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作者：Lily
导读：中国科学院广州生物医药与健康研究院王金勇研究员团队和广州医科大学教授张梦云团队合作，首次通过干细胞基因编辑手段操纵3个重要造血调控基因Runx1、Hoxa9和Hoxa10的组合表达，成功在老鼠实验中获得具有移植能力的人造骨髓种子细胞，该细胞在移植后能够实现在野生型动物体内高度嵌合，以及长期、多谱系造血。相关成果于2月16日发表于国际干细胞学会会刊《干细胞报告》（Stem Cell Reports）。
骨髓移植即造血干细胞移植，主要用来治疗多种恶性血液肿瘤和地中海贫血症等血液单基因遗传病。然而，造血干细胞移植的细胞来源主要是配型成功的血缘或非血缘供者的骨髓、外周血或者脐带血，来源限制条件多，数量有限，且成本高昂。接受异体骨髓移植的患者常常出现免疫排斥反应，影响生存质量。
王金勇研究员介绍：“多能干细胞，包括天然的人胚胎干细胞和诱导型多能干细胞等，是一种可以长期培养扩增、能分化成所有人体细胞类型的干细胞。”结合基因编辑技术，理论上可以实现诱导干细胞分化获得人造骨髓种子细胞，从而让众多患者摆脱寻找供者骨髓的困境。
https://www.cell.com/stem-cell-reports/fulltext/S2213-6711(23)00012-7
研究背景
01
众所周知，造血谱系细胞通过“内皮-造血转换（EHT）”起源于内皮中间体。病毒携带者体内 Gata2、Gfi1b、cFos和Etv6 的组合表达将成纤维细胞转化为内皮样细胞，随后在体外产生造血干细胞/祖细胞（HSPC）样细胞，但CD45细胞的比例极低。
实验证据表明，用表达FOSB-、GFI1-、RUNX1和SPI1的慢病毒载体转导的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）或成人真皮微血管内皮细胞（hDMEC）可以转化为人多能祖细胞，并通过无血清指导性血管生态位产生长期的血液多谱系。病毒携带者递送的ERG、HOXA5、HOXA9、HOXA10、LCOR、RUNX1和SPI1的组合表达可促进NSG小鼠人多能干细胞的多谱系造血；使用一组来自预编辑多能干细胞（PSC）的确定因子进行可重复和有效的造血生成方法仍在开发中。
Runx1 是“内皮-造血转换（EHT）”过程的主调节器。外源性Runx1和Hoxa9在小鼠胚胎干细胞 （mESC） 中的组合表达导致造血祖细胞 （HPC） 的产生，这些细胞优先在体内重建功能性T淋巴细胞生成，表明 Hoxa9 在T谱系生成中的重要作用。Hoxa9在造血干细胞（HSC）的产生和扩增中起关键作用。Hoxa10是另一个HOX家族成员，也促进HSPC的扩增和植入。
关于该研究
02
衡量人造骨髓是否有用，首先需要在免疫系统完备的动物体内移植成功。研究团队通过同源重组的方法构建了可诱导表达转录因子Runx1、Hoxa9和Hoxa10组合的胚胎干细胞系，并基于“体外再生种子细胞，体内发育成熟”的两步法策略，将体外分化产生的造血种子细胞移植到经过预处理的野生型小鼠体内。
研究概览图：
结果显示，移植的造血种子细胞在受体鼠的外周血、骨髓、脾脏等多个组织器官中可长期输出完整的单核髓系、B细胞谱系和T细胞谱系等细胞类型。单细胞测序聚类结果进一步显示，移植后受体鼠的外周血中再生的髓系细胞、B细胞和T细胞，与天然发育来源的细胞群具有相似的转录谱特征。
为了解析人造骨髓种子细胞长期植入的细胞学机制，研究团队进一步在受体鼠的骨髓中检测到干细胞来源的髓系祖细胞和淋系祖细胞。二次移植实验证实，这些再生的祖细胞具有长期再生多种血液谱系细胞的能力。
王金勇研究员表示：“这些人造骨髓种子细胞在宿主免疫系统竞争的前提下，成功植入动物体内并稳定维持长达6个月以上，相当于人类20年以上，并分化输出各种单核、粒细胞和淋巴细胞。”
值得一提的是，多批次独立移植实验没有发现致瘤现象，初步证实了人造骨髓种子细胞的安全性。
研究意义
03
该研究建立了一种新的方法，在 Runx1、Hoxa9和Hoxa10共表达的引导下，在体内同时重建来自多能干细胞（PSC）的生成性骨髓、B和T谱系。此研究成果为使用PSC来源重建造血系统提供了重要见解；也为人造骨髓种子细胞代替传统骨髓移植细胞来源带来希望。未来有望建立人造骨髓干细胞库，为患者提供 “现货式” 治疗。
参考资料：
https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/2/494391.shtm
https://www.cell.com/stem-cell-reports/fulltext/S2213-6711(23)00012-7
注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。
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