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Blood|朱平/施均/程濤團隊繪製首個再生障礙性貧血單細胞精細轉錄圖譜
2021.05.13

再生障礙性貧血(再障)是以嚴重全血細胞減少爲突出表現的一種骨髓衰竭症。約15%的再障可進一步轉化爲惡性血液腫瘤如骨髓增生異常綜合症(MDS)和急性髓系白血病(AML)[1, 2]。既往研究表明,異常活化的T淋巴細胞攻擊自身造血干祖細胞(HSPC)是再障發病重要的機制[3-5]。但是,再障患者骨髓殘留HSPC數量極少,精細解析骨髓損傷後HSPC各組分的病理變化及T淋巴細胞免疫打擊HSPC的分子機制存在較大挑戰。

2021年324日,中國醫學科學院血液病醫院(中國醫學科學院血液學研究所)朱平/施均/程濤團隊合作在國際血液學權威期刊Blood在線發表了題爲Single-cell transcriptomics dissects hematopoietic cell destruction and T cell engagement in aplastic anemia的研究論文。該研究利用單細胞轉錄組測序技術,克服骨髓殘留HSPC數量不足的限制,對再障患者的骨髓損傷機制以及T細胞免疫攻擊機制進行了深入解析。這是繼血細胞圖譜(Atlas of Blood Cells, ABC)聯盟在正常生理血細胞轉錄圖譜繪製完成後(點擊查看BioArt相關報導:1. 特別推薦NCB |程濤/朱平等合作打開幹細胞移植早期的「黑匣子」 2. 程濤/朱平合作繪製人類32種血細胞單細胞水平轉錄組精細分子圖譜),首次在再生障礙性貧血中繪製血液病理圖譜,揭示了再生障礙性貧血發病,特別是惡性轉化的新機制,將進一步推動以血液生態爲出發點的生理及病理研究。

研究人員首先從健康供者及再障患者骨髓及外周血中分選出CD34+造血干祖細胞和CD4+/CD8+ T淋巴細胞,進行單細胞轉錄組測序(STRT-seq)[6, 7],並定義了9HSPC細胞亞羣。基因表達和轉錄因子調控網絡分析表明9HSPC細胞亞羣轉錄組的改變存在異質性,提示再障患者存在譜系選擇性造血損傷。此外,作者發現可變剪切信號在再障HSPC中發生了顯著改變,而既往研究表明MDS也存在異常可變剪切信號,且與MDS預後存在關聯[8, 9]。爲了研究再障的可變剪切及其與MDS之間的關係,研究人員又對再障患者骨髓HSPC細胞進行了單細胞全長轉錄組測序(Smart-seq2)[10]。通過比較再障和MDS患者可變剪切事件,發現再障和MDS有相同的可變剪切改變,主要涉及DNA損傷修復,提示異常可變剪切介導的DNA損傷修覆信號的改變可能是再障惡性轉化爲MDS的關鍵因素之一。

通過細胞表面受體和配體的基因表達分析,研究人員進一步解析了T淋巴細胞和HSPC的相互作用。作者發現再障中T淋巴細胞和HSPC相互作用顯著增強,在相互作用的分子對中,誘導凋亡的相互作用分子對如FAS/FASLTNF/TNFR等相互作用普遍存在於重型再障骨髓細胞中。此外,研究人員還發現誘導單核/巨噬細胞炎症反應的CCL5/CCR5分子對在單核/巨噬細胞前體細胞(MD1/MD2)與CD4+/CD8+ T效應細胞相互作用中顯著增強,提示單核/巨噬細胞的異常免疫反應對再障疾病進展可能具有調控作用。

免疫抑制治療是再障患者重建造血系統的有效治療方式[11]。爲了研究免疫抑制的作用機制以及造血系統的恢復情況,作者進一步比較了健康對照以及再障患者免疫抑制治療前後樣本,發現免疫抑制治療後淋系祖細胞比例降低、紅系-巨核系祖細胞比例增加,預示免疫抑制治療促進骨髓中淋系和髓系組分比例的轉換。儘管如此,作者還發現免疫抑制治療緩解患者的造血系統中,HSPCT淋巴細胞的基因表達並沒有完全恢復到正常水平,甚至接近治療前的狀態,這可能是再障患者需要長期維持免疫抑制治療的主要原因之一。T淋巴細胞和HSPC細胞相互作用分析也進一步鑑定了免疫抑制治療敏感和非敏感的相互作用分子對。

該研究利用單細胞技術,從異質性角度解析了再障全譜系血細胞減少的分子基礎。同時對患者的造血系統和免疫系統進行深入分析,解析了免疫抑制治療前後免疫系統與造血系統的相互作用,爲再障患者免疫抑制干預提供了新思路和潛在的新靶點。

中國醫學科學院血液病醫院(中國醫學科學院血液學研究所)博士研究生朱才英、連玉、王晨晨、副研究員武鵬、研究助理李軒爲本文的共同第一作者。中國醫學科學院血液病醫院(中國醫學科學院血液學研究所)朱平副研究員、再生醫學診療中心施均主任醫師、實驗血液學國家重點實驗室主任程濤教授爲該研究論文的通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國醫學科學院重大協同創新項目的資金支持。

原文連結:Single-cell transcriptomics dissects hematopoietic cell destruction and T cell engagement in aplastic anemia

撰稿:朱才英

编辑:董源

校对:柴子越

审核:祁健伟    周家喜