单细胞动态RNA与糖基化测序揭示多能干细胞向造血干细胞分化的分子机制

这篇研究通过单细胞动态RNA测序（scRNA-seq）和糖基化测序（ProMoSCOPE）技术，系统解析了人多能干细胞（hiPSCs）向造血干细胞（HSPCs）分化的动态过程。研究发现，分化过程可分为三个阶段，糖基化水平与血管生成和造血调控密切相关，且体外模型重现了体内造血的关键事件，如卵黄囊造血和内皮-造血转化（EHT）。该研究为造血干细胞发育机制和体外生产提供了重要理论依据。

　　

诱导hiPSCs向HSPCs分化的体外模型

研究采用Clone10 hiPSC细胞系，通过三阶段分化方案成功诱导造血干细胞生成。第一阶段（D0-D2）使用BMP4、CHIR-99021和Activin A诱导中胚层细胞（MCs）；第二阶段（D2-D6）通过VEGF和bFGF促进血管内皮细胞（VECs）形成；第三阶段（D6-D10）添加EPO和SCF等因子获得CD34⁺
CD43⁺
HSPCs。流式细胞术显示，D10细胞中97.74%表达造血标志物，且集落形成实验证实其可分化为红系、粒系等多谱系血细胞。

单细胞动态转录组与糖基化图谱

通过单细胞动态RNA测序（DynaSCOPE）和糖基化测序（ProMoSCOPE）分析168,476个细胞，发现分化过程可分为三阶段：阶段1（D0-D2）以多能性基因（EPCAM）为主；阶段2（D4-D6）糖基化水平最高，伴随KDR和CD34表达；阶段3（D8-D10）新RNA合成比例（NTR）升高，造血基因（RUNX1、MYB）显著激活。糖基化分析显示，高糖基化细胞富集于血管迁移通路，提示糖基化调控内皮功能。

内皮亚群的异质性及其造血命运

内皮细胞亚群分析揭示了两类关键群体：动脉型内皮细胞（AECs，高表达GJA4、DLL4）和造血前体细胞（pre-HE，高表达RUNX1、GFI1B）。AECs通过SOX18和MEIS1维持造血微环境，而pre-HE丧失内皮标志物（CDH5），转向造血谱系。值得注意的是，高糖基化的AECs可能通过JUNB调控EHT过程，与体内卵黄囊造血特征相似。

细胞间通讯与微环境调控

非造血基质细胞（如cluster 11）在分化全程通过配体-受体对（如COL3A1_ADGRG1）支持造血。阶段1时，WNT5A_ROR2促进中胚层发育；阶段2时，COL4A1_ADGRG6驱动血管生成；阶段3时，氧化应激相关通路维持HSPCs自我更新。这种交互模拟了体内AGM区的基质细胞功能。

与体内造血的相似性与局限性

研究显示，体外模型重现了体内造血的多个特征，包括阶段性基因表达（如TAL1、GATA2）和EHT事件。然而，缺乏动脉特异性标记（如ALDH1A1）提示微环境差异。未来需优化培养条件以增强HSCs的长期重建能力。

总结

该研究整合多组学数据，揭示了糖基化在造血分化中的调控作用，为理解发育机制和优化体外造血技术提供了新视角。