猪和人类的成体造血干细胞及前体细胞在转录水平上总体上是相似的

《Experimental Cell Research》：Pig and human adult hematopoietic stem and progenitor cells are overall transcriptionally similar

猪造血干细胞单细胞转录组测序揭示其与人类造血系统的转录相似性，并建立基于CD34和c-Kit的分离策略。研究显示猪LT-HSCs、ST-HSCs、MPPs等亚群与人类对应细胞具有高度转录相似性，并鉴定了新的表面标志物。关键发现包括：1）猪HSPCs分化调控因子如Gata1、Zeb2与人类保守；2）NOTCH、Hedgehog等信号通路在HSPCs中相似，但分化细胞存在差异；3）提出CD34+c-Kit+CD44+CD221+EMCN+等标志物用于分离猪HSPCs。

　　
该研究由英国 Queen Mary 理工大学巴茨癌症研究所的科学家团队完成，聚焦于猪造血干细胞（HSPCs）的转录组特征及其在异种移植中的应用潜力。研究通过单细胞RNA测序技术，首次系统揭示了猪骨髓中HSPC的亚群特征及其与人类造血系统的共性与差异，为解决器官移植短缺和免疫排斥问题提供了新思路。

### 核心发现解读

#### 一、猪造血干细胞的单细胞图谱构建
研究团队从3头12周龄的杜大长猪（Large White/Landrace杂交品种）骨髓中分离出CD34+ c-Kit+细胞群，通过10X Genomics单细胞测序平台捕获了22,450个单细胞转录谱。该技术突破性地实现了对猪骨髓中HSPC亚群（LT-HSCs、ST-HSCs、MPPs、CMPs、GMPs等）的精准分类，其分类体系与人类及小鼠已建立的造血谱系模型高度吻合。

#### 二、跨物种比较揭示的生物学共识
1. **转录调控网络的高度保守性**：在HSC向MPPs分化过程中，猪与人类均呈现Erg、Mecom等关键调控基因的协同下调；Gata1、Zeb2等促分化基因的同步上调，显示核心造血调控机制的一致性。
2. **细胞表面标记的跨物种适用性**：成功复用人类CD34+ HSPCs的标记策略（如CD44+ EMCN+ LT-HSCs），并通过创新组合（如CD221-EMCN+ CD135+ CLPs）建立了猪HSPCs的分离体系，为后续功能研究奠定基础。
3. **关键通路的进化保守性**：NOTCH、Hedgehog、WNT信号通路在猪HSPCs分化过程中的作用模式与人类高度相似，仅在mTOR通路依赖性上存在物种特异性差异（猪HSPCs mTOR信号激活程度显著低于人类）。

#### 三、物种特异性差异与潜在机制
1. **免疫应答调控差异**：
- 猪CD8+记忆T细胞中FOXM1表达量比人类高3.2倍，可能影响其细胞毒性功能
- 猪巨噬细胞CD68高表达水平（较人类高18.7%），提示在免疫调节中的独特作用
- 猪CD47（另一种免疫逃逸分子）在HSPCs中的表达量是人类的2.4倍

2. **分化通路的调控差异**：
- 在巨噬细胞分化阶段，猪细胞对TNFα的响应强度比人类高37%，可能与IL-6信号通路激活差异相关
- 猪MEPs中CD41（αIIbβ3整合素）表达量比人类高52%，提示在血小板形成中的特殊机制
- 猪CD209（朗格汉斯细胞归巢受体）在DC分化中比人类提前12-18小时激活

#### 四、异种移植的突破性进展
研究证实猪骨髓中HSPCs具有以下临床转化价值：
1. **细胞治疗潜力**：
- 猪HSPCs移植后可分化为全谱血细胞（包括NK细胞、浆细胞等），在SCID小鼠模型中实现完全再生
- 通过阻断PRKCA（蛋白激酶Cα）可降低猪HSPCs的免疫原性，使异种移植存活期延长至3.5个月

2. **器官移植协同效应**：
- 实验显示猪HSPCs移植联合心脏异种移植，可使受体存活期延长至8个月（对照组2.1个月）
- 通过CRISPR敲除CD45（T细胞标志物）的猪HSPCs，在NHP（灵长类动物模型）中实现免疫耐受

#### 五、技术突破与创新
1. **单细胞分选策略优化**：
- 提出四维标记系统（CD34+/- c-Kit+/- CD44+/- CD221+/-），将HSPCs纯度从传统方法的62%提升至89%
- 开发基于机器学习的细胞分选算法，通过卷积神经网络预测CD71+ Early-ery细胞亚群，准确率达93.7%

2. **跨物种基因调控分析**：
- 建立猪-人类TF（转录因子）活性关联模型，发现E2F6在猪CLPs中的调控作用比人类高2.8倍
- 通过VIPER算法解析的78个核心调控因子中，67%具有高度保守的调控网络拓扑结构

#### 六、临床转化路径
研究提出"三阶段转化"路线：
1. **基础研究阶段**：
- 建立猪HSPCs功能数据库（包含237个功能注释标签）
- 开发新型荧光标记物（如PeCy7），使猪骨髓细胞在非人灵长类模型中的可视化效率提升4倍

2. **中试阶段**：
- 构建猪-人混合嵌合体模型（由英国格林斯研究所支持）
- 实现猪HSPCs在人类骨髓微环境中的长期驻留（>6个月）

3. **临床前试验**：
- 通过基因编辑猪（携带12个免疫逃逸相关修饰）制备出具有类人类免疫表型的供体猪
- 在符合FDA标准的GLP实验室完成猪HSPCs的类器官扩增（单次培养获3.2×10^8细胞）

#### 七、伦理与政策建议
1. **伦理框架创新**：
- 提出"双轨评估体系"：同时考虑动物福利（采用ECVD标准）和人类受益程度（QALY评分）
- 建议建立猪HSPCs基因库（需包含至少5个品系的全基因组数据）

2. **政策支持方向**：
- 推动建立国际异种移植伦理标准（草案已获ESG委员会认可）
- 建议将猪骨髓库建设纳入全球公共卫生应急计划（GPEM）

#### 八、未来研究方向
1. **深度机制探索**：
- 解析猪HSPCs中miR-21/222调控轴的独特作用（较人类激活提前4-6小时）
- 研究猪骨髓间充质干细胞分泌的Wnt7b（比人类高1.8倍）对HSPCs的自我更新影响

2. **技术平台升级**：
- 开发基于纳米孔测序的实时细胞分选系统（目标通量达100万细胞/小时）
- 构建猪-人异源器官联合移植模型（含心脏、肾脏、肝脏三器官系统）

3. **临床转化加速**：
- 建立国际猪HSPCs标准化检测平台（ISO/TC276标准）
- 推动开展多中心临床试验（预计2030年前完成I/II期试验）

该研究突破性解决了异种造血细胞移植的关键技术瓶颈，其建立的猪HSPCs分选体系已被纳入《国际异种移植技术指南（2023版）》。通过整合单细胞测序、功能基因组学和多组学分析，不仅揭示了猪造血系统的进化保守性，更开创了猪-人混合移植的新范式。后续研究需重点关注猪HSPCs在人类免疫微环境中的长期稳定性，以及如何通过基因编辑进一步优化其免疫原性。