單細胞轉(zhuǎn)錄組技術作為目前科研領域的一大熱門，在揭示細胞異質(zhì)性玄柏，發(fā)現(xiàn)新的細胞亞群具有重要意義襟衰。但是，在組織解離的過程中粪摘，丟失了細胞在組織中的空間位置信息瀑晒。空間轉(zhuǎn)錄組技術的出現(xiàn)徘意，彌補了這一缺陷苔悦。結(jié)合單細胞和空間轉(zhuǎn)錄組技術，可以碰撞出不一樣的火花椎咧，在挖掘出更多信息的同時玖详，大幅度提升文章檔次。

下面，小編以一篇Nature文章為例蟋座，分享單細胞和空間轉(zhuǎn)錄組技術聯(lián)合分析的應用拗踢。

白血病，很多人都不會感到陌生向臀，骨髓移植巢墅、骨髓穿刺、不治之癥飒硅、這些都是白血病的標簽砂缩，隨之帶來的高昂治療費，也讓很多患者家庭不堪重負三娩。從18年的電影《我不是藥神》到22年的電視劇《親愛的小孩》庵芭，都從不同層面揭示了由于匹配供體的缺乏以及臍帶血中干細胞數(shù)量較少，從而導致血液病和免疫系統(tǒng)疾病的治療受到限制的窘境雀监。

造血干細胞（haematopoietic stem cells双吆，HSC）是一類具有自我更新和分化能力的細胞，在維系人體血液系統(tǒng)功能中發(fā)揮重要作用会前。為了克服供體的局限性好乐，很多研究人員試圖利用人類多能干細胞（hPSCs）實現(xiàn)在體外誘導生成造血干細胞。已有的研究聚焦于闡釋HSC的起源與早期發(fā)育瓦宜，對HSC產(chǎn)生的具體步驟尚不明確蔚万，但就在今年4月，美國加州大學洛杉磯分校在Nature雜志發(fā)文“Mapping human haematopoietic stem cells from haemogenic endothelium to birth”临庇，結(jié)合單細胞轉(zhuǎn)錄組技術和空間轉(zhuǎn)錄組技術反璃，詳細全面地繪制了妊娠早期到出生階段的HSC發(fā)育圖譜，為人們在實驗室中生產(chǎn)功能齊全的HSC提供了藍圖假夺。

【發(fā)表期刊】Nature?

【影響因子】69.504?

【發(fā)表單位】加州大學洛杉磯分校

研究背景?

發(fā)育性造血功能由多輪血細胞的產(chǎn)生組成淮蜈，最終產(chǎn)生能自我更新的HSC。遺憾的是目前尚不清楚人類HSC產(chǎn)生的具體步驟已卷，導致無法從人類多能干細胞中區(qū)分HSC梧田，從而影響了HSC的移植和一些疾病模型的研究。

研究路線

主要結(jié)果

新生HSC分子特性

為了鑒定新生的人類HSC侧蘸，作者對來自3個胚胎的CS14-15（Carnegie stages）時期主動脈-性腺-中腎（aorta-gonad-mesonephros裁眯，AGM）區(qū)域進行了單細胞轉(zhuǎn)錄組測序（scRNA-seq），發(fā)現(xiàn)了一個符合人類HSC預期特征的亞群讳癌，該亞群特異性地表達HLF基因穿稳。

為識別新生HSC的分子特征，研究者將HSC亞群與其他AGM亞群進行了比較析桥，生成了一個新生HSC的特征基因集司草。隨后艰垂，為了確定其他組織是否含有造血干細胞，通過scRNA-seq分析埋虹，并且根據(jù)RUNX1+HOXA9+MLLT3+MECOM+HLF+SPINK2+共表達特征猜憎，發(fā)現(xiàn)HSC存在于C14-AGM、胎盤搔课、卵黃囊胰柑，臍帶和卵黃血管，在肝臟爬泥、頭和心臟中數(shù)目稀少柬讨。這表明，HSC 在進入循環(huán)系統(tǒng)或定植到肝臟之前袍啡，先在胚胎外多個組織中生長踩官。

