废用性骨质疏松小鼠髓系偏祖细胞扩增与BRD4调控的白血病前状态单细胞转录组图谱

《Cell & Bioscience》：Single-cell transcriptome analysis profiles the enlarged subsets of myeloid-biased HSPCs with preleukemic characters in disuse osteoporosis mice

本研究针对骨质疏松（OP）如何影响造血系统并增加血液肿瘤风险这一关键问题，通过构建小鼠后肢卸载（HU）模型，结合单细胞转录组测序技术，首次系统揭示了OP小鼠骨髓中髓系偏祖造血干祖细胞（HSPCs）亚群的扩增及其白血病前特征。研究发现MPP3、GMP等髓系偏祖细胞亚群在OP状态下表现出分化受阻和凋亡抵抗，其分子机制与染色质重塑关键因子BRD4的上调密切相关。体内抑制BRD4可部分逆转OP诱导的造血异常表型。该研究为OP患者白血病预防提供了新的理论依据和潜在干预靶点。

　　

当我们谈论骨质疏松时，往往聚焦于骨骼脆性增加导致的骨折风险，但鲜少有人意识到——骨骼的健康状况与血液系统的命运竟如此紧密相连。在成年哺乳动物体内，骨髓不仅是造血干细胞（HSCs）的栖息地，更是一个动态平衡的生态系统。骨质疏松（OP）引发的骨髓微环境改变，正悄然改写造血干细胞的命运剧本，甚至为白血病等血液恶性肿瘤埋下伏笔。

以往研究已发现骨质疏松患者外周血中髓系细胞数量异常升高，且老年OP患者罹患骨髓增生异常综合征（MDS）的风险显著增加。然而，骨质疏松究竟如何重塑造血干细胞的生物学行为？髓系偏祖的造血状态是否会成为白血病发生的“温床”？这些问题始终是领域内的认知空白。发表在《Cell & Bioscience》的最新研究通过精密的实验设计，首次在单细胞分辨率下描绘了骨质疏松小鼠模型中造血干祖细胞的转录组图谱，揭示了BRD4染色质阅读器在调控髓系偏祖细胞白血病前特征中的核心作用。

研究人员主要运用了后肢卸载（HU）小鼠模型模拟骨质疏松、流式细胞术分析造血细胞亚群、单细胞RNA测序技术、体外集落形成实验、体内BRD4抑制剂干预等关键技术方法。其中单细胞测序样本来源于4只小鼠的骨髓Lin^-c-kit⁺造血干祖细胞，通过微孔芯片捕获技术获得了48,974个高质量细胞转录组数据。

骨质疏松增加小鼠外周血髓系细胞

通过28天后肢卸载成功构建小鼠骨质疏松模型，显微CT显示股骨骨小梁体积分数（Tb.BV/TV）显著降低，骨小梁分离度（Tb.Sp）增加，骨髓腔内脂肪细胞增多。外周血分析发现白细胞总数下降的同时，髓系细胞（CD11b⁺）比例显著上升，B淋巴细胞则大幅减少，提示造血系统向髓系分化偏倚。

髓系偏祖造血干祖细胞池扩增伴分化凋亡受损

骨髓造血干祖细胞分析显示，Lin^-Sca-1⁺c-Kit⁺（LSK）细胞数量显著增加。其中髓系偏祖的多能祖细胞MPP3（CD135^-CD150^-CD48^-）和粒-巨噬细胞祖细胞（GMP）扩增尤为明显。然而下游成熟中性粒细胞并未同步增加，集落形成实验证实CFU-GM、CFU-E和CFU-GEMM集落数量减少，提示细胞分化能力受损。同时LSK细胞、MPP3/4和髓系祖细胞凋亡率显著降低，这种分化阻滞与凋亡抵抗共同促进了造血干祖细胞池的异常扩增。

骨质疏松骨髓微环境支持造血干细胞池扩增

全骨髓细胞转录组分析发现，巨核细胞分泌的PF4（CXCL4）表达显著下调，骨髓液中总TGF-β1蛋白水平降低，巨核细胞数量减少。这些微环境因子的变化可能共同创造了支持造血干细胞扩增和髓系偏祖分化的条件。

单细胞RNA测序识别骨质疏松特异性扩增造血干祖细胞亚群

单细胞转录组图谱成功解析了48,974个Lin^-c-kit⁺细胞的8个主要簇群。进一步亚群分析发现，骨质疏松小鼠特异性富集了造血干细胞中的subHSCs、MPP3中的MPP3-1、GMP中的GMP5、巨核细胞祖细胞中的MkP2和红系祖细胞中的EryP1等亚群。基因集富集分析显示这些亚群普遍存在染色质修饰相关通路的激活。

扩增的特异性造血干祖细胞亚群具有白血病前分子特征

骨质疏松富集亚群共享了染色质修饰基因（Brd4、Kmt2e、Dek、Npm1）上调和分化凋亡相关基因（Prtn3、Cebpa、Bak1）下调的分子特征。伪时间轨迹分析显示细胞发育路径改变，调控网络分析鉴定出Zfp951、Nfic、Maz和Ezh2等转录因子作为各亚群扩增的关键调控因子。

BRD4抑制部分逆转骨质疏松小鼠造血干祖细胞特征

针对显著上调的表观遗传阅读器BRD4，研究人员使用抑制剂JQ1进行体内干预。结果显示JQ1处理显著降低了骨质疏松小鼠MPP3/4细胞比例，部分恢复了造血干祖细胞的凋亡率和分化潜能。qPCR验证JQ1可逆转Hoxa9、Meis1等干细胞维持基因的上调和Cebpa、Noxa等分化凋亡基因的下调，证实BRD4在调控骨质疏松相关造血异常中的核心地位。

这项研究首次系统阐明了骨质疏松条件下髓系偏祖造血干祖细胞的扩增规律及其白血病前状态的分子基础。通过单细胞分辨率的多组学分析，不仅揭示了BRD4染色质阅读器在连接骨骼健康与血液稳态中的桥梁作用，更为骨质疏松患者白血病预防提供了潜在干预策略。该研究提醒我们，骨骼健康与血液系统疾病风险的关联远比想象中密切，对骨质疏松的干预或许将成为预防血液恶性肿瘤的新思路。