应用单细胞技术解析小鼠造血干细胞发育的微环境调控规律

In the hematopoietic research field, the single cell transcriptome research is niche of the HSC. The niche of the HSC in embryonic development stage, such as the aorta-gonad-mesonephros (AGM) region, which has a complex structure and plays an important role on HSC formation. However, the cell composition in AGM region were rarely discussed in detail. The gaps in these aspects hinder the functional studies of the HSC niche. Using the single-cell transcriptase sequencing technique, the niche cells of different parts of AGM will be directly and thoroughly sequenced, rather than a certain type of niche cells enriched with ligand antibody. This strategy avoids the trouble caused by the lack of known effective surface molecules that can enrich niche cells. On the other hand, it can achieve a complete HSC development niche single cell expression profile, leading to a more comprehensive analysis of cell composition in HSC niche. The study paves the way for the subsequent detail functional analysis of each niche cell type.

目前造血研究领域里的单细胞转录组研究主要集中在造血谱系本身，较少涉及到HSC的微环境，而HSC胚胎发育阶段的微环境（例如AGM区），具有复杂的结构，其中包含哪些支持HSC形成和成熟的细胞种类，也鲜有报道。这方面的空白阻碍了HSC发育微环境的功能研究。使用本课题组擅长的单细胞转录组测序技术,对不同部位的HSC发育微环境细胞直接测序，而不是用配体抗体富集某一部分的微环境细胞，一方面避免了此前HSC发育微环境已有知识匮乏，和缺少有效表面分子用来富集微环境细胞的困扰，另一方面可以获得完整的HSC发育微环境中单细胞表达谱，比较全面地分析微环境中的细胞组成，为后续逐一开展各个微环境细胞类型的研究铺平道路。

长期以来主动脉内皮下间质被推测是AGM区新生的造血干细胞（HSC）产生的微环境。然而这些微环境的细胞类型过去研究得并不清楚。利用单细胞转录组测序解析了作为 HSC微环境的小鼠 AGM 区，特别是主动脉外周组织的细胞组成，提示了主动脉内皮下间质的细胞异质性。对E10小鼠胚胎AGM区非造血非内皮细胞，以及E9.5、E10.5 AGM区CD31−Pdgfrb+主动脉外周细胞进行单细胞转录组分析，结合胚胎免疫荧光染色，对小鼠AGM区HSC生成时期的微环境细胞组成和基因表达特征进行了详细的解析，明确其解剖位置或细胞功能。根据关键基因的差异表达对这些基质细胞的HPSC支持能力打分，发现Cnn1high主动脉血管平滑肌（vascular smooth muscle cell, VSMC）相对其他主动脉外周细胞类型HSPC支持潜能最高，其中的HSPC支持性细胞比例最高，提示表达Cnn1的主动脉平滑肌是潜在的微环境细胞。这群细胞可映射到CD31−Pdgfrb+主动脉外周细胞细胞中的P2、P3 VSMC细胞群体，分析了主动脉平滑肌不同于其他主动脉间质细胞的核心调控网络，并发现主动脉中相对成熟阶段的平滑肌细胞具有更好的HSPC支持功能。此外，配体-受体富集分析提示，主动脉平滑肌细胞与造血干细胞前体细胞之间存在广泛的相互作用，涵盖了WNT，TGF-beta/BMP和IGF signaling等信号通路。我们选择加入ActivinA中和抗体验证其对AGM培养组织中新生HSC的产生过程的影响，但外植体培养结合造血移植重建实验发现HSC的产生不依赖由ActivinA介导的相互作用。这些发现阐明了AGM造血干细胞微环境的细胞组成和表达特征，为HSC产生的功能调控增加了新的理论认识。