產(chǎn)生，免疫型巨核細胞（Immune MKs）由逐步分化路徑（Tomato-positive）產(chǎn)生，而兩種路徑共同負責血小板生成型巨核細胞（Platelet-producing MKs）的產(chǎn)生。于此相對應，通過不同途徑產(chǎn)生的巨核細胞在體外和體內(nèi)表現(xiàn)出不同的功能活性。

研究團隊通過在示蹤小鼠體內(nèi)模擬不同的生理需求，發(fā)現(xiàn)兩種路徑對巨核細胞和血小板的貢獻會在不同的壓力條件下做出相應的調(diào)節(jié)。在5-FU誘導的清髓壓力下，造血再生需求刺激了直接分化路徑來源巨核細胞的快速優(yōu)先產(chǎn)生；而LPS誘導的炎癥反應優(yōu)先刺激了逐步分化路徑巨核細胞的產(chǎn)生；失血導致的血小板消耗會同時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示蹤系統(tǒng)，首次繪制了不同造血層級每個譜系分支的周轉率和分化動力學圖譜，填補了造血祖細胞穩(wěn)態(tài)情況下動力學研究的空白，率先將分化路徑與成體巨核細胞的功能異質(zhì)性聯(lián)系起來。同時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)的結論也為探索臨床多種疾病情況下血小板變化的機制提供了新思路。

中國醫(yī)學科學院血液病醫(yī)院-分子細胞卓越中心聯(lián)合培養(yǎng)博士生李晶晶，中國科學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。分子細胞卓越中心周波研究員為該文的責任通訊作者，中國科學院北京基因組研究所王前飛研究員、李玥瑩研究員，中國醫(yī)學科學院血液病醫(yī)院程濤教授、程輝研究員為共同通訊作者。該項工作獲得了中國科技部、國家自然科學基金、上海市以及中國科學院的基金支持，分子細胞卓越中心SPF動物實驗技術平臺和細胞分析技術平臺為本工作提供了大力支持。

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1074761324000827

造血干細胞分化路徑?jīng)Q定巨核細胞/血小板功能多樣性示意圖