单细胞多组学框架揭示成人造血过程中功能与分子特征独特的多种潜能祖细胞亚群

本研究针对成人造血系统中多潜能祖细胞(MPP)异质性不清的问题，通过单细胞多组学分析结合功能验证，首次在Lin-CD34+CD38dim/lo骨髓细胞中鉴定出CD69+长期植入型MPP、CLL1+髓系偏斜MPP和CLL1-CD69-红系偏斜MPP三个功能迥异的亚群，建立了包含4种寡潜能祖细胞(OPP)的造血更新模型，为血液疾病和衰老研究提供重要框架。

　　

造血系统作为人体最重要的生理系统之一，其稳态维持依赖于造血干细胞(HSC)和多潜能祖细胞(MPP)的精确调控。尽管小鼠造血系统研究已较为深入，但成人骨髓中MPP的异质性长期缺乏清晰定义。传统免疫表型标记如CD34、CD38等无法区分功能各异的MPP亚群，而脐带血与成人骨髓造血细胞存在显著差异，使得相关研究更具挑战性。这种认知空白严重制约了对血液疾病发生机制和造血衰老过程的深入理解。

为系统解析成人造血体系，斯坦福大学Ravindra Majeti团队在《Cell Reports》发表重要成果。研究采用多组学整合策略，首先对10,297个成人骨髓单细胞进行转录组和表面标记(scADT-seq)同步检测，通过非负矩阵分解(NMF)聚类识别出15个高质量亚群。基于计算预测的表面标记组合，研究人员建立新型流式分选策略，成功分离出CD69⁺、CLL1⁺等关键亚群，并通过体外克隆形成、OP9共培养分化、异种移植等系列功能实验验证其生物学特性。研究还整合scATAC-seq数据解析染色质可及性特征，并开展跨物种比较和衰老相关分析。样本来源于24例成人骨髓和4例脐带血供体，年龄跨度0-75岁。

主要研究结果

功能异质性MPP亚群的鉴定

通过计算筛选CD69、CLL1等新型标记，在传统MPP门内(Lin^-CD34⁺CD38^dim/loCD45RA^-)分离出三个功能迥异的亚群：CD69⁺ MPP1具有长期植入能力和7系分化潜能，移植后嵌合率达0.1%以上；CLL1⁺ MPP3(MMPP)呈现髓系偏斜，体外产生41.7%±6.2%单核/粒细胞；而CLL1^-CD69^- MPP2(EMPP)则偏向红系分化，CD71⁺CD110⁺红细胞前体占比达58.3%±9.4%。

LMPP区室的精细划分

在淋巴祖细胞门(Lin^-CD34⁺CD38^dim/loCD45RA⁺)中，CD2⁺ LMPP2同时保有髓系和淋巴分化能力，CD2^-CLL1^- LMPP1呈现强淋巴潜能（B/NK细胞产出比达72.5%），而CD2^-CLL1⁺ LMPP3实为粒细胞-单核祖细胞(GMP)，几乎不产生淋巴细胞。

染色质可及性特征解析

整合ATAC-seq数据发现，HSC中MEIS1、LYL1等转录因子(TF)基序可及性显著高于MPP，而红系偏斜EMPP中TAL1基序、髓系偏斜MMPP中SPI1/IRF8基序分别呈现特异性开放，与功能实验结果高度吻合。

跨物种保守性分析

通过比较年轻/成年小鼠数据，发现人HSC与鼠LT-HSC/ST-HSC存在强同源性，而人LMPP1与鼠MPP4、人GMP与鼠pGM_My细胞状态相似。保守动态特征包括GATA1/2、PBX1等TF及CD34、FLT3等表面标记。

衰老相关分子特征

分析42,480个单细胞数据发现，老年HSC中DNA损伤修复相关通路显著下调，而AML患者的LMPP1无论实际年龄均呈现"加速衰老"特征，其衰老评分较健康供体高2.3倍。

这项研究从根本上更新了成人造血层级认知模型，首次在免疫表型层面区分了功能明确的MPP亚群。所建立的CD69/CLL1/CD2标记体系不仅解决了长期存在的MPP异质性难题，更为白血病干细胞起源、造血衰老机制等研究提供了关键工具。特别值得注意的是，研究发现AML患者的LMPP1细胞表现出与生理衰老相似的分子特征，这为理解血液肿瘤发生开辟了新视角。该成果通过整合计算生物学与实验验证，展示了多组学方法在复杂生物学问题研究中的强大价值，相关框架可推广至其他组织干细胞研究领域。