单细胞转录组揭示21三体与GATA1s协同调控造血发育的分子机制

本研究通过建立等基因诱导多能干细胞模型，结合单细胞转录组测序技术，系统解析了21三体(T21)与GATA1短亚型(GATA1s)在造血发育中的独立及协同作用。研究人员发现GATA1s通过干扰MYC/E2F通路导致巨核细胞成熟阻滞，在T21背景下更易诱发类TAM的异常造血表型，为Down综合征相关血液疾病提供了新的分子机制解释。

　　

在血液系统发育领域，21三体(T21)与GATA1基因突变之间的神秘关联长期困扰着研究者。Down综合征患儿不仅表现出独特的血液学特征——包括红细胞增多、血小板减少和中性粒细胞增多，更会发展出两种特殊的克隆性造血疾病：短暂性异常骨髓造血(TAM)和Down综合征相关髓系白血病(ML-DS)。这些疾病几乎都伴随着GATA1基因突变，导致仅表达截短型GATA1s蛋白。然而令人困惑的是，在非T21个体中，GATA1s仅引起先天性血细胞减少而不导致白血病，暗示T21与GATA1s之间存在独特的协同效应。

美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究团队在《Stem Cell Reports》发表的研究，通过创新的等基因诱导多能干细胞(iPSC)模型结合单细胞转录组测序(scRNA-seq)技术，首次系统揭示了T21与GATA1s在造血发育中的动态调控机制。研究人员建立了四组等基因iPSC系：二倍体/wtGATA1、二倍体/GATA1s、T21/wtGATA1和T21/GATA1s，通过胚胎体(EB)分化体系获得造血祖细胞(HPCs)，并整合原发性胎儿肝细胞和TAM原始细胞进行多维度分析。

关键技术方法包括：1)利用CRISPR-Cas9构建等基因iPSC模型；2)EB多谱系造血分化体系；3)流式细胞分选CD41⁺/235⁺ HPCs；4)单细胞转录组测序分析15-22周胎儿肝细胞和TAM样本；5)轨迹推断和基因集富集分析(GSEA)解析发育路径。

研究结果部分：

GATA1s在二倍体与T21背景下呈现差异谱系偏好

通过EB分化实验发现，GATA1s在二倍体背景下几乎完全抑制红系分化，促进巨核细胞偏斜；而在T21背景下则与T21固有的红系驱动形成竞争，最终导致巨核细胞成熟阻滞。流式分析显示T21/GATA1s细胞的CD42b表达显著降低，凝血酶激活试验证实其功能成熟受损。

单细胞转录组揭示早期谱系启动异质性

scRNA-seq在CD41⁺/235⁺多能HPCs阶段即检测到显著的谱系启动差异：二倍体/GATA1s仅12%细胞呈红系偏斜，而T21/GATA1s高达31.7%。轨迹分析显示GATA1s导致所有谱系成熟延迟，尤以巨核细胞为著。T21/GATA1s细胞持续高表达MEIS2等早期造血调控因子，证实存在成熟阻滞。

MYC/E2F通路异常激活是共同分子特征

GSEA分析发现，GATA1s在两种染色体背景下均富集MYC靶标、G2M检查点和E2F靶标通路，但在不同谱系中呈现时空特异性：在二倍体背景下主要影响红系，而在T21背景下主要影响巨核系。T21/GATA1s细胞还独特富集干扰素-α反应通路，可能解释TAM的自发缓解现象。

原发性样本验证iPSC模型的生物学相关性

整合分析显示iPSC衍生的HPCs与15周胎儿肝细胞、TAM原始细胞共享红系-巨核系偏斜特征。特别值得注意的是，RUNX1在T21/wtGATA1中的高表达模式与原发性样本完全一致，验证了模型的可靠性。

这项研究的重要发现在于阐明了GATA1s通过干扰细胞周期退出与分化耦合的普适性机制：在二倍体背景下主要导致红系发育衰竭，而在T21背景下则与T21固有的红系驱动相互作用，产生异常增殖的巨核系祖细胞，最终形成类TAM表型。研究不仅为Down综合征血液并发症提供了分子解释，更建立了可模拟TAM发生发展的实验模型，为开发靶向治疗策略奠定了基础。特别值得注意的是，MYC/E2F通路的持续激活可能是诱发"第三次打击"突变的关键微环境，这为理解ML-DS的演进机制提供了新视角。