卵黄囊来源髓系细胞对胎儿骨髓和肝脏造血的差异调控机制研究

为探究胎儿骨髓定植微环境调控机制及肝脏造血影响因素，研究人员以小鼠为模型，聚焦卵黄囊来源髓系细胞，发现其通过 VCAM1+窦状定植微环境促进骨髓造血定植，同时抑制胎儿肝脏 HSC 及红细胞生成，为胚胎造血研究提供新方向。

　　

论文解读

在生命的早期发育阶段，血液细胞的生成（ hematopoiesis ）如同精密编排的交响乐，在不同器官间有序上演。哺乳动物胚胎期，卵黄囊是最早的造血场所，随后造血接力棒依次传递至肝脏、骨髓，最终骨髓成为终身造血中枢。然而，造血干细胞（hematopoietic stem and progenitor cells, HSPC）如何从肝脏精准迁移至骨髓定植？卵黄囊来源的细胞在这一过程中扮演何种角色？更令人困惑的是，肝脏作为胎儿期主要造血器官，其功能调控机制至今迷雾重重。这些科学谜题不仅关乎生命发育的基础认知，更与造血系统疾病的病理机制及治疗策略紧密相连。

为破解这些谜团，美国辛辛那提儿童医院医学中心（Cincinnati Children’s Medical Center）的研究团队展开了深入探索。他们以小鼠为研究对象，结合共聚焦显微镜成像、小鼠遗传命运图谱、功能缺失实验及细胞移植等技术，揭示了卵黄囊来源髓系细胞在胎儿骨髓定植与肝脏造血调控中的双重角色。该研究成果发表于《Nature Communications》，为理解胚胎造血的时空调控机制开辟了新视野。

主要技术方法

研究中采用的关键技术包括：

1. 共聚焦显微镜成像：用于观察胎儿骨髓内造血细胞及血管结构的空间分布，定位 VCAM1⁺窦状血管与造血细胞的相互作用。
2. 遗传命运图谱技术：通过 Csf1r-MeriCreMer 与 Ai14tdTomato 小鼠杂交，追踪卵黄囊来源髓系细胞的发育轨迹。
3. 流式细胞术（FACS）：定量分析胎儿骨髓和肝脏中各类造血细胞的组成及比例变化。
4. 竞争性移植实验：评估造血干细胞的功能及自我更新能力，验证卵黄囊来源细胞对 HSC 的调控作用。
5. 条件性基因敲除技术：如 Cdh5-Cre^ERT和 Prx1-Cre 小鼠，特异性敲除内皮细胞或基质细胞中的 VCAM1，解析其在造血定植中的功能。

研究结果

1. 胎儿骨髓造血以细胞招募为主要扩张方式

通过对 E18.5 小鼠胎儿骨髓的分析发现，其造血祖细胞（Lin^-CD117⁺）频率极低，且缺乏巨核细胞和红细胞的终末分化迹象。流式细胞术显示，骨髓中成熟髓系细胞（如 neutrophils）占主导，而单核、树突状及淋巴系祖细胞几乎缺失。进一步研究发现，E17.5 至 E18.5 期间骨髓细胞数量激增，但祖细胞增殖能力有限，提示胎儿骨髓主要通过从外周招募成熟造血细胞实现扩张。

2. 骨髓内髓系细胞呈现空间分区定植模式

共聚焦成像显示，E18.5 胎儿骨髓中不同髓系细胞具有独特的空间分布：破骨细胞均匀分布于骨髓腔，Ly6C^-单核细胞和巨噬细胞富集于邻近干骺端的 “中间骨干” 区域，而 Ly6C⁺单核细胞、 neutrophils 及 HSPC 则定位于骨干中央。命运追踪实验表明，超 60% 的破骨细胞源自卵黄囊，而其他髓系细胞极少来源于此，且各细胞亚群在 E16.5 时已开始定植，提示空间分区并非由定植时间差异导致，而是与微环境特异性招募相关。

3. VCAM1⁺窦状血管构成造血定植微环境

研究发现，VCAM1 在胎儿骨髓的表达具有时空特异性：E16.5 时局限于骨干中央窦状血管，随发育逐渐扩展至整个骨干，而干骺端血管几乎不表达。除破骨细胞外，所有 HSC 来源的髓系细胞均选择性定位于 VCAM1⁺窦状血管。内皮细胞特异性敲除 VCAM1 后，neutrophil 和 HSPC 的骨髓定植显著受损，证实 VCAM1⁺窦状血管是造血细胞招募的关键微环境。

4. 卵黄囊来源破骨细胞调控 VCAM1⁺微环境形成

通过抗 CD115 抗体耗竭卵黄囊来源髓系细胞后，胎儿骨髓中破骨细胞数量锐减，VCAM1⁺内皮细胞及 PDGFRβ⁺基质细胞减少，血管生长异常。同时，VCAM1 异位表达于干骺端血管，并伴随 neutrophil 异常招募至此区域。遗传敲除破骨细胞（Rank^Δ/Δ小鼠）亦导致 VCAM1 表达缺失及造血定植障碍，表明卵黄囊来源破骨细胞通过促进 VCAM1⁺窦状血管形成，介导骨髓造血定植。

5. 卵黄囊来源细胞负向调控胎儿肝脏造血

令人意外的是，耗竭卵黄囊来源髓系细胞可使胎儿肝脏细胞数量显著增加，尤以红系细胞（CD71^brightTer119^bright晚幼红细胞）为甚，且 HSPC 数量及功能增强。竞争性移植实验证实，敲除组 HSC 的短期和长期造血重建能力均显著优于对照组。进一步研究排除了骨髓定植受阻导致肝脏细胞滞留的可能，表明卵黄囊来源的非破骨细胞亚群（如特定巨噬细胞）直接抑制肝脏造血。

研究结论与意义

本研究首次揭示卵黄囊来源髓系细胞在胎儿造血中的双面角色：一方面，其衍生的破骨细胞通过诱导 VCAM1⁺窦状血管形成，构建骨髓造血定植微环境，促进 HSPC 和髓系细胞招募；另一方面，另一群卵黄囊来源细胞（可能为肝脏驻留巨噬细胞前体）通过未知机制抑制胎儿肝脏的 HSC 功能及红系生成。这一发现不仅解析了胎儿骨髓微环境的形成机制，还为肝脏造血调控网络增添了新节点。

研究成果对理解胚胎发育异常相关的造血疾病（如先天性贫血、骨髓衰竭综合征）具有重要启示，同时为体外造血干细胞扩增及移植策略提供了潜在靶点。未来研究若能进一步鉴定肝脏负调控细胞的具体表型及分子通路，将有望打开胎儿造血调控机制的全新维度。