Cell Stem Cell | 緊急髓系造血的分子地圖揭示保守的造血激活模塊

撰文丨易

造血系統(tǒng)具有高度適應(yīng)性，當(dāng)機(jī)體遭受感染、炎癥、化療或放療等壓力時，骨髓內(nèi)的造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞（HSPC）會啟動一系列細(xì)胞與分子機(jī)制，統(tǒng)稱為緊急髓系造血（Emergency Myelopoiesis,EM），以快速增加成熟髓系細(xì)胞的輸出。盡管已知不同的EM誘導(dǎo)因素（如細(xì)胞因子IL-1β、G-CSF、病原體成分LPS/pIC、化療藥5-FU等）能引起HSPC增殖與分化偏向髓系，但尚不清楚這些各異的刺激究竟是分別調(diào)控HSPC層級中不同位置的細(xì)胞，還是在各層級普遍作用；同時也不明確不同刺激是否激活完全不同的轉(zhuǎn)錄程序，或是否存在保守的共享分子模塊。

近日，美國哥倫比亞大學(xué)Emmanuelle Passegué和Raul Rabadan在Cell Stem Cell期刊上發(fā)表題為Quantitative molecular cartography of emergency myelopoiesis reveals conserved modules of hematopoietic activation的研究論文，通過開發(fā)HemaScribe和HemaScape兩種新工具，系統(tǒng)比較了多種緊急髓系造血誘導(dǎo)因子對造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞層級的影響，發(fā)現(xiàn)不同刺激作用于不同層級水平，但共享一個以Ybx1為關(guān)鍵調(diào)控因子的保守髓系祖細(xì)胞活化模塊（M24），該模塊在人和小鼠間保守且能獨立預(yù)測急性髓系白血病患者的預(yù)后。

首先，研究團(tuán)隊為解決HSPC單細(xì)胞數(shù)據(jù)注釋分辨率不足的問題，創(chuàng)建了HemaScribe方法。先利用公共數(shù)據(jù)庫的批量RNA-seq數(shù)據(jù)構(gòu)建寬泛分類器，再通過分選10種精確定義的HSPC亞群并進(jìn)行寡核苷酸標(biāo)簽混合測序，訓(xùn)練出高精度精細(xì)分類器，成功實現(xiàn)了對HSC、各MPP亞群及定向祖細(xì)胞的一致、高分辨率注釋，且與流式細(xì)胞術(shù)定義良好對應(yīng)。隨后，利用彈性嵌入降維、密度聚類和PAGA分析構(gòu)建了HemaScape定量分化拓?fù)淠Ｐ停ㄟ^熒光標(biāo)記傳播驗證了其分支結(jié)構(gòu)合理性，并結(jié)合細(xì)胞周期校準(zhǔn)、凋亡測量和隨機(jī)游走模擬，估算出各節(jié)點增殖與分化速率，發(fā)現(xiàn)下游定向祖細(xì)胞節(jié)點速率高于HSC/MPP節(jié)點，且MPP2偏向巨核/紅系、FR+ MPP3偏向髓系、MPP4偏向淋系，從而建立了穩(wěn)態(tài)造血分化的定量框架。

接著，研究團(tuán)隊將上述工具應(yīng)用于9種EM擾動（IL-1β、G-CSF、5-FU、LPS、pIC、EPO、胎鼠、老齡）的單細(xì)胞數(shù)據(jù)集。通過HemaScribe注釋和差異組成分析，發(fā)現(xiàn)不同擾動靶向HSPC層級的不同水平：5-FU引起HSC和MPP大規(guī)模擴(kuò)增；G-CSF和IL-1主要擴(kuò)增GMP而對HSC/MPP影響小；pIC和LPS則引起MPP的廣泛響應(yīng)。利用Augur轉(zhuǎn)錄擾動分析和多組學(xué)ATAC-seq評估，發(fā)現(xiàn)G-CSF的轉(zhuǎn)錄響應(yīng)局限于髓系祖細(xì)胞且這些細(xì)胞在靜息狀態(tài)下已具備染色質(zhì)可及性預(yù)置，而pIC則引起更廣泛的層級響應(yīng)且無特定細(xì)胞類型預(yù)置。通過PAGA連接性變化分析，發(fā)現(xiàn)pIC和LPS特異增強了HSC→MkP旁路及MPP4→髓系祖細(xì)胞的連接，而G-CSF無此效果；移植實驗驗證了pIC確實能促進(jìn)HSC來源的血小板生成和MPP4的髓系輸出，而G-CSF不能，說明pIC通過重編程早期HSPC和啟用分化旁路重塑整個層級，G-CSF僅強化穩(wěn)態(tài)下已有的髓系祖細(xì)胞通路。

然后，團(tuán)隊對整合的多條件數(shù)據(jù)集進(jìn)行非負(fù)矩陣分解，篩選出四個EM相關(guān)轉(zhuǎn)錄模塊。其中M18在HSC中富集，由急性IL-1、LPS和pIC激活，與Runx1/Tcf12關(guān)聯(lián)；M12也在HSC中富集，由慢性IL-1和5-FU激活，與AP-1/Jun/Fos關(guān)聯(lián)；M40同樣在HSC中富集，由LPS和pIC激活，代表I型干擾素應(yīng)答；M24則在GMP和MPP3中富集，被5-FU、G-CSF、pIC和LPS共同誘導(dǎo)，含代謝和IFITM基因。通過獨立數(shù)據(jù)集驗證，這些模塊在多次實驗中均可重復(fù)。針對M24，通過CellOracle計算機(jī)敲除篩選和Ybx1抑制劑SU056的體外GMP擴(kuò)增實驗，發(fā)現(xiàn)Ybx1是M24的關(guān)鍵功能驅(qū)動因子，抑制Ybx1可特異性阻斷5-FU處理后GMP的異常擴(kuò)增，而對對照組或IL-1處理組無影響，證明該模塊具有Ybx1依賴性。

最后，將M24轉(zhuǎn)化為人類同源特征hSig24，在G-CSF動員和TLR刺激的人GMP中驗證了其上調(diào)，并確認(rèn)YBX1仍為主要調(diào)控因子。在AML臨床隊列分析中，hSig24高表達(dá)與成人和兒童AML患者（包括TP53野生型和突變型）的較差總生存期顯著相關(guān)，且在多變量Cox回歸中為獨立預(yù)后因素，其預(yù)測效能優(yōu)于或等于現(xiàn)有LSC17、APS等評分，并能提升ELN2022臨床危險分層的準(zhǔn)確性。

綜上所述，不同EM誘導(dǎo)子在HSPC層級的作用位點和分化旁路存在差異，但共享以M24/Ybx1為核心的保守髓系祖細(xì)胞活化模塊，該模塊在人和小鼠間保守且具有直接臨床預(yù)后價值。

https://doi.org/10.1016/j.stem.2026.05.007

制版人： 十一

學(xué)術(shù)合作組織

（*排名不分先后）

戰(zhàn)略合作伙伴

（*排名不分先后）

推薦直播

轉(zhuǎn)載須知

【原創(chuàng)文章】BioArt原創(chuàng)文章，歡迎個人轉(zhuǎn)發(fā)分享，未經(jīng)允許禁止轉(zhuǎn)載，所刊登的所有作品的著作權(quán)均為BioArt所擁有。BioArt保留所有法定權(quán)利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

點擊主頁推薦活動

關(guān)注更多最新活動！