STTT | 北京大学周永胜/汤富酬/乔杰合作对人胚胎骨髓间充质干细胞进行单细胞转录组和功能分析

骨髓间充质基质/干细胞(MSCs)是一种异质群体，可以自我更新并产生基质、软骨、脂肪和骨。虽然在认识骨髓间充质干细胞的表型特征方面已经取得了重大进展，但骨髓间充质干细胞的真实身份和性质仍然不清楚。

2023年3月31日，北京大学周永胜、汤富酬及乔杰共同通讯在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=38）在线发表题为“Characterization of mesenchymal stem cells in human fetal bone marrow by single-cell transcriptomic and functional analysis”的研究论文，该研究通过单细胞转录组学和功能分析对人胎儿骨髓中的间充质干细胞进行了表征。该研究报道了基于单细胞转录组分析的人胎儿BM有核细胞(BMNCs)的表达状况。出乎意料的是，虽然常用于分离MSCs的细胞表面标记如CD146、CD271和PDGFRa未被检测到，但LIFR+PDGFRB+被鉴定为MSCs作为早期祖细胞的特异性标记。

LIFR+PDGFRB+CD45-CD31-CD235a- MSCs在体内可有效形成骨组织，重建造血微环境(HME)。有趣的是，作者还发现了一个表达TM4SF1+CD44+CD73+CD45-CD31-CD235a- 的骨单能祖细胞亚群，该亚群具有成骨潜能，但不能重建HME。MSCs在人胎骨髓发育的不同阶段表达一系列不同的转录因子，提示MSCs的干性特性可能在发育过程中发生变化。此外，与新鲜分离的原代间充质干细胞相比，培养的间充质干细胞的转录特征明显改变。总之，该研究的细胞分析以单细胞分辨率提供了人类胎儿BM驱动干细胞的异质性、发育、层次和微环境的总体概况。

骨髓(BM)来源的间充质基质/干细胞(MSCs)，以非造血、可塑性粘附、集落形成细胞为特征。尽管MSCs具有复杂性和异质性，但越来越多的证据支持这一观点，即MSCs表现出三期分化潜力，并代表骨髓造血干细胞(HSC)生态位(BM)的重要组成部分。许多研究通过使用转基因小鼠扩展了对间充质干细胞的认识。然而，由于技术和物质的限制，对人骨髓间充质细胞的细胞生物学知之甚少。此外，MSCs在胚胎阶段的发育也是一个尚未解决的问题。

MSC标记基因的鉴定对于在体内分离和鉴定MSC的特性至关重要。人类间充质干细胞长期以来一直是通过使用单克隆抗体的流式细胞仪分析来鉴定的。CD146+骨髓间充质干细胞可富集CFU-Fs，并能生成造血骨髓。CD271是另一个被广泛接受的人骨髓间充质干细胞表面标记物，CFU-Fs在CD271+CD146-/low和CD271+CD146+细胞中都高度富集。其他表面标记包括CD105、CD73、CD90、CD49a、CD140b、MSCA-1、SSEA-4和STRO-1也用于单独或联合对人间质干细胞进行分类。尽管通过培养实验已经获得了大量关于人类间充质干细胞的信息，但这些细胞在体内的复杂性和生理特征仍然缺乏研究。

机理模式图（图源自Signal Transduction and Targeted Therapy ）

Mx-1-Cre小鼠源性细胞在体外具有CFU-Fs活性和三期分化潜能，但在体内仅表现出有限的分化能力。已有报道称CD146可在体内标记人骨髓间充质干细胞，但其表达水平在细胞培养时发生显著变化。此外，在细胞扩张后，骨髓间充质干细胞的整体DNA甲基化谱也有显著差异。这些研究都清楚地表明，MSCs/SSSCs的体外特征并不能真实地反映其在体内的功能。遗憾的是，目前对人类骨髓间充质干细胞的认识主要是通过体外培养系统来提高的。因此，在体内识别人骨髓间充质干细胞/造血干细胞的真实身份的策略将对清理“骨髓间充质干细胞的干细胞混乱”有很大帮助。

该研究在单细胞分辨率下对人胎儿BM有核细胞(BMNCs)进行了全面筛选。该研究从46个6-24周发育的人类胚胎中分离出原发性BMNCs，并使用两种互补策略进行scRNA-seq分析，以平衡准确性和通量。基于系统的生物信息学分析和实验验证，该研究在人类骨髓中鉴定出两种类型的干细胞。该研究将加强人们对人类胚胎骨髓间充质干细胞及其异质性和体内微环境的理解。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41392-023-01338-2

转自：“iNature”微信公众号

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