炎症基质细胞与T细胞介导克隆性造血和骨髓增生异常综合征中人类骨髓微环境重塑

《Nature Communications》：Inflammatory stromal and T cells mediate human bone marrow niche remodeling in clonal hematopoiesis and myelodysplasia

为解决克隆性造血（CHIP）向骨髓增生异常综合征（MDS）恶性转化过程中骨髓微环境重塑的机制问题，研究人员通过单细胞转录组学、免疫分析和功能实验，揭示了炎症性间充质基质细胞（iMSC）和IFN响应性T细胞在驱动骨髓生态位炎症重构中的核心作用，为干预恶性前造血提供了潜在治疗靶点。

　　

随着人口老龄化加剧，造血系统功能衰退及相关血液疾病日益凸显。其中克隆性造血（Clonal Hematopoiesis of Indeterminate Potential, CHIP）作为一种与年龄相关的常见现象，表现为造血干细胞/祖细胞（HSPCs）携带体细胞突变但未达到血液肿瘤诊断标准。CHIP不仅是心血管疾病和全因死亡的危险因素，更是骨髓增生异常综合征（Myelodysplastic Syndromes, MDS）和急性髓系白血病（AML）的前驱状态。尽管CHIP与MDS共享部分基因突变（如DNMT3A、TET2），但驱动CHIP向MDS转化的微环境机制尚不明确。骨髓微环境（BM niche）由间充质基质细胞（MSCs）、免疫细胞和血管网络等构成，精密调控造血稳态。近年来研究发现，衰老和血液恶性肿瘤伴随骨髓生态位炎症重塑和脂肪形成偏移，但CHIP及MDS中人类骨髓微环境的单细胞水平改变及其功能影响仍有待深入解析。

为解决上述问题，研究人员整合了单细胞RNA测序（scRNA-seq）、NanoString靶向转录组分析、流式细胞术、免疫荧光成像和体外共培养实验等多维度技术，对84例捐赠者（35例年龄匹配对照、17例CHIP、32例MDS）的骨髓样本进行系统性研究。样本来源为前瞻性BoHemE研究队列（NCT02867085），涵盖低风险MDS（含SF3B1突变亚型）及CHIP常见基因突变类型。

研究首先通过批量转录组分析发现MDS骨髓整体呈现促炎症状态，伴随TNFα和IFNα通路上调及淋巴细胞相关基因下调。单细胞测序进一步在CHIP和MDS中鉴定出一群新型炎症性间充质基质细胞（iMSCs），其特征为高表达CD44、IL1R1、PTGS2及细胞外基质重塑基因（如FN1、COL4A1）。该群细胞在健康对照中缺失，在CHIP中初步出现，在MDS中显著扩增。功能实验表明，健康及CHIP来源的HSPCs能激活基质细胞的造血支持功能，而MDS HSPCs丧失此能力；相反，MDS原始细胞进一步抑制造血支持并触发炎症反应，显示疾病阶段特异性基质功能障碍。

研究还发现MDS中IFN响应性T细胞显著扩增，其与iMSCs通过IL-7/IL-7R等配体-受体对交互，加剧局部炎症。空间转录组和免疫荧光证实MDS骨髓中IL-1R1⁺基质细胞增多，且血管密度增加、血管屏障功能受损。值得注意的是，虽然CHIP与MDS共享iMSCs的出现，但二者功能迥异：CHIP iMSCs造血支持功能减弱，而MDS iMSCs部分保留支持能力但炎症信号更强。机制上，MDS HSPCs通过分泌因子诱导基质细胞炎症反应，而小鼠Dnmt3a突变模型证实高变异等位基因频率（VAF）可驱动血管重塑和脂肪细胞减少。

