基因修饰间充质基质细胞构建仿生骨髓微环境促进人造血干祖细胞体外培养的新策略

本研究针对造血干祖细胞(HSPCs)体外培养中存在的细胞应激、外源细胞因子依赖及高成本等问题，开发了能分泌SCF/FLT3L/TPO/IL3的基因修饰间充质基质细胞(GM-MSCs)仿生培养系统。该体系成功模拟骨髓微环境，在无外源因子条件下支持HSPCs扩增并维持干性，显著提升同源定向修复(HDR)基因编辑效率，为β-血红蛋白病等血液疾病基因治疗提供了经济高效的解决方案。

　　

造血干细胞移植和基因治疗面临的核心挑战在于体外培养过程中造血干祖细胞(HSPCs)的干性丢失和扩增效率低下。传统方法依赖昂贵的外源细胞因子组合(如SCF、FLT3L、TPO和IL3)，不仅成本高昂，还可能导致细胞应激反应。更棘手的是，基因编辑过程中同源定向修复(HDR)介导的DNA损伤会进一步加剧细胞毒性，严重影响治疗效果。

来自基督教医学学院干细胞研究中心的Sevanthy Suresh团队在《Stem Cell Research》发表的研究中，创新性地通过基因工程改造人骨髓间充质基质细胞(MSCs)，使其持续分泌四种关键造血因子，构建出仿生骨髓微环境培养系统。该系统不仅摆脱对外源因子的依赖，还能显著提升基因编辑后细胞的存活率，为血液疾病治疗提供了突破性技术平台。

研究团队采用多技术联合作战策略：通过慢病毒载体共转染构建多因子表达系统；利用NBSGW免疫缺陷小鼠模型评估体内重建能力；结合RNA测序解析分子机制；采用CRISPR-Cas9基因编辑技术靶向HBG启动子实现胎儿血红蛋白(HbF)再激活。所有实验均使用临床级动员外周血来源的CD34⁺细胞和经伦理审批的脐带华通胶(WJ-MSCs)样本。

生成能分泌细胞因子的基因修饰MSCs
研究人员将KITLG(SCF)、FLT3L、TPO和IL3基因导入骨髓MSCs，创建GM-MSCs。qPCR和ELISA证实这些细胞能持续高表达四种因子，且保持三系分化潜能。转录组分析显示GM-MSCs中细胞外基质重组相关通路显著激活，为后续功能研究奠定基础。

GM-MSCs支持无外源因子的HSPCs培养
在4:10的GM-MSCs/HSPCs共培养比例下，CD34⁺CD90⁺细胞扩增效果媲美标准培养条件。缺氧(1% O₂)环境下，该体系仍能维持原始HSPCs亚群(CD34⁺CD90⁺CD45RA^-CD38^-CD49f⁺)比例，且ROS水平和凋亡率显著降低。转录组分析揭示GM-MSCs通过上调ITGA3等干性标志物和抑制钙信号通路来维持细胞未分化状态。

GM-MSCs培养的HSPCs保持体内重建能力
NBSGW小鼠移植实验显示，GM-MSCs扩增的HSPCs在骨髓、外周血和脾脏中实现多谱系(CD3⁺ T细胞、CD19⁺ B细胞、CD13⁺髓系和CD235a⁺红系)重建，效率与常规培养相当，证实其长期造血重建潜能。

GM-MSCs提升HDR基因编辑效率
在HBG启动子编辑实验中，GM-MSCs共培养使HDR效率达71.6%，绝对值比标准培养提高2倍。分化后的红细胞中HbF⁺细胞比例达60.8%，证实该体系能有效缓解ssODN和AZD-7648抑制剂引起的细胞毒性。

这项研究开创性地将基因工程与仿生微环境构建相结合，解决了造血干细胞治疗领域的两大痛点：外源因子依赖性和基因编辑毒性。GM-MSCs不仅降低生产成本，其分泌的基质成分更模拟了天然骨髓微环境的生物学信号，为β-血红蛋白病等遗传性血液疾病的临床治疗提供了全新解决方案。特别值得注意的是，该平台可兼容多种基因编辑策略，其模块化设计允许未来整合更多功能因子，展现出广阔的临床应用前景。研究团队建议下一步开展GMP级细胞生产和规模化工艺验证，加速技术转化。