打开干细胞移植早期的“黑匣子”，程涛教授/朱平副研究员合作团队发表最新研究成果

 5月4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程涛教授、朱平副研究员课题组联合国内外多个实验室在《Nature Cell Biology》杂志在线发表了“Differentiation of transplanted haematopoietic stem cells tracked by single cell transcriptomic analysis”研究论文。该研究基于功能学、免疫表型和转录组特征三个方面更加全面地定义了造血系统21个细胞群体，建立了稳态下造血细胞转录组图谱，并首次揭示了造血干细胞（HSC）移植后早期供体来源的细胞类型，供体HSC向下游细胞分化的过程以及该过程中涉及的动态基因表达改变和潜在的影响机制，从而揭开了HSC移植后早期生物学行为的“黑匣子”。该研究结果为临床移植带来重要启示，期待下一步利用单细胞技术对病人移植后HSC生物学行为变化的解码为临床干细胞移植带来更多直接的证据和重要的指导意义。

 作为研究历史最长、临床应用最为广泛、治疗效果最为确切的成体干细胞之一，HSC移植被广泛应用于多种血液系统疾病和自身免疫性疾病以及多种遗传性疾病的治疗。在临床实践中，通常在移植后不同时间点采集受者的外周血或者骨髓来评估移植物的植入效率及造血恢复情况。早在2012年，程涛教授团队就率先揭示了预处理的损伤受体环境对于供体移植HSC有负性作用的“旁观者”效应，但对于HSC在骨髓归巢后如何增殖、分化并重建整个造血的动态过程却知之甚少。因此，这方面的研究对解决临床HSC移植植入不良十分重要。

 为了探索HSC在骨髓归巢后如何增殖、分化并重建整个造血的动态过程，该研究利用单细胞转录组测序技术建立了小鼠稳态造血情况下造血细胞群的单细胞转录组图谱。研究团队首先将28个免疫表型定义的造血细胞群体（immunophenotype-based haematopoietic cell populations）根据转录组特征定义为21个转录组细胞群(transcriptome-based haematopoietic cell populations)，并将测序结果与已发表的造血细胞测序数据进行了比较，结果显示相同细胞类型的测序数据结果高度吻合，证明了测序数据质量的可靠性。作者尤其将高度异质性的5个免疫表型定义的HSC群体和9个免疫表型定义的MPP群体根据转录组特征重新定义为3个tHSC亚群（tHSC1、tHSC2和tHSC3）和5个tMPP亚群（tMPP1、tMPP2、tMPP3、tMPP4和tMPP5），并对这些重新定义的HSC以及MPP在自我更新、增殖潜能以及分化倾向方面的差异进行了比较。这是目前成体小鼠各类造血细胞较为精细的单细胞转录组定义和最全面的分类体系。接下来，研究人员进一步利用小鼠HSC移植体系来追踪移植后早期（1周之内）供体HSC生物学活动过程，发现移植后早期供体HSC并未发生想象中的剧烈扩增，反而快速向不同潜能的MPP细胞进行分化，同时伴有少量巨核/红系和髓系前体细胞(tMEs和tGMs)的出现，这种快速的细胞分化现象甚至并不依赖于细胞分裂（移植后24小时已经发生）；供体来源细胞中残存的HSC主要为tHSC1和tHSC2：tHSC1在移植后与稳态下相比表现为细胞周期更加静息，向不同谱系分化潜能下降，处于一种“reserved HSC”状态；而 tHSC2在移植后细胞周期比稳态下更加活跃，向髓系、巨核红系的分化潜能增强，处于一种“primed HSC”状态；HSC频率在移植后1周内逐渐下降，体内外功能实验发现少量残存的HSC仍然具有长期维持造血重建的能力；HSC移植后早期分化的MPP和少量tMEs和tGMs数量呈现动态变化过程，伴随有免疫反应、不同谱系特异性转录因子和标志基因的波动性基因表达趋势；HSC移植后早期分化的少量tMEs仍然高表达HSC干性相关基因，照射后微环境中关键造血因子EPO和G-CSF浓度的显著上升可能触发了细胞向红系和巨核系的快速分化。

移植后细胞类型动态变化

 该研究是在中国医学科学院医学健康创新工程项目和科技部重点研发专项等支持下完成的。同时，研究过程中得到英国剑桥大学干细胞中心Berthold Göttgens团队在生物信息学分析方面的支持和帮助，也是所院与剑桥大学代表性合作成果之一。程涛教授、朱平副研究员和Berthold Göttgens教授为该论文的通讯作者。董芳博士、郝莎博士、博士研究生张森和朱才英、程辉博士为该研究论文共同第一作者。该工作的完成得益于北京大学汤富酬教授团队强大技术支持和无私帮助，并得到了刘兵、兰雨及王金勇等教授的参与和指导。

 该研究的实施以血细胞图谱计划“ABC(Atlas of Blood Cells)”启动为背景，是小鼠“ABC”项目的代表作品。以所院整体布局和重点突破方向为导向，依托所院生物信息平台，加快推进系列单细胞技术广泛应用于科研与临床研究中，我们必将看到越来越多基于单细胞测序的研究论文“开花结果”，也必将为血液系统疾病的精准诊疗带来更多的启示和指导。