研究人员为解析微环境改变的技术方法主要包括：①单细胞转录组测序（10x Genomics和CEL-Seq2）结合NanoString PanCancer/Immune Profiling Panel批量转录组分析，用于细胞分群和差异基因鉴定；②流式细胞分选（FACS）和免疫表型分析，定量免疫细胞和基质亚群；③配体-受体互作预测（NICHES算法）和转录调控网络分析（SCENIC），推断细胞间通信和调控机制；④原代细胞共培养体系（HSPC与MSC共培养）和苏木精/Giemsa染色，功能验证分泌组和细胞形态改变；⑤免疫组织化学/免疫荧光（IHC-IF）和全基因组基因分型（Infinium CoreExome-24 BeadChip），实现空间定位和基因突变关联分析。

研究结果部分通过以下核心发现逐层深入：

“Distinct inflammatory and immune microenvironment profiles in CHIP and MDS bone marrow”

通过批量转录组比较发现MDS骨髓显著上调炎症通路（如TNFα信号），下调淋巴细胞功能基因。流式细胞术证实MDS中B细胞比例减少，CD34⁺CD117⁺髓系祖细胞扩增。

“Single-cell RNA-seq reveals inflammatory stromal and lymphocyte subsets in the BM niche of CHIP and MDS”

scRNA-seq鉴定出13个HSPC簇、9个T细胞簇和6个基质细胞簇。在基质细胞中，iMSCs特异性表达炎症基因（IL1R1、CXCL8）和纤维化胶原基因（COL6A2），且与AML、多发性骨髓瘤（MM）的炎症基质特征保守。

“Inflammatory MSCs are exclusively present in CHIP and hematologic malignancies”

iMSCs在CHIP（VAF≥5%）和MDS中显著增多，伴随脂肪生成基质细胞（Adipo-CARs）减少。免疫荧光显示MDS骨髓IL-1R1⁺CD271⁺细胞增多，流式检测到CD44⁺iMSCs扩增。

“iMSCs differ between CHIP and MDS in their HSPC-support signatures”

基因签名评分显示MDS基质细胞造血支持功能（如CXCL12表达）整体降低，但iMSCs部分保留支持潜力。共培养实验证实MDS HSPCs无法诱导基质细胞分泌造血支持因子（CXCL12、CSF1）。

“MDS blasts contribute to iMSC remodeling”

轨迹分析显示MDS HSPCs在所有谱系中呈现炎症基因（CXCL8）高表达。SF3B1突变细胞通过剪接异常驱动增殖相关通路活化，但贡献炎症较少。MDS原始细胞与基质共培养可诱导炎症因子（IL-1α、MIP1α）分泌并抑制支持因子。

“MDS-specific IFN-responsive T cells interact with iMSC in MDS”

T细胞亚群分析发现MDS中IFN响应性CD8⁺ T细胞（高表达OASL、IFIT2）和细胞毒性TEMRA细胞扩增。NICHES预测iMSCs与IFN响应性T细胞通过IL-7/IL-7R等配对互作。

“Aberrant cross-talk of MSCs and mutated HSPCs promotes vascular niche remodeling in MDS”

血管生成签名评分提示MDS基质细胞高表达VEGFA、FSTL1。免疫荧光显示MDS患者骨髓正弦血管密度增加、血管间距缩短。Dnmt3a突变小鼠模型证实高VAF突变驱动血管扩张和脂肪细胞减少。

研究结论与讨论强调，骨髓微环境炎症重塑是CHIP和MDS的共同特征，iMSCs作为核心介质连接突变HSPCs与免疫细胞，推动生态位失调。CHIP阶段即出现炎症基质萌芽，至MDS阶段发展为功能紊乱的炎症-支持失衡状态。该研究首次在人类样本中揭示CHIP向MDS演进中的微环境动态变化，为靶向iMSCs或T细胞-基质互作提供了干预恶性前状态的新策略。未来需进一步探索iMSCs起源（是否来自Adipo-CARs去分化）及靶向干预的可行性。论文数据已通过交互式Shiny应用公开，促进领域内深入挖掘。

本研究由Karin D. Prummel、Kevin Woods和Maksim Kholmatov等人共同完成，发表于《Nature Communications》（2025年），为理解炎症微环境在血液肿瘤起始中的作用提供了单细胞分辨率的宝贵资源。