周家喜课题组合作揭示R-spondin/LGRs调控人多能干细胞造血分化新功能
人多能干细胞（human pluripotent stem cells）具有无限自我更新和多向分化的潜能。因此，在产生可移植的造血干祖细胞以及各种成熟血细胞例如血小板和红细胞并进而用于临床输注治疗方面被寄予厚望。但是，目前的分化方法仅能产生有限数量而且功能不完善的血细胞。揭示人多能干细胞造血分化的机理并进而设计高效的血细胞生产策略依旧是领域亟需解决的关键科学问题[1,2]。
2020年5月5日，中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）实验血液学国家重点实验室周家喜课题组与中南大学周文课题组联合在Cell Reports杂志在线发表题为LGR4, not LGR5, enhances hPSC hematopoiesis by facilitating mesoderm induction via TGF-beta signaling activation的论文。
在前期研究中，周家喜研究组已经发现造血微环境中的一种分泌蛋白R-spondin2能够显著提高人多能干细胞造血分化的效率，产生大量的造血干祖细胞[3]。
在本研究中，作者首先对R-spondins蛋白的受体及其它GPCRs（G-protein couple receptors, GPCRs）在人多能干细胞造血分化过程中的动态表达进行了解析，发现LGR4 (leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptors 4, LGR4)和LGR5在此分化过程中高表达。
通过构建LGR4和LGR5单独敲除或同时敲除的人多能干细胞突变体并比较其分化潜能，发现仅LGR4敲除影响人多能干细胞中胚层分化和小鼠胚胎的中胚层发育，LGR4而非LGR5是体内外早期造血发育中重要调控因子。
研究还发现R-spondin蛋白家族的4个成员在人多能干细胞造血分化过程中的作用和机制也不尽相同。R-spondin1/2/3通过促进中胚层细胞产生从而促进造血分化，R-spondin4几乎没有任何造血分化促进作用。R-spondin1/3依赖于LGR4和ZNRF3 (zinc and ring finger 3) 受体促进人多能干细胞造血分化，而R-spondin2不依赖LGR4/5，可独立通过ZNRF3促进人多能干细胞造血分化。机理研究则揭示LGR4和R-spondins均可通过激活TGF-beta信号通路发挥功能。
该研究以人多能干细胞和敲除小鼠为模型，揭示了分泌蛋白R-spondin家族及LGR受体在中胚层诱导和造血分化过程中的重要功能，该发现表明R-spondin蛋白可用作重要的工具用于产生大量的血细胞，对提升人多能干细胞造血分化效率并揭示分化机理具有重要的作用。
王钰博士 (现为美国密歇根大学博士后)为论文的第一作者，周家喜教授和周文教授为论文的共同通讯作者，本研究工作还得到华东师范大学生命科学学院刘明耀教授在Lgr4敲除老鼠方面的重要协助。
参考文献：
1. Kaufman DS. Toward clinical therapies using hematopoietic cells derived from human pluripotent stem cells. Blood 114(17):3513-23 (2009).
2. Wang, H., Liu, C., Liu, X., Wang, M., Wu, D., Gao, J., Su, P., Nakahata, T., Zhou, W., Xu, Y., et al. MEIS1 Regulates Hemogenic Endothelial Generation, Megakaryopoiesis, and Thrombopoiesis in Human Pluripotent Stem Cells by Targeting TAL1 and FLI1. Stem Cell Reports 10, 447-460 (2018).
3. Wang, Y., Gao, J., Wang, H., Wang, M., Wen, Y., Guo, J., Su, P., Shi, L., Zhou, W., and Zhou, J. R-spondin2 promotes hematopoietic differentiation of human pluripotent stem cells by activating TGF beta signaling. Stem Cell Res Ther 10(1), 136 (2019).