当前位置：首页 > 详细信息 刘峰团队回顾和总结了造血干/祖细胞在血液系统中的谱系贡献
作者：CZRC 发布时间：2023/8/3 2:01:00
作为血液源头的造血干细胞（Hematopoietic stem cell），一方面通过自我更新维持造血干细胞库的稳定，另一方面通过分化产生各种类型的造血祖细胞（Hematopoietic progenitor cell）和成熟血细胞[1]。造血干细胞的自我更新能力和多向分化能力受到严格的控制以维持机体的血液稳态。早在2000年，Irving L. Weissman等提出造血干细胞分化的层级结构（Hematopoietic hierarchy）模型[2]。在该结构模型中，位于顶端的造血干细胞通过逐级分化产生各谱系成熟血细胞。长期以来，具有自我更新和多向分化能力的造血干细胞被认为是血液发育的主要贡献来源。近年来，随着单细胞多组学技术以及高通量谱系示踪新技术在血液领域的应用[3-7]，越来越多的研究表明，经典层级结构评估的是造血干细胞的分化潜能，并不能真实反映出造血干细胞的命运，因此对这一复杂过程需要及时的梳理与更新。
近期，发育生物学领域知名期刊Development上发表了题为“Revisiting the lineage contribution of hematopoietic stem and progenitor cells”的综述论文，文中简要回顾了造血干细胞的发现、定义以及经典的造血层级结构模型，重点梳理和总结了近期利用单细胞多组学技术和全新谱系示踪技术揭示的造血干细胞和造血祖细胞的谱系分化特征。
造血发生是一个动态有序的过程，具有较强的时空特异性。胚胎造血发育过程包括初级造血过程和次级造血过程，造血干细胞产生于次级造血过程，胚胎主动脉-性腺-中肾区域的一群特化的内皮细胞通过内皮-造血转化过程产生造血干细胞。在早于或者同时于造血干细胞产生的时期，造血祖细胞可以通过类似的转化过程，独立于造血干细胞产生。胚胎期造血干细胞和造血祖细胞均能通过分化产生成熟血细胞，形成胚胎期的造血层级结构模型（图1）。
图1 造血干细胞和造血祖细胞的发育起源
图1 造血干细胞和造血祖细胞的发育起源
基于移植实验和集落形成实验结果，造血干细胞位于造血层级结构的顶端，通过逐级分化的方式产生各类造血祖细胞和成熟血细胞。由于造血干细胞的体外操纵以及微环境的预处理，经典造血层级结构评估的是造血干细胞的分化潜能，并不能真实反映出生理条件下造血干细胞的命运。近期研究表明，从胚胎期至成体期，在正常生理状态下，成熟血细胞的产生主要由造血祖细胞贡献，血液发育主要由造血祖细胞维持；而造血干细胞主要分化产生巨核细胞，并较少贡献其他谱系的成熟血细胞。在血液系统受到损伤等应激条件下，造血干细胞通过逐级分化的方式产生各谱系血细胞，以重建和维持受损后再生的血液系统稳定（图2）。
图2 造血干细胞和造血祖细胞的功能评定
图2 造血干细胞和造血祖细胞的功能评定
综上所述，经典的造血层级结构模型主要是基于非生理状态下的功能测定（移植实验和克隆形成实验），这些测定评估了造血干细胞的分化潜能。随着生理状态下的谱系示踪策略的应用，胚胎期和成体期血液发育的主要贡献者被重新认定为造血祖细胞，而非造血干细胞。基于近期研究的梳理有助于重新定义稳态和应激条件下胚胎期和成体期血液发育的起源以及维持。
参考文献：
1. Zhang, Y., et al., Hematopoietic Hierarchy - An Updated Roadmap. Trends Cell Biol, 2018. 28(12): p. 976-986.2. Akashi, K., et al., A clonogenic common myeloid progenitor that gives rise to all myeloid lineages. Nature, 2000. 404(6774): p. 193-7.
3. Rodriguez-Fraticelli, A.E., et al., Clonal analysis of lineage fate in native haematopoiesis. Nature, 2018. 553(7687): p. 212-216.
4. Dignum, T., et al., Multipotent progenitors and hematopoietic stem cells arise independently from hemogenic endothelium in the mouse embryo. Cell Rep, 2021. 36(11): p. 109675.
5. Ulloa, B.A., et al., Definitive hematopoietic stem cells minimally contribute to embryonic hematopoiesis. Cell Rep, 2021. 36(11): p. 109703.
6. Patel, S.H., et al., Lifelong multilineage contribution by embryonic-born blood progenitors. Nature, 2022. 606(7915): p. 747-753.
7. Yokomizo, T., et al., Independent origins of fetal liver haematopoietic stem and progenitor cells. Nature, 2022. 609(7928): p. 779-784.