编辑推荐：
为探究细胞起源与行为，研究人员开展单细胞谱系追踪技术在血液学中的应用研究，揭示细胞行为和谱系动态，助力血液学发展。
在生命的微观世界里，细胞就像一个个神秘的 “小精灵”，它们从哪里来，又会如何变化，一直是科学家们努力探索的谜题。尤其是在血液学领域，造血干细胞（HSCs）作为造血和免疫细胞的 “源泉”，其克隆行为和亚克隆多样性与血液疾病、癌症治疗以及衰老过程紧密相连。然而，传统的研究方法就像戴着一副模糊的眼镜，无法清晰地观察到细胞的 “一举一动”。传统谱系追踪技术，如直接观察，虽然简单直接，但对于复杂组织和哺乳动物胚胎研究却力不从心；而使用染料、酶等标记技术，分辨率又比较有限，难以精准追踪单个细胞的命运。因此，开发更先进的技术来深入了解细胞的奥秘，成为了血液学研究的迫切需求。
为了攻克这些难题，北京大学人民医院、北京大学血液病研究所、北京造血干细胞移植重点实验室以及国家血液系统疾病临床医学研究中心的研究人员开展了单细胞谱系追踪技术（SCLT）在血液学领域的相关研究。相关成果发表在《Journal of Translational Medicine》上，为血液学研究带来了新的曙光。
研究人员在研究中主要运用了多种关键技术方法。首先是单细胞测序技术，它能够在单细胞分辨率水平解析细胞状态。其次是多种条形码技术，包括整合条形码（Integration barcodes）、Polylox 条形码（Polylox barcodes）和 CRISPR 条形码（CRISPR barcodes）等，这些条形码就像是细胞的 “身份证”，可以对单个细胞及其后代进行精准标记和追踪。另外，研究还利用了自然条形码，即利用体细胞在发育和衰老过程中自发产生的突变来进行谱系追踪。同时，单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术也发挥了重要作用，它不仅能测量单个细胞的基因表达，还能与谱系追踪方法相结合，同时检测细胞状态和克隆关系。
下面来看看具体的研究结果：
- 单细胞谱系追踪技术在造血发育中的应用：
- 整合条形码的探索：研究人员通过构建含有随机 28bp 片段的 DNA 条形码文库，并将其插入到细胞中，运用该技术研究小鼠造血干细胞和祖细胞（HSPCs）的分化过程，发现了两种单核细胞分化途径，为研究细胞分化过程及其预测因素提供了新方法。
- Polylox 条形码的新发现：基于 Polylox 条形码的 SCLT 技术 ——PolyloxExpress，研究发现造血干细胞可分为三大类，并首次揭示了自然状态下造血干细胞分裂与分化的关系，为更准确的造血谱系追踪模型奠定了基础。
- CRISPR 条形码的突破：CARLIN 和 DARLIN 等基于 CRISPR 技术的谱系追踪工具不断发展，不仅验证了 HSC 的异质性，还发现了一组特殊的 HSCs 以及细胞克隆记忆与全基因组 DNA 甲基化的关联，为造血谱系追踪带来了更精确的模型。
- 自然条形码的重要进展：利用体细胞突变构建胎儿发育系统发生树，分析人类造血系统的发育过程；ReDeeM 技术通过对线粒体 DNA（mtDNA）突变的深度测序，揭示了造血干细胞的克隆结构、功能异质性和年龄相关变化；MethylTree 工具基于 DNA 甲基化表观突变进行单细胞谱系追踪，突破了核基因组和线粒体基因组突变的限制，为高分辨率、非侵入性、多组学谱系追踪开辟了新途径。
- 单细胞谱系追踪技术在造血系统疾病中的应用：研究人员利用 mtDNA 作为自然条形码对慢性淋巴细胞白血病（CLL）患者进行单细胞谱系追踪，揭示了人类恶性肿瘤的克隆和功能异质性，并发现 mtDNA 突变与疾病进展和复发的关系。同时，通过对 CLL 细胞的 DNA 甲基化表观突变数据的研究，进一步证实了利用自然条形码追踪疾病群体亚克隆结构的可行性，为癌症亚克隆动态的个性化研究提供了可能。此外，研究还发现 Flk2-MPPs 对 HSCs 的命运有着重要影响，为造血和免疫系统重建提供了新的理论依据。
研究结论表明，单细胞谱系追踪技术在血液学研究中具有显著优势，它能够全面追踪多细胞系统的发育过程，深入分析细胞命运选择背后的转录调控机制。与传统方法相比，该技术为造血发育研究提供了更丰富的信息和更多的可能性。同时，在血液系统疾病的研究中，单细胞谱系追踪技术也展现出巨大的潜力，有助于深入理解疾病的发生发展机制，为个性化治疗提供理论支持。随着单细胞组学技术（如 scRNA-seq）的不断发展，谱系追踪的分辨率和规模将进一步提高，有望将相关研究拓展到更多疾病领域，不仅在小鼠模型中，还能在人类疾病研究中发挥重要作用，为攻克血液疾病等难题带来新的希望。
