Nature: 全球首个！单细胞测序绘制人胚胎造血和免疫系统发育图谱
在人类胚胎早期发育中，造血首先发生在卵黄囊（着床后的 2 - 3 周）；之后，在胚胎内的 aorta-gonad-mesonephros (AGM) 区产生造血祖细胞；然后，卵黄囊和 AGM 区的祖细胞在肝脏等胎儿组织器官中定植，直到妊娠中期，肝脏仍是造血的主要器官。
尽管造血发育在脊椎动物中存在保守性，但老鼠和人类之间还是存在明显的区别。
因此，通过对人体早期胚胎组织进行全面的研究，可以解析早期造血的分子和细胞结构，为了解免疫缺陷、儿童白血病和贫血症提供了基础数据，并可加深对 HSC/MPP 增殖机理的认识。
目前，早期胚胎发育中的血液及免疫系统的研究主要依赖于小鼠及体外模型，但由于技术和取材的限制，科学家对人类早期胚胎发育中的造血研究几乎没有。
2019 年 10 月 10 号，英国纽卡斯尔大学、剑桥大学及 Wellcome Sanger 研究所等机构的科学家们在 Nature 发表了题为《Decoding human fetal liver haematopoiesis》的研究论文，首次在单细胞维度解析人类胎肝图谱，为了解胎儿造血及免疫系统的发育提供了重要线索。
图片来源：nature
实验设计及取材
在该研究中，科学家利用单细胞转录组技术，捕获了着床后 7 - 17 周共计约 140000 的胎肝细胞及 74000 的胚胎皮肤、肾脏及卵黄囊细胞，在全球范围内首次揭示人类胎肝造血系统的组成及早期造血系统的发育。
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解析胎肝细胞组成
首先，该团队利用特征性基因的表达及前期流式分选策略在胎肝细胞中鉴定出 27 种细胞类型，并对不同发育时期的各种细胞组成进行了统计。
他们发现，在早期胚胎发育中，红细胞的组成占主导地位，不过，随着发育的不断进行，淋系及髓系细胞比例逐渐增多。
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在得到所有细胞类型组成之后，研究人员为了验证上述分群的正确性，在各细胞亚群的差异基因中筛选细胞表面标志物，并通过流式分选技术等到相应细胞，最后利用 Giemsa 染色观察细胞形态用以验证细胞亚群的正确性。
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胎儿造血系统的具体组成
上述的解析是整个胎肝层面的，包括了血细胞及其他细胞，为了更加精细地解析血液系统的具体组成，作者将全部与血液相关的细胞亚群单独分析，结果显示，整个造血系统主要由淋系、髓系和巨核及红系组成。
另外，利用受体 - 配体的配对分析，他们还鉴定出与红细胞发育相关的巨噬细胞，既血岛中的巨噬细胞。
同时，在比较卵黄囊和胎肝中的红细胞时，他们也证实了血红蛋白转变的现象，既由卵黄囊时期的 HBZ 和 HBE1 的主导表达到胎肝期的 HBA1 和 HBG2 的表达。
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胎肝及非淋巴组织中淋系的发生
在解析了红细胞的相关特征之后，作者对胎肝、皮肤、肾脏及卵黄囊内的淋巴细胞系进行了研究，结果显示，此时主要存在两大淋系分支：NK-T-ILC 分支及 B 细胞分支。
此时的 B 细胞发育已经显示出阶段发育特征，即由原始 B 细胞向成熟 B 细胞的发育（下图 a 中的 1、2、3、4、5）；但在非淋巴组织中，HSC/MPP 和 Pre Pro B 细胞并不存在；不过，在卵黄囊中，NK 和 ILC 祖细胞就已经存在。
综合结果提示非淋巴组织中的这些免疫细胞来自卵黄囊和胎肝，但是在原位发育成熟并获得组织特异性。
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髓系细胞发育及组织特征
免疫系统的组成不仅仅包括淋巴细胞，而且髓系细胞在固有免疫方面也发挥着重要的作用。
研究人员在对髓系细胞的解析时发现，它们主要由 HSC/MPP 分化而来，不过可以通过三种途径产生：中性粒 - 髓系祖细胞、单核祖细胞及 DC 祖细胞。
另外，通过比较分析胎盘、胎肝及卵黄囊中的髓系细胞的差异，结果显示，相对于其他细胞类型，巨噬细胞存在较高的组织特异性。
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HSC/MPP 分化潜能的异质性
在解析了血液系统中的主要谱系细胞之后，在文章的最后一部分，作者详细解析了 HSC/MPP 细胞亚群。
结果显示，造血干祖细胞存在较大的异质性，可以细分为 8 个细胞亚群，同时，他们还发现并证明了 HSC / 的内在变化，包括 MPP 数量、增殖和分化潜能在不同发育阶段的不同，而这些变化对肝脏造血系统以适应胎儿发育需求是非常关键的：
首先是建立一个有效的氧气运输系统，然后才是发展为一个完整的血液和免疫系统。
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总体来说，该团队通过单细胞转录组技术精细解析胎儿肝脏图谱，为了解胎儿肝脏造血和免疫系统发育提供了基础资源。
同时，这些参考数据集也将是研究儿科血液、免疫系统疾病和开发 HSC / MPP 治疗非常宝贵的资料。
原文链接：
https://doi.org/ 10.1038 /s41586 - 019 - 1652 -y
