单细胞转录组分析揭示毛囊与脐带来源间充质干细胞在皮肤修复中的转录异质性与功能差异

《Stem Cell Research & Therapy》：Comparative single-cell transcriptomics and preclinical evaluation of human hair follicle and umbilical cord-derived mesenchymal stem cells in skin wound healing

摘要

背景

间充质干细胞（MSCs）是皮肤修复的有希望的候选细胞，但组织来源的异质性可能导致治疗效果的不同。人类毛囊来源的间充质干细胞（HFMSCs）是一种可获得的自体来源，然而其与脐带来源的间充质干细胞（UCMSCs）在细胞组成和临床前活性方面的差异尚未完全明确。

方法

我们对体外扩增的HFMSCs和UCMSCs进行了单细胞核糖核酸（RNA）测序（scRNA-seq）。通过聚类注释、基因集评分、轨迹推断、单细胞调控网络推断和聚类（SCENIC）以及CellChat等方法比较了它们的转录异质性。临床前评估包括三系分化实验、划痕试验和小鼠全层伤口模型，并通过组织学、免疫荧光和定量聚合酶链反应（qPCR）进行验证。

结果

对81,910个细胞的分析确定了五种转录上不同的状态：类干细胞状态（STEM-LIKE）、间充质前体细胞（MPC）状态0和1（MPC0和MPC1）、脂肪生成样状态（ADP）和肌成纤维细胞样状态（MYF）。UCMSCs相对较为均质，以类干细胞和MPC1细胞为主。HFMSCs则更具异质性，以MPC0、ADP和MYF细胞为主。HFMSCs在转录上表现出与细胞外基质组织、整合素信号传导和伤口修复相关的更强特征。HFMSCs在早期就能更快地封闭体外划痕伤口。在小鼠实验中，两种MSC处理都改善了伤口闭合情况，但总体闭合效果在HFMSCs和UCMSCs之间没有显著差异。组织学发现和与MPC0/MYF相关的标记信号与组织来源相关的基质组织和毛囊相关的修复功能差异一致。由于ADP细胞数量太少，无法进行可靠的体内验证，这些关联均未建立亚群间的因果关系。

结论

HFMSCs和UCMSCs具有不同的细胞组成和转录程序，可能参与伤口修复的不同方面。富含HFMSC的MPC0、ADP和MYF状态与基质重塑和再生相关特征有关，而UCMSCs则富含类干细胞和MPC1状态。这些临床前发现支持在临床应用前根据组织来源选择合适的MSC，并对特定的亚群进行直接的功能测试。