Cell Res：汤富酬/兰雨/刘兵揭示了胚胎内皮细胞向造血干细胞的进化机制

来源：iNature

成年人的造血干细胞（HSC）被认为是由妊娠中期胚胎的造血内皮细胞（HEC）产生的。由于具有罕见和短暂的性质，因此从未严格鉴定和准确捕获具有HSC功能的HEC，更不用说其真正的血管前体了。有趣的是，关于HEC和非HEC在分子上是否相似以及与这两个群体在何种程度上可以区分。由于上述标记物无法定义HEC群体的富集效率或特异性，因此，需要对造血组织内的胚胎内皮细胞池进行筛查，以准确识别HSC引发的HEC。

2020年3月20日，暨南大学兰雨，刘兵及北京大学汤富酬共同通讯在Cell Research 在线发表题为“Embryonic endothelial evolution towards first hematopoietic stem cells revealed by single-cell transcriptomic and functional analyses”的研究论文，该研究首先使用高精度的单细胞转录组学，从胚胎第9.5天到胚胎第11.0天（0.5天间隔），在连续发育阶段检查了相关的EC种群。

该研究在转录组上鉴定了两个分子不同的动脉EC群体和推定的HSC引发的HEC，其数量在E10.0达到峰值，然后在主动脉-性腺-中肾（AGM）的背主动脉中急剧下降。结合计算预测和体内功能验证，研究人员通过新构建的Neurl3-EGFP报告基因小鼠模型精确捕获了具有HSC功能的HEC，并通过结合表面标记（Procr + Kit + CD44 +，PK44）进一步实现了富集。令人惊讶的是，在单个HEC的培养物中很少但可靠地观察到内皮-造血双重潜能。值得注意的是，来自E8.0的原始血管EC经历了两步命运选择，成为HSC引发的HEC，即最初的动脉命运选择，然后是血源性命运转换。这一发现解决了以前观察到的一些矛盾。综上所述，对体内HSC启动的HEC规范所依据的内皮细胞进化和分子程序的全面理解将有助于指导体外HSC生产的未来研究。

成年人的造血系统主要由造血干细胞（HSC）及其后代组成，据认为是来自妊娠中期胚胎的造血内皮细胞（HEC），HEC开始表达关键的造血转录因子（TF）Runx1并具有造血潜力。与造血祖细胞不同，HEC缺乏造血表面标志物（如CD41和CD45）的表达。可视化的造血干细胞和祖细胞（HSPC）通过称为内皮细胞的瞬时和动态过程从主动脉内皮细胞（EC）出现。造血过渡形成主动脉内造血簇（IAHC）。HSC前体是HEC和HSC之间重要的细胞中间体，其特征在于其可诱导的繁殖能力和用造血表面标志物引发，血管内皮细胞选择HSC命运的最关键步骤之一。但是，由于尚不清楚HSC引发的HEC的确切身份，因此EC是HSC引发的HEC的直接来源的矛盾观点仍在争论中。

为了深入研究HSC引发的HEC规范及其对HSPC的承诺背后的细胞进化和分子事件，有必要有效分离HSC引发的HEC。迄今为止，尚未实现对由HSC引发的HEC的有效分离。

为了描述HSC出现的分子事件，近年来已报道了一些关于AGM区HEC，IAHC细胞和HSPC的单细胞转录谱研究。使用Runx1 + GFP或Gfi1-Tomato作为推定的HEC的标记，通过Fluidigm单细胞qPCR或单细胞RNA测序（scRNA-seq）转录了几个定义的细胞群。有趣的是，关于HEC和非HEC在分子上是否相似以及与这两个群体在何种程度上可以区分。由于上述标记物无法定义HEC群体的富集效率或特异性，因此，需要对造血组织内的胚胎内皮细胞池进行筛查，以准确识别HSC引发的HEC。

与人类胚胎相比，小鼠胚胎可作为研究发育事件的良好模型，尤其是稀有和短暂细胞群体（例如HECs）的发育，这归因于可规划的资源，体内功能评估的便利性，最重要的是基因操作的可行性。

对于该研究，首先使用高精度的单细胞转录组学，从胚胎第9.5天到胚胎第11.0天（0.5天间隔），在连续发育阶段检查了相关的EC种群。因此，该研究在转录组上鉴定了两个分子不同的动脉EC群体和推定的HSC引发的HEC，其数量在E10.0达到峰值，然后在主动脉-性腺-中肾（AGM）的背主动脉中急剧下降。结合计算预测和体内功能验证，研究人员通过新构建的Neurl3-EGFP报告基因小鼠模型精确捕获了具有HSC功能的HEC，并通过结合表面标记（Procr + Kit + CD44 +，PK44）进一步实现了富集。

令人惊讶的是，在单个HEC的培养物中很少但可靠地观察到内皮-造血双重潜能。值得注意的是，来自E8.0的原始血管EC经历了两步命运选择，成为HSC引发的HEC，即最初的动脉命运选择，然后是血源性命运转换。这一发现解决了以前观察到的一些矛盾。综上所述，对体内HSC启动的HEC规范所依据的内皮细胞进化和分子程序的全面理解将有助于指导体外HSC生产的未来研究。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41422-020-0300-2