造血干細胞移植是目前最為成熟有效的干細胞治療方式之一。1988年，美國科學(xué)家布洛克斯梅爾（H.Broxmeyer）和法國醫(yī)生格拉克曼(E.Gluckman)合作，成功利用臍血造血干細胞移植治療一位患有范可尼貧血的6歲美國小男孩。至此，打開了臍血干細胞治療的大門。臍血可作為供臨床移植的造血干細胞的有效來源，同時也是開展人類造血干細胞生物學(xué)研究的寶貴材料。已有的關(guān)于造血干細胞自我更新的理論體系主要來自于小鼠骨髓或胎肝造血干細胞的研究，隨后研究表明人類造血干細胞和小鼠造血干細胞自我更新的調(diào)控機制有諸多不同。深入研究人類造血干細胞自我更新和干性維持的調(diào)控機制不僅有利于完善人類造血干細胞生物學(xué)的理論體系，同時有利于建立真正有效的人類功能性造血干細胞長期體外擴增培養(yǎng)方法供基礎(chǔ)研究或臨床應(yīng)用。
2021年8月31日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院郭濱研究組與美國印第安納大學(xué)醫(yī)學(xué)院Hal E. Broxmeyer研究組、萬鈞研究組、上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院孟慶友研究組以及附屬第六人民醫(yī)院滕銀成研究組合作在國際醫(yī)學(xué)權(quán)威期刊Journal of Clinical Investigation在線發(fā)表了題為“ADGRG1 enriches for functional human hematopoietic stem cells following ex vivo expansion-induced mitochondrial oxidative stress”的文章，報道了G蛋白偶連受體ADGRG1可以顯著富集體外擴增誘導(dǎo)的線粒體氧化應(yīng)激條件下具有長期血液重建能力的人類臍帶血功能性造血干細胞。
研究者首先發(fā)現(xiàn)人類臍帶血造血干細胞經(jīng)過短期的體外培養(yǎng)之后，一定數(shù)量的臍血CD34+細胞中功能性造血干細胞顯著減少。經(jīng)轉(zhuǎn)錄組和代謝活性分析實驗發(fā)現(xiàn)，體外擴增培養(yǎng)會引起造血干祖細胞線粒體氧化應(yīng)激水平顯著上調(diào)。研究人員提出假說，人類造血干細胞的干性和線粒體氧化應(yīng)激水平可能在一定程度上成負相關(guān)。因此，他們利用流式細胞術(shù)針對體外培養(yǎng)后的臍血CD34+細胞分選了線粒體ROS水平低（約15%，簡稱mitoROS low）和線粒體ROS水平高（約15%，簡稱mitoROS high）進行骨髓移植實驗比較二者的造血功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，具有長期血液重建能力的造血干細胞主要富集在mitoROS水平低的CD34+細胞群體中。接下來，為了鑒定體外擴增培養(yǎng)誘導(dǎo)的線粒體氧化應(yīng)激條件下臍血細胞中的功能性造血干細胞群，研究人員同時對mitoROS low CD34+細胞和mitoROS high CD34+細胞進行了單細胞測序分析。利用UMAP分析鑒定了19個細胞群體（cluster），其中cluster 11特異性富集了一些造血干細胞特征基因如AVP、HLF等，同時高表達人類造血干細胞自我更新的調(diào)控基因MSI2和MLLT3。通過蛋白互作分析，研究人員進一步發(fā)現(xiàn)mitoROS low CD34+細胞cluster 11可以被已知的造血干細胞標志物CD34、CD133（PROM1）和一個全新的標志物ADGRG1所標記。為了證明ADGRG1能夠被用于富集體外培養(yǎng)應(yīng)激條件下的功能性造血干細胞，研究人員分選了ADGRG1+CD34+CD133+和ADGRG1-CD34+CD133+細胞進行了長達8個月的骨髓移植實驗。結(jié)果表明，ADGRG1可以富集體外擴增培養(yǎng)誘導(dǎo)的線粒體應(yīng)激條件下具有長期血液重建能力的功能性造血干細胞。ADGRG1+造血干細胞與ADGRG1-細胞相比，細胞周期更加靜息；mitoROS水平較低；“HSC COMMON gene”顯著富集，而分化相關(guān)MYC靶基因顯著下調(diào)。通過對ADGRG1+造血干細胞的轉(zhuǎn)錄組分析，研究者們發(fā)現(xiàn)了多個潛在的造血干細胞自我更新的調(diào)控因子。目前正在利用CRISPR技術(shù)進一步篩選鑒定其中與人類造血干細胞干性維持密切相關(guān)的基因。
該研究鑒定了體外培養(yǎng)應(yīng)激條件下功能性造血干細胞的標志物及眾多潛在的造血干細胞自我更新調(diào)控因子，豐富了人類造血干細胞生物學(xué)的理論體系，同時提供了一個篩選人類造血干細胞體外擴增激活劑的有效靶標。
上海交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士研究生陳燕丹、印第安納大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士研究生方舒儀、上海第一人民醫(yī)院丁慶偉博士和上海第六人民醫(yī)院蔣榮珍博士為共同第一作者。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院郭濱研究員為主要通訊作者；印第安納大學(xué)醫(yī)學(xué)院Hal E. Broxmeyer教授、萬鈞教授、上海第一人民醫(yī)院孟慶友教授以及上海第六人民醫(yī)院滕銀成教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市科委等項目支助。
原文鏈接：https://www.jci.org/articles/view/148329
