Nature 亮點

近日，來自英國劍橋大學、牛津大學及紐卡斯爾大學等單位的研究人員對產前人胚胎骨髓中的血液系統和免疫系統如何發育進行了首次多組學深入分析，發現在短短幾周時間里許多血細胞和免疫細胞類型均產生于發育中的骨髓組織，包括阻止細菌感染的關鍵性白細胞。該研究結果以標題"Blood and immune development in human fetal bone marrow and Down syndrome"在線發表于2021年9月29日的頂級學術期刊《Nature》。

血細胞有一定的壽命，紅細胞的壽命平均約120天，白細胞的壽命為數天、數周或數年。血細胞不斷地衰老和死亡，由新生的血細胞不斷補充，使外周血循環中血細胞數量和質量保持動態平衡，這一過程稱為造血。
 

根據胚胎發育過程中造血中心的轉移，可把出生前的造血相繼分為3個階段：卵黃囊造血期，肝造血期和骨髓造血期，從胚胎后期至生后終身，骨髓成為人體最大的造血器官，約占體重的4％－6％，但是目前尚不清楚骨髓中的造血過程是如何持續進行的，在人類出生后的一生中產生的血細胞和免疫細胞如何發揮功能仍是未解之謎。

來自英國劍橋大學、牛津大學及紐卡斯爾大學等單位的研究人員對產前人胚胎骨髓中的血液系統和免疫系統如何發育進行了首次多組學深入分析，發現在短短幾周時間里許多血細胞和免疫細胞類型均產生于發育中的骨髓組織，包括阻止細菌感染的關鍵性白細胞。

這項研究是人類細胞圖譜(Human Cell Atlas, HCA)計劃的一部分，旨在繪制人體的每一種細胞類型，以改變我們對健康、感染和疾病的認識，為血液系統和免疫系統在骨髓中如何發育的重要參考。人類的血液系統和免疫系統通常能保護我們免受感染和疾病的侵襲，但它們偶爾也會出錯導致免疫缺陷和惡性腫瘤，比如白血病即是白細胞功能異常的惡性疾病，如何探究背后的生物學機制尤為重要。

研究中作者使用了單細胞多組學聯合分析的技術思路，包括Phenoptics多重免疫熒光分析，流式細胞分析，單細胞基因測序等工具全方位的展示了骨髓造血過程細胞的發生過程，基于Phenoptis技術方案，作者對于CD34、VEGFR2、CXCL12、CD117等指標進行多色熒光標記，詳細描繪了骨髓組織中的基質細胞及免疫細胞發育所處的環境，為免疫細胞的功能差異研究提供了重要思路。



在研究中基于單細胞多組學分析發育中的骨髓組織樣本，以便確定存在的細胞類型以及這些細胞表達的基因和蛋白差異，觀察到血細胞和免疫細胞迅速多樣化成為不同的特化細胞，包括稱為中性粒細胞的白細胞用于防止細菌入侵，這對于對抗感染和疫苗的免疫響應也具有重要意義。



研究人員表示對于復雜的人體免疫系統，基于單細胞多組學技術方案能夠確保正確理解發育過程，并且實現在單細胞分辨率水平上開展研究。對于首次確定發育中的骨髓中的所有血細胞和免疫細胞，使我們能夠看到從未被我們為發育中的骨髓構建出的這種細胞圖譜，這將成為科學家們的一個巨大資源寶庫，為將來開發相關疾病治療方法提供重要保障。


該研究項目作為人類發育細胞圖譜（Human Developmental Cell Atlas, HDCA）一部分，是人類細胞圖譜的重要分支旨在創建發育過程中細胞的綜合圖譜，這對于理解正常器官發生、突變、環境因素和傳染源對人類發展的影響、先天性和兒童疾病以及衰老、癌癥和再生醫學的細胞基礎至關重要。它有助于改變我們對人類免疫系統在生命早期如何發育的理解，并開發診斷和治療免疫性疾病的新方法以及再生醫學的潛力。
 

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