量化内源性调控因子优化人类造血祖细胞定义并揭示早期红细胞谱系启动机制

本研究通过质谱流式技术(CyTOF)深度解析人类造血干/祖细胞(HSPC)表面蛋白及功能调控因子表达谱，揭示HSPC亚群新定义和红细胞分化轨迹。斯坦福大学团队联合多机构对骨髓、动员外周血、脐带血和胎肝四种组织进行单细胞蛋白组分析，发现造血干细胞(HSC)可直接分化为红系/巨核系祖细胞(EMP)，绕过传统多能祖细胞(MPP)阶段。研究通过表观遗传分析、克隆形成实验和体内示踪模型验证了该发现，为造血干细胞移植治疗提供了精准调控框架。

　　

造血系统作为人体最重要的生理系统之一，其发育和分化过程一直是生命科学研究的核心课题。尽管造血干细胞移植(HSCT)已成为治疗血液系统疾病的重要手段，但临床应用中仍面临两大挑战：移植后造血重建效率不稳定，以及难以精准控制特定血细胞谱系的分化。传统上，科学家们通过表面标志物CD34和CD38的组合来定义造血干/祖细胞(HSPC)亚群，但这种基于有限表面标记的分类方法无法完全反映细胞的功能异质性。更令人困惑的是，不同造血组织(如骨髓、脐带血、胎肝)中的HSPC表现出显著差异，这些差异背后的分子机制尚不明确。

为破解这些难题，斯坦福大学病理学系的Patricia Favaro、David R. Glass等研究人员联合多个机构，在《Cell Reports》发表了突破性研究成果。研究团队创新性地将表面标志物分析与内源性调控因子检测相结合，绘制了迄今最全面的人类HSPC蛋白表达图谱，揭示了造血干细胞直接向红系/巨核系分化的新路径，为造血发育理论和临床实践提供了重要启示。

研究主要采用三大关键技术：1)质谱流式技术(CyTOF)对328种表面抗原进行筛选后，最终对41种表面蛋白和功能调控因子进行单细胞水平检测，分析来自骨髓、动员外周血、脐带血和胎肝的百万级CD34⁺细胞；2)通过流式分选结合染色质可及性测序(ATAC-seq)解析表观遗传特征；3)建立NSG小鼠异种移植模型，利用双荧光报告系统追踪克隆分化。

单细胞分子调控因子表达优化人类BM祖细胞表型图谱
研究首先通过流式筛选发现CD84、CD164等新型表面标志物能区分不同成熟阶段的HSPC。整合41种蛋白的质谱流式数据显示，传统手动设门鉴定的红系/巨核系祖细胞(MEP)在UMAP图上分布分散，而基于分子调控因子(如RUNX1、GATA1)的聚类分析则能精确定位EMP亚群。特别值得注意的是，转录因子TdT的表达为B/T祖细胞鉴定提供了新依据。

轨迹分析支持HSC直接向红系/巨核系分化的路径
研究鉴定出三个EMP亚群：保留CD38^lo特征的早期EMP1，以及CD38⁺的EMP2和EMP3。伪时序分析显示，从HSC到EMP3存在连续分化轨迹，其间GATA2和PBX1表达先升高后降低，而CD71持续上调。导数分析发现EMP1向EMP2转变时存在明显的分子拐点，提示这是命运决定的关键节点。

表观遗传特征验证红系/巨核系祖细胞的分化连续性
ATAC-seq数据显示EMP1/2富含KLF15和TCF4等造血干性相关转录因子 motif，而EMP3则特异性开放GATA家族和MECOM motif。将数据投射到已发表的scATAC-seq图谱时，EMP3与已知红系祖细胞高度重叠，证实其谱系特异性。

功能实验证实红系/巨核系祖细胞的分化潜能
甲基纤维素克隆形成实验显示，从EMP1到EMP3，红系爆式集落形成单位(BFU-E)产量从40%增至80%。双系分化实验进一步揭示EMP3中25%为红系/巨核系双能祖细胞，证实了轨迹分析预测的分化潜能渐进变化。

体内克隆示踪支持直接分化路径
NSG小鼠移植实验通过病毒整合位点分析发现，大型克隆中EMP2/EMP3常共同出现但缺乏髓系标记，证实红系/巨核系可不经传统髓系共同祖细胞阶段直接源自HSC。

不同造血组织的HSPC组成差异
比较分析显示，动员外周血中早期HSC比例显著高于骨髓(p=0.00017)，脐带血富含MPP而胎肝存在独特亚群。特别值得注意的是，CD49f和CD90在脐带血HSC中表达降低，提示其与成人HSC的生物学差异。

这项研究从根本上改变了人们对人类造血层级结构的认知，证实造血干细胞可通过非