Cell Research：李程研究组与合作者揭示胎肝造血干细胞扩增功能单元“HSC PLUS”
CellResearch
●2021年8月2日，北京大学生命科学学院李程团队与中国科学院动物研究所刘峰团队合作在CellResearch杂志发表题为IdentificationofHSC/MPPexpansionunitsinfetalliverbysingle-cellspatiotemporaltranscriptomics的研究论文。该论文利用单细胞转录组和空间转录组联合分析的方法，绘制了小鼠胎肝发育的单细胞时空转录组图谱，解析了造血干/祖细胞的转录组和功能异质性，鉴定了造血干细胞扩增的功能单元（HSC‘pocket-like’units,HSCPLUS）并揭示其分子机制。
首先，研究人员通过单细胞转录组测序技术，绘制了胎肝血细胞和微环境细胞发育的转录组图谱，解析了造血干/祖细胞和微环境细胞的转录组动态变化。通过生物信息学分析和移植实验验证，研究人员发现CD93不仅可以富集干性较强的造血干/祖细胞，还是造血干/祖细胞发育的调控因子。随后，研究人员使用CellPhoneDB方法构建了微环境细胞和造血干/祖细胞的互作调控网络，鉴定了潜在的促造血干细胞扩增分子，如生长因子MDK和PTN等。
为了验证互作细胞和配对信号分子的空间关系，研究人员绘制了胎肝的空间转录组图谱。利用空间转录组数据具有空间坐标的特征，研究人员将微环境细胞和与造血干/祖细胞的空间关系分为Intra-spot（关系最密切）、Inter-spot（关系密切）和Others（关系疏远）三类。通过定性和定量分析，研究人员发现巨噬细胞高度富集在造血干/祖细胞周围，并且具有相邻关系的巨噬细胞和造血干/祖细胞分别表达互作分子对中的配体和受体。与此同时，免疫荧光实验数据显示巨噬细胞可以形成“口袋状”结构包围造血干/祖细胞，功能数据显示巨噬细胞及其分泌生长因子的促扩增作用。即扩增的造血干/祖细胞处于巨噬细胞和生长因子富集的HSCPLUS。众所周知，细胞是机体的最小功能单元，其次是组织/器官，本研究发现细胞和组织/器官之间存在细胞行为的特定功能单元，即造血干细胞扩增的基础功能单元（HSCPLUS）。
最后，通过将小鼠胎肝和已发表的人胎肝单细胞转录组数据比对分析，研究人员发现在人胎肝中也存在保守的扩增结构和分子机制。以上述高通量组学数据为基础，研究人员搭建了数据交互网站，可以检索基因的时空表达谱，包括细胞类型以及空间位置等。
综上所述，该研究首次绘制了小鼠胎肝发育的单细胞时空转录组图谱，鉴定了造血组织功能单元（HSCPLUS），不仅加深了我们对体内造血干细胞扩增方式的理解，扩充了我们对组织功能单元的认识，也为造血干细胞体外扩增提供了更多线索。
胎肝造血干细胞扩增功能单元示意图
●中国科学院动物研究所刘峰研究员和北京大学生命科学学院李程研究员为本文共同通讯作者。中国科学院动物研究所博士研究生高素伟和北京大学生命科学学院石强博士为本文共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等的资助，并得到北京大学“北极星”高性能计算平台的大力支持。
参考文献
1.Laurenti,,,2018.553(7689):
2.Zhang,Y.,etal.,,2018.28(12):
3.Ema,,Expa,2000.95(7):
4.Swain,A.,etal.,Intrins,2014.29(9):
2020年热文精选
1.杯具了！满满一纸杯热咖啡中，满满的塑料微粒…
2.美英澳科学家《自然医学》再添力证：新冠病毒乃自然进化产物，或有两种起源…
3.NEJM：间歇性禁食对健康、衰老和疾病的影响
4.一年内治愈失眠！研究发现：改善睡眠，你或许只需要一条沉重的毯子
5.哈佛新研究：仅12分钟的剧烈运动，能为健康带来巨大的代谢益处
6.第一项人类干预试验：在大自然里“摸爬滚打”28天，足以提高免疫力
7.垃圾食品是“真.垃圾”！它夺走了端粒长度，让人老得更快！
8.Cell解谜：不睡觉真的会死！但致死的变化不是发生在大脑，而是肠道…
9.《自然通讯》超大规模研究：血液中铁的水平是健康与衰老的关键！
10.不可思议！科学家一夜之间逆转动物“永久性”脑损伤，还让老年大脑恢复了年轻态…