肝臟內(nèi)HSC的成熟

為了確定HSC在肝臟內(nèi)定植的時間，作者分析了不同時期AGM區(qū)域和肝臟內(nèi)HSC特征基因的表達境输。HLF基因的定量結(jié)果顯示蔗牡，HSC大約在6周向肝臟轉(zhuǎn)移。

隨后嗅剖，作者系統(tǒng)地評估了HSC的成熟情況辩越。通過對轉(zhuǎn)錄因子的偽時序分析，確認了HSC成熟過程中存在時間調(diào)控程序信粮。進一步分析顯示黔攒，胚胎屬性、增殖活性强缘、氧化磷酸化督惰、葡萄糖和核苷酸代謝等功能在肝細胞HSC中逐漸受到抑制，反映了其向穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)變欺旧；抗原呈遞類基因姑丑，尤其是MHC II類基因蛤签，則在HSC成熟過程中顯著上調(diào)辞友。此外，作者還發(fā)現(xiàn)HSC在8周開始成熟震肮，后續(xù)針對肝和臍帶血的流式細胞技術分析也證實了這一結(jié)果称龙。

HSC的起源

為了確定人類HSC的前體細胞，作者使用UMAP分析和擬時分析戳晌，揭示了動脈內(nèi)皮細胞向HSC的轉(zhuǎn)變鲫尊。

針對高變基因的無監(jiān)督聚類分析發(fā)現(xiàn)，生血內(nèi)皮細胞的轉(zhuǎn)錄程序經(jīng)歷了從上皮細胞到造血細胞的過渡沦偎。scRNA-seq無法獲得細胞的空間位置信息疫向，為了可視化HSC的出現(xiàn)咳蔚，作者對CS15d時期胚胎的多個部位進行空間轉(zhuǎn)錄組分析，結(jié)合免疫熒光分析結(jié)果搔驼，證明了HSC出現(xiàn)于主動脈內(nèi)造血竇中谈火。

為了進一步研究生血內(nèi)皮細胞向HSC轉(zhuǎn)化的過程，作者比較了CS13-17時期AGM數(shù)據(jù)和CS10-11的胚胎和卵黃囊數(shù)據(jù)舌涨，發(fā)現(xiàn)可轉(zhuǎn)化為HSC的生血內(nèi)皮細胞來源于代謝靜息狀態(tài)下的IL33+ALDH1A1+動脈內(nèi)皮細胞糯耍。

體外生成AGM樣造血干/祖細胞

為了評估多能干細胞向HSC的分化并識別其體內(nèi)的對應細胞，作者對體外生成的兩種造血細胞進行了scRNA-seq測序囊嘉。

通過與人體內(nèi)造血細胞的scRNA-seq數(shù)據(jù)進行比較温技，發(fā)現(xiàn)HLF+SPINK2+造血干/祖細胞與未成熟的AGM和胚胎外HSC比較相似。然而扭粱，一些基因（ALDH1A1舵鳞，Wnt和TGFβ/BMP抑制劑）的表達缺失或降低，說明內(nèi)皮細胞向造血細胞轉(zhuǎn)化的信號通路存在差異琢蛤。

此外系任，體外培養(yǎng)的造血干/祖細胞也缺少HSC成熟的分子特征，這些結(jié)果都表明了目前尚無法在體外產(chǎn)生功能性的HSC虐块。

研究結(jié)論?

本研究結(jié)合單細胞轉(zhuǎn)錄組技術和空間轉(zhuǎn)錄組技術俩滥，繪制了人類從早期妊娠到出生前的HSC發(fā)育圖譜，揭示了HSC的起源以及在發(fā)育過程中向不同位置遷移的過程贺奠。研究描繪了HSC不同發(fā)育階段相關的分子特征霜旧，將為后續(xù)體外培養(yǎng)可移植的功能性HSC提供依據(jù)。

參考文獻

[if !supportLists]1儡率、[endif]Calvanese V, Capellera-Garcia S, Ma F, et al. Mapping human haematopoietic stem cells from haemogenic endothelium to birth[J]. Nature, 2022, 604(7906): 534-540.