解析造血干细胞早期分化奥秘，解锁免疫调控新机制

研究人员为揭示人类造血干细胞（HSCs）早期分化机制，开展单细胞蛋白转录组测序研究，发现 CD273/PD-L2 的作用，意义重大。

　　造血干细胞（Hematopoietic Stem Cells，HSCs）就像身体里的 “生命种子”，肩负着生成各种血细胞的重任，维持着人体正常的造血功能。然而，在探索这颗 “生命种子” 早期分化的过程中，科学家们遇到了不少难题。尽管在识别 HSCs 的新型表面标记方面取得了进展，但最不成熟的造血干细胞和祖细胞（hematopoietic stem and progenitor cells，HSPCs）部分仍然不纯且具有异质性。而且，目前对于人类 HSPCs 分化早期步骤的分子解析还十分有限，比如其在不同年龄段的分化差异以及相关免疫调节机制，都亟待深入研究。

为了攻克这些难题，来自瑞典哥德堡大学、德国歌德大学法兰克福分校、西班牙纳瓦拉大学诊所等多个国外研究机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解 HSPCs 的分化机制带来了新的曙光。

研究人员运用了多种关键技术方法来开展这项研究。首先是单细胞蛋白转录组测序技术，通过对 15 名不同年龄健康供体的 FACS 富集骨髓造血干细胞和祖细胞进行检测，同时在 mRNA 水平量化 596 个基因的表达，在蛋白质水平量化 46 种抗原的表达。此外，还利用了伪时间分析、tradeSeq 分析等生物信息学分析方法，以及流式细胞术、混合淋巴细胞反应（MLR）等实验技术，从多个角度深入剖析 HSPCs 的分化过程。

下面来看看具体的研究结果：

1. 重建 CD34⁺ HSPCs 的层级组织：研究人员精心挑选了 596 个基因进行深度靶向转录组 / AbSeq 分析，对 62,277 个 FACS 分选的 CD34⁺细胞进行单细胞测序。通过聚类分析发现，最不成熟的 HSPCs 位于特定的簇中，这一结果通过多种方法得到了验证。同时，研究还揭示了多能 HSPCs 向巨核细胞 - 红细胞谱系的早期分支点，以及后续红细胞祖细胞簇的产生，表明人类 HSPCs 的层级组织与谱系定向是相关的。
2. 早期未成熟 HSPCs 的差异基因表达：研究人员聚焦于未成熟 HSPCs 向多能和寡能祖细胞的早期转变，对特定簇的细胞进行重新聚类分析，得到 9 个亚群。其中，HSC-1 簇以高表达多种干细胞基因且低表达增殖和细胞周期相关基因而著称，这意味着最不成熟的骨髓 HSPCs 处于静止或缓慢循环状态。通过差异基因表达分析，还发现了 HSC-1 和 HSC-2 之间的基因表达差异，以及一些与干细胞干性和分化相关的关键基因，如 CRHBP、MLLT3、DLK1 等。而且，部分基因的表达呈现年龄依赖性差异。此外，研究人员还研究了与髓系肿瘤相关基因在不同簇中的表达动态，为理解克隆造血和白血病的发生机制提供了线索。
3. 未成熟 HSPCs 的连续伪时间表达：利用 Slingshot 进行伪时间轨迹分析，研究人员证实 HSPCs 可分化为四个谱系。通过对不同年龄组的比较发现，随着年龄增长，HSC 群体有所扩张，年轻供体的细胞在分化和谱系输出方面表现出更高的活性和承诺率，而老年供体的样本中最不成熟细胞富集，分化祖细胞减少，这种差异在淋巴谱系中最为明显。同时，研究还发现一些干性基因的表达随年龄增长而增加。此外，通过 tradeSeq 分析，确定了多个具有阶段和谱系限制的标记基因，其表达模式独特，为进一步研究其功能提供了方向。
4. AbSeq 揭示未成熟 HSPCs 上 CD273 的高表达：借助转录组 / AbSeq 技术，研究人员发现 CD273 在最不成熟的 HSPCs 亚群 HSC-1 和 HSC-2 上高表达。通过多种实验，如流式细胞术、体外分化培养、RNA-Seq 等，证实了 CD273^high HSPC 群体具有更明显的静止特性，且具有多谱系分化潜能。
5. CD273 在 HSPCs 中作为免疫调节受体的功能：CD273（PD-L2）能与 T 细胞上的受体 PD-1 结合，调节免疫反应。研究人员通过混合淋巴细胞反应（MLR）实验发现，HSPCs 可通过 PD-L2 抑制 CD8⁺ T 细胞增殖，同时对 CD4⁺ T 细胞的增殖和激活也有调节作用。此外，阻断 CD273/PD-L2 会导致 T 细胞激活增加，促炎细胞因子释放增多，调节性 T 细胞（T_regs）分化减少，表明 CD273/PD-L2 在 HSPCs 中起到免疫抑制作用，维持免疫稳态。

在研究结论和讨论部分，研究人员通过精准的单细胞分辨率靶向测序，深入探究了人类 HSPCs 的身份、早期分化诱导和谱系选择相关的分子线索。研究发现 CD273/PD-L2 不仅是人类 HSPCs 中差异表达的表面标记，还在调节 T 细胞反应中发挥关键免疫调节作用，这一发现为理解人类 HSPCs 的生理学和分化控制提供了重要依据。同时，研究还揭示了人类造血的层级组织结构，以及年龄对 HSPCs 分化的影响，为进一步研究衰老相关的血液疾病和开发新的治疗策略提供了方向。不过，研究也存在一定局限性，如分析局限于一组预选的蛋白质编码基因。但总体而言，这项研究成果丰富了我们对人类 HSPCs 分化的认识，对未来的临床治疗和再生医学研究具有重要的指导意义。