单细胞转录组分析：揭开间充质基质细胞（MSCs）与干细胞的差异奥秘

目前间充质基质细胞（MSCs）和干细胞在鉴定上存在混淆，影响临床应用。研究人员开展 “通过单细胞转录组分析揭示 MSCs 与干细胞差异” 的研究。结果发现 8 个干细胞特有的自我更新和分化基因及 5 个 MSCs 特有功能基因，有助于区分二者，推动 MSCs 临床应用。

　　在生命科学和医学研究的广阔领域中，间充质基质细胞（Mesenchymal stromal cells，MSCs）逐渐成为细胞治疗研究和临床应用的焦点。然而，目前在细胞鉴定方面却陷入了困境。虽然 MSCs 和干细胞是两种不同类型的细胞，但现有的常用鉴定标记却难以将它们区分开来。在临床应用中，这种混淆可能导致干细胞和 MSCs 的意外混合，这不仅影响了对治疗机制的探索，还对安全性控制和 MSCs 的治疗效果产生了负面影响。此外，MSCs 的质量控制问题，如免疫兼容性、稳定性、异质性、致瘤性和迁移能力等，也严重影响了其在临床应用中的效果。为了解决这些问题，四川大学华西医院再生医学研究中心和天士力集团天士力干细胞生物学实验室的研究人员开展了一项重要研究，相关成果发表在《Heliyon》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是单细胞 RNA 测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq），利用 BD Rhapsody 平台对细胞进行检测。同时收集了公共样本数据和自行采集的样本数据，涵盖多种干细胞和不同组织来源的 MSCs 样本。之后，使用 R 语言中的 Seurat 包对 scRNA-seq 数据进行分析，包括质量控制、归一化、数据缩放等一系列处理步骤。此外，还运用了伪时间轨迹分析、功能富集分析等方法，从不同角度对数据进行深入挖掘。

在研究结果方面：

1. 单细胞转录组揭示的差异：通过整合分析 scRNA-seq 数据，研究人员发现多能干细胞（Pluripotent stem cells，PSCs）、成体干细胞（Adult stem cells，ASCs）和 MSCs 在 UMAP 分析中呈现出明显的聚类差异。功能富集分析表明，PSCs 高表达基因主要参与自我更新和增殖，ASCs 的高表达基因转向分化和代谢过程，而 MSCs 高表达基因参与细胞代谢和相互作用，缺乏自我更新或分化相关基因。伪时间轨迹分析显示，细胞根据发育阶段明显聚类，MSCs 处于发育后期，这表明自我更新和分化基因的功能富集是区分干细胞和 MSCs 的关键特征。
2. MSCs 中关键基因的缺失表达：研究人员构建了自我更新和分化的核心相互作用图，确定了 8 个关键基因，包括维持自我更新能力的核心基因 SOX2、NANOG、POU5F1 等。研究发现，所有 MSCs 均缺乏这 8 个基因的表达，而干细胞均表达这些基因，但表达强度有所不同。例如，胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell，ESC）和诱导多能干细胞（Induced Pluripotent Stem Cell，iPSC）表达全部 8 个基因，其他干细胞表达其中 2 - 3 个基因。进一步分析不同来源 MSCs 样本发现，表达这 8 个基因的 MSCs 比例极低，如骨髓来源的 MSCs（BM-MSCs）中只有 1.55%，脐带来源的 MSCs（UC-MSCs）中只有 0.16% 。
3. MSCs 特有的功能基因：除了上述 8 个关键基因的差异，MSCs 还表达一些独特的功能基因。通过比较 MSCs 和干细胞的基因表达谱，研究人员鉴定出 5 个 MSCs 常见的关键功能基因，即 TMEM119、FBLN5、KCNK2、CLDN11 和 DKK1，这些基因在所有类型的 MSCs 中均有表达，但在干细胞中不表达。通过对 AD-MSCs 样本中 FBLN5 蛋白的流式细胞术分析，验证了该基因作为 MSCs 鉴定标记的可靠性，90.32% 的 AD-MSCs 表达 FBLN5 蛋白。
4. 不同组织来源 MSCs 的差异：对不同组织来源的 MSCs 进行聚类分析和单细胞转录组分析发现，它们在功能基因表达上存在明显差异。例如，AD-MSCs 高表达基因与 “化学信号接收” 和 “细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）形成” 相关；UC-MSCs 和胎盘来源的 MSCs（PM-MSCs）的高表达基因富集在 “趋化因子感知” 和 “ROBO 介导的细胞粘附”；BM-MSCs 的基因表达则与 “PDGF 诱导的细胞运动” 和 “IGFBP 调节的 IGF 转运和摄取” 有关。细胞命运轨迹分析显示，PM-MSCs 和 UC-MSCs 位于同一细胞命运簇，BM-MSCs 与它们接近，而 AD-MSCs 与其他三种 MSCs 距离较远。对 MSCs 分泌基因的分析发现，不同组织来源的 MSCs 在分泌因子表达上存在差异，AD-MSCs 在血管生成、免疫调节和 ECM 重塑相关基因表达上最为活跃，而 UC-MSCs 在这些方面的表达较弱。
5. 混合细胞样本分析：研究人员应用上述研究得出的标准对羊水样本中的细胞进行分析，发现羊水中干细胞标记基因表达水平高，MSCs 功能基因表达水平低。进一步分析表明，羊水中干细胞比例为 13.66%，而 MSCs 比例仅为 1.52% 。

在研究结论和讨论部分，研究人员通过单细胞转录组和轨迹分析，揭示了 MSCs 和干细胞之间存在明显的发育差异。基于此，研究人员提出使用 8 个核心自我更新基因作为 “阴性” 标记，5 个 MSCs 功能基因作为 “阳性” 标记，来区分 MSCs 和干细胞。此外，研究还发现 AD-MSCs 相对于其他组织来源的 MSCs 具有更多的治疗潜力和更少的安全隐患。不过，该研究也存在一些局限性，如极少数 MSCs 表达自我更新或分化关键基因的细胞性质尚不明确，以及 AD-MSCs 与其他类型 MSCs 在归巢能力上的差异有待研究。但总体而言，这项研究为 MSCs 和干细胞的区分提供了重要依据，有助于推动 MSCs 在临床治疗中的进一步应用，为未来细胞治疗领域的发展奠定了坚实基础。