综述：造血干细胞的内皮起源：新技术的启示与尚未解决的问题

《Seminars in Cell & Developmental Biology》：Endothelial origin of hematopoietic stem cells: Insights from new technologies and unresolved questions

　　

丁晓晨|刘高科|刘冰|兰宇

中国军事医学科学院实验血液学国家重点实验室，中国人民解放军总医院医学创新研究部，北京100071

摘要

近期利用先进技术的研究支持了这样一个观点：包括造血干细胞（HSCs）生成在内的终末造血过程起源于造血内皮细胞（HECs）。然而，关于生成HSCs的HECs的本质、起源和命运仍存在争议。本文综述了运用单细胞转录组学、低输入表观基因组学和单细胞功能测定等高精度技术的研究成果，总结了生成HSCs的HECs的富集标记物、功能特征及其发育轨迹方面的进展。同时详细探讨了从主动脉中的上游动脉内皮细胞到下游前造血干细胞这一系列精细细胞阶段的连续性。此外，本文还通过综合相关证据，对现有争议进行了分析，并提出了未来研究的方向和策略。

引言

造血干细胞（HSCs）能够分化为几乎所有类型的血细胞，通过自我更新和多能分化在维持成体造血稳态中起着关键作用 [1]、[2]。HSCs的突变和异常不仅见于多种血液系统恶性肿瘤，还与多种非血液系统疾病的发病和进展密切相关 [3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。HSC移植以及针对HSC的细胞和基因疗法是治疗多种疾病（包括血液系统疾病、免疫系统疾病和遗传性疾病）的重要策略 [9]、[10]、[11]、[12]。由于HSCs在体外难以扩增 [13]、[14]，因此从头生成HSCs对于转化应用具有重要意义。作为干细胞生物学的“圣杯”，体外再生HSCs长期以来一直是研究的热点和挑战。然而，至今尚未实现高效从头生成HSCs以用于临床应用的策略 [15]、[16]、[17]、[18]、[19]，这至少部分是由于对其发育起源和命运决定机制的理解尚不完整。

人们认为HSCs主要在胚胎发生期间起源于主动脉背侧，最初以主动脉内的造血细胞簇形式出现 [20]、[21]、[22]、[23]。包括HSCs在内的终末造血过程的内皮起源已得到广泛认可。这些具有造血潜能和命运的内皮细胞被称为造血内皮细胞（HECs） [21]、[23]、[24]、[25]。尽管如此，关于生成HSCs的HECs的本质、起源和命运仍存在争议 [26]、[27]。本文综述了运用单细胞转录组学、低输入表观基因组学和单细胞功能测定等尖端技术的最新研究，强调了“转录组学-免疫表型-功能”（TIF）的综合与精确研究方法。同时系统地梳理了相关证据，并指出了未来研究的潜在方向和策略。深入理解HSCs的胚胎起源不仅有助于指导HSC的从头再生，也为研究HSC相关疾病提供了重要的理论基础。

章节摘录

生成HSCs的HECs的特征和性质

早在1998年，Nishikawa及其同事就提供了首个体外功能证据，证明具有CD144⁺CD45?Ter119?免疫表型的内皮细胞具有产生淋巴细胞和髓系细胞的分化潜能 [28]。随后，使用VE-cadherin-CreER小鼠模型的遗传谱系追踪提供了内皮起源的关键体内生理证据 [25]。来自小鼠和斑马鱼的进一步证据也支持了HSCs起源于主动脉的观点。

多项基于单细胞转录组学的研究发现了位于小鼠主动脉HECs上游的前体细胞群，这些细胞高度表达主动脉AEC标志物（如Bmx、Tmem100和Cd44），几乎不表达核心造血转录因子（如Runx1），并与主动脉HECs表现出连续的发育轨迹，且定位于胚胎内EHT（胚胎血管发生）时间窗口期的主动脉背侧 [31]、[32]。这些发现同样存在于人类胚胎中

目前认为，内皮细胞向HSCs的转化起源于具有动脉特征的内皮细胞，在EHT过程中需要下调内皮和动脉的特性 [33]。例如，基于单细胞转录组数据的发育轨迹分析显示，在人和小鼠的胚胎主动脉中，细胞从Cxcr4阳性的AECs发展成为HECs，且随着EHT的进行，Cxcr4的表达逐渐减少 [35]。

对HECs的深入理解，特别是人类胚胎AGM（动脉-静脉-门脉）区域中具有HSC潜能的HECs的理解，为体外从人多能干细胞从头生成HSCs提供了重要指导。根据体内原始造血和终末造血的概念，体外激活早期中胚层的WNT信号通路可以有效地诱导终末HECs和造血过程，但所得细胞往往缺乏HSC潜能 [145]。基于谱系追踪的研究表明

讨论

总之，近期整合了一系列高精度先进技术的研究使人们对生成HSCs的HECs的本质、起源和命运有了更清晰的认识。值得强调的是，基于单细胞转录组学进行的无偏筛选对于获得特定细胞群体（如具有HSC潜能的HECs，其标志物为PK44和Neurl3，这些细胞强烈表达Runx1）的免疫表型至关重要。结合其他评估方法

资助

本工作得到了中国国家重点研发计划（2024YFA1108301、2022YFA1103501）、CAMS医药科学创新基金（2024-I2M-3–025、2023-I2M-2–007）以及天津市科学技术委员会资助（25ZXZSSS00360）的支持。

作者声明没有利益冲突。