遗传谱系示踪揭示生血内皮细胞的造血命运

Although hematopoietic stem cell (HSC) has been identified for almost 60 years, the precise space-time characteristics of HSC origin in embryo remains unknown. Some research has shown HSCs directly originated from hemogenic endothelial cell (HEC) through endothelial to hematopoietic transition (EHT). Unfortunately, due to the lack of specific lineage tracing tools, HEC has not been traced in vivo, so the spatio-temporal characteristics, developmental trajectory and hematopoietic fate of HEC have been still unconfirmed. In our study, based on the large-scale single-cell RNA sequencing data, HEC-specific marker Hecn was screened, and then inducible Hecn-CrexER mice was constructed. By tamoxifen induction, HECs would be specifically traced to explore the spatio-temporal expression pattern of Hecn in embryo and Hecn-specific cell fate from early embryonic stage and fetal liver to adult, as well as to compare the difference of HEC fate in vivo and HEC potential after transplantation. In summary, using cell-specific genetic lineage tracing to trace HEC , we aimed to analyze spatio-temporal characteristics of HEC with hematopoietic development, and elucidate the dynamic evolution and fate transformation in vivo,and hematopoietic potential of HEC, thus providing reliable theory and application basis for HSC source in vitro and clinical translation.

尽管造血干细胞（hematopoietic stem cell, HSC）已经被发现近60年，但是关于HSC的起源仍有许多未知。有研究证明，HSC通过内皮-生血转化直接起源于生血内皮细胞（hemogenic endothelial cell, HEC）。遗憾的是，由于缺乏特异的谱系示踪工具，尚未在体内追踪HEC，HEC时空特性、发育轨迹和造血命运仍有待证实。该研究基于单细胞转录组测序数据，筛选到HEC特异标志Hecn，构建Hecn-CrexER小鼠，在tamoxifen诱导下示踪HEC，探究造血发育过程中HEC的时空表达谱和胚胎早期、胎肝期至成体期的造血命运，比较示踪HEC命运和移植后HEC潜能的异同。总之，我们旨在，利用细胞特异的遗传谱系示踪技术追踪HEC，解析HEC随造血发育的时空特性，阐明HEC在体内的动态演变和命运转化及造血潜能，为HSC的起源和临床转化提供可靠的理论和应用基础。

造血干细胞(Hematopoietic stem cell, HSC)来源于生血内皮细胞（Hemogenic endothelial cell，HEC），但HEC的分子特征、发育轨迹、细胞命运和造血潜能等一直是血液和发育研究领域悬而未决的问题。同时，一些非造血细胞在胚胎发育中期可能通过循环迁移。但以上研究局限于单个细胞类型，循环中还有哪些细胞类型以及这些细胞具有怎样的特性尚不明确。.为探究体内造血发育的动态过程、识别和表征HEC并追踪它们的造血命运和潜能，本研究利用遗传谱系示踪策略特异性标记HEC，在单细胞尺度阐明HEC在体内的动态发育和命运转化的时空特征，为系统分析HSC的早期发育特征提供全新的视角。这些信息将有助于阐明HEC发育轨迹、造血潜能和命运，解析HSC形成的机制，不仅将进一步加深我们对造血发育的理解，而且还可能指向一种细胞群，这种细胞作为HSC的直接来源，实现HSC的体外诱导分化，为HSC的临床转化提供可靠的理论和应用基础。我们分离了胚胎至成体不同时期的内皮细胞、造血干细胞前体和成熟的HSC，对各个阶段的单细胞进行RNA-Seq转录组深度测序，再经过严格筛选和比较，确定了Hecn作为HEC最显著也是最特异的分子标志。利用组织免疫荧光检测Hecn-CrexER小鼠胚胎的表达谱，我们检测了Hecn-CrexER小鼠胚胎E8.5，E9.0，E9.5，E10.0，E10.5，E11.5和E14.0的Hecn表达情况，并与造血细胞标志物Runx1和内皮细胞标志物CD31共染，观察表达Hecn的细胞类型。将Hecn-CrexER小鼠与荧光报告小鼠（R26-tdTomato）交配，获得可诱导的遗传谱系示踪小鼠。至胎肝造血时期，根据流式分析和组织免疫荧光检测胎肝中被诱导表达红色荧光的细胞类型，判断Hecn示踪的细胞在胎肝造血阶段演变成了哪些细胞细胞类型，解析其对造血系统的生理贡献。采用FACS及单细胞RNA测序技术，首次在单细胞转录组水平解析了胚胎发育中期循环中非造血细胞的构成和基因表达特征，促进对循环中细胞类型和特征的了解，有可能为全面解析不同组织或器官细胞互作协同调控胚胎发育提供参考